流程驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程管理與監(jiān)控技術(shù)

姜合萍，王若平，張大舜，姜繼春

(長(zhǎng)春設(shè)備工藝研究所，吉林 長(zhǎng)春 130012)

某廠柴油發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)裝配采用傳統(tǒng)工藝，缺乏數(shù)字化裝配手段，致使裝配一致性難以保證，裝配效率不高。以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)裝配車間為研究對(duì)象，搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持下的數(shù)字化裝配過(guò)程管理平臺(tái)，在車間各裝配工位，采用基于條碼或智能終端方式，實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程信息的采集。研發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配管理應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)采集到的信息進(jìn)行存儲(chǔ)、分類、統(tǒng)計(jì)、查詢及顯示，使管理人員能夠?qū)崟r(shí)了解發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線裝配進(jìn)度、物料消耗和在制品質(zhì)量等情況，從而實(shí)施及時(shí)的生產(chǎn)控制，保證生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)良好、質(zhì)量穩(wěn)定，提高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配效率。

1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配流程分析

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的組成主要包括缸體、曲軸連桿結(jié)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及啟動(dòng)系統(tǒng)[1]。其裝配流程圖如圖1所示。

圖1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)裝配流程圖

在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)線上，根據(jù)裝配作業(yè)計(jì)劃及裝配工藝要求，完成裝配資源準(zhǔn)備后，裝配生產(chǎn)線開始運(yùn)行。以工序?yàn)閱挝坏难b配流程圖如圖2所示，流程說(shuō)明如下。

1)根據(jù)廠級(jí)訂單制定車間計(jì)劃，裝配車間接收車間計(jì)劃，按照產(chǎn)品優(yōu)先級(jí)及進(jìn)度要求對(duì)裝配車間計(jì)劃進(jìn)行分解，形成裝配作業(yè)計(jì)劃。

2)車間作業(yè)計(jì)劃下達(dá)，根據(jù)裝配作業(yè)計(jì)劃，生成物料需求計(jì)劃；物料管理人員根據(jù)物料需求計(jì)劃查詢庫(kù)存，進(jìn)行裝配齊套性檢查。如果物料滿足齊套要求，則反饋信息，并進(jìn)行作業(yè)計(jì)劃確認(rèn)，將滿足物料齊套要求的計(jì)劃下達(dá)到裝配車間執(zhí)行；如果物料不能滿足齊套要求，則需要修改作業(yè)計(jì)劃，并進(jìn)行再次確認(rèn)，形成可下達(dá)作業(yè)計(jì)劃。

3)生成電子的產(chǎn)品工序流轉(zhuǎn)單，與產(chǎn)品唯一標(biāo)識(shí)進(jìn)行綁定，記錄發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品裝配所需經(jīng)過(guò)的所有流程，裝配所需的零部件、人員、質(zhì)量要求及時(shí)間進(jìn)度等。

4)工序裝配前，通過(guò)條碼掃描形式識(shí)別裝配件，將采集的裝配件信息與產(chǎn)品唯一標(biāo)識(shí)進(jìn)行綁定[2]；工序裝配完成后，進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，若工序裝配質(zhì)量合格，進(jìn)行工序完工上報(bào)后，進(jìn)入下一個(gè)裝配流程。

5)全部工序裝配完成后，裝配過(guò)程信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，形成信息完備的產(chǎn)品工序流轉(zhuǎn)單，記錄各個(gè)工序裝配過(guò)程信息、裝配件信息、進(jìn)度信息及質(zhì)量信息，裝配流程結(jié)束。

圖2 以工序?yàn)閱挝坏难b配流程圖

2 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程監(jiān)控技術(shù)

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程監(jiān)控貫穿于產(chǎn)品裝配的全過(guò)程，其目的是保證生產(chǎn)流程順暢。當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采取有效措施進(jìn)行處理。其核心內(nèi)容包括如下三部分。

1)計(jì)劃執(zhí)行狀態(tài)監(jiān)控。監(jiān)控作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行狀態(tài)，包含產(chǎn)品類型、數(shù)量和進(jìn)度等信息顯示，對(duì)整個(gè)車間裝配效率進(jìn)行整體評(píng)估，發(fā)生異常狀況時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。

2)物料消耗狀態(tài)監(jiān)控。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車間現(xiàn)場(chǎng)各工位的物料狀態(tài)，隨時(shí)掌握各工序物料動(dòng)態(tài)消耗，以便及時(shí)補(bǔ)充，將所需物料按照正確數(shù)量、在規(guī)定時(shí)間內(nèi)運(yùn)送至正確的工位，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

3)產(chǎn)品裝配進(jìn)度監(jiān)控。對(duì)每一件具有唯一標(biāo)識(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品在各工位的裝配進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)產(chǎn)品已完成工序、正在執(zhí)行工序及未完成工序進(jìn)行動(dòng)態(tài)的可視化顯示。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程管理系統(tǒng)，它是基于WEB的B/S結(jié)構(gòu)開發(fā)的軟件平臺(tái)，在裝配過(guò)程管理系統(tǒng)控制下，整個(gè)裝配車間高效、有序地運(yùn)行。

3 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程管理系統(tǒng)功能

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。管理系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行，以網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)及基于條碼/RFID/智能終端的車間現(xiàn)場(chǎng)多維異構(gòu)數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)。

圖3 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程管理系統(tǒng)主要包括計(jì)劃調(diào)度管理、裝配工藝管理、裝配物料管理、裝配資源管理、裝配現(xiàn)場(chǎng)管理、物料配送管理、條碼管理及系統(tǒng)權(quán)限管理等核心功能。系統(tǒng)提供了異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口，可以實(shí)現(xiàn)與企業(yè)其他應(yīng)用系統(tǒng)(如產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)PDM、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)SCM和企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)ERP)的信息集成與共享。管理系統(tǒng)功能具體說(shuō)明如下。

1)計(jì)劃調(diào)度管理。根據(jù)工廠下達(dá)到裝配車間的計(jì)劃，編制車間裝配作業(yè)計(jì)劃，綜合考慮裝配線能力及物料齊套性，經(jīng)過(guò)確認(rèn)后的作業(yè)計(jì)劃下達(dá)到裝配工位。

2)裝配工藝管理。實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)裝配工藝規(guī)程管理。對(duì)關(guān)鍵裝配工序，形成裝配動(dòng)畫，現(xiàn)場(chǎng)操作人員通過(guò)車間現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)終端，觀看裝配動(dòng)畫，完成現(xiàn)場(chǎng)裝配。

3)裝配物料管理。實(shí)現(xiàn)物料的出庫(kù)管理、入庫(kù)管理和存儲(chǔ)貨物分配管理等。根據(jù)車間作業(yè)計(jì)劃及裝配工藝，統(tǒng)計(jì)各種物料需求的數(shù)量，查詢庫(kù)存，將物料庫(kù)存及時(shí)反饋計(jì)劃調(diào)度模塊，當(dāng)庫(kù)存不足時(shí)，及時(shí)協(xié)調(diào)補(bǔ)充。

4)裝配資源管理。根據(jù)車間作業(yè)計(jì)劃及裝配工藝，完成各工序裝配所需的工具、工裝和輔具等的生產(chǎn)準(zhǔn)備，資源狀態(tài)完好且全部準(zhǔn)備完成，發(fā)送信息到計(jì)劃調(diào)度模塊，可以開始裝配作業(yè)。

5)裝配現(xiàn)場(chǎng)管理。接收計(jì)劃調(diào)度模塊下達(dá)的車間作業(yè)計(jì)劃，通過(guò)條碼掃描或登錄等方式，獲取工序裝配任務(wù)、讀取產(chǎn)品工序流轉(zhuǎn)單、獲取正確的零部件信息，按照工藝完成各工序裝配，并進(jìn)行工序裝配完工上報(bào)。監(jiān)控計(jì)劃執(zhí)行狀態(tài)、每件產(chǎn)品裝配進(jìn)度的物料消耗情況等，通過(guò)裝配過(guò)程信息的實(shí)時(shí)采集、統(tǒng)計(jì)分析及可視化顯示，使車間管理人員及時(shí)了解裝配車間運(yùn)行動(dòng)態(tài)。

6)物料配送管理。分析生產(chǎn)線物料需求，根據(jù)裝配工藝所需物料種類及需求時(shí)間，制定配送方案，利用物料運(yùn)輸設(shè)備，將所需的各類物料準(zhǔn)確、及時(shí)、合理配送到各工位，保證生產(chǎn)有序進(jìn)行。

7)條碼管理。裝配車間實(shí)行基于條碼的信息采集與管理，對(duì)裝配車間內(nèi)的產(chǎn)品、人員、物料、資源和工序等信息進(jìn)行分類編碼，各裝配工位、管理計(jì)算及裝配現(xiàn)場(chǎng)終端配置條碼掃描設(shè)備，進(jìn)行條碼識(shí)別，獲取裝配過(guò)程信息。

8)系統(tǒng)權(quán)限管理。對(duì)系統(tǒng)中各應(yīng)用人員進(jìn)行用戶權(quán)限設(shè)置與管理，不同用戶對(duì)應(yīng)不同的角色及權(quán)限，對(duì)權(quán)限范圍內(nèi)的內(nèi)容進(jìn)行操作。

3.2 裝配過(guò)程管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)建

建立裝配過(guò)程管理系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(見圖4)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用管理服務(wù)器、裝配計(jì)劃調(diào)度管理、裝配工藝管理、物料管理與物料配送、條碼管理、裝配現(xiàn)場(chǎng)管理等計(jì)算機(jī)終端。裝配過(guò)程管理系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、掃描及運(yùn)輸設(shè)備環(huán)境支持下，完成各項(xiàng)功能，使車間管理人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控車間裝配計(jì)劃的執(zhí)行狀態(tài)。

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及硬件配置

3.3 裝配過(guò)程管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

裝配過(guò)程管理系統(tǒng)采用基于WEB形式的瀏覽器/服務(wù)器(B/S)模式設(shè)計(jì)與開發(fā)，在這種模式下管理系統(tǒng)在服務(wù)器端部署成功后，客戶端可以通過(guò)瀏覽器打開系統(tǒng)主頁(yè)訪問(wèn)系統(tǒng)，與企業(yè)其他應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)開放的數(shù)據(jù)庫(kù)集成接口實(shí)現(xiàn)集成。系統(tǒng)典型用戶界面示意圖如圖5和圖6所示。

圖5 物料統(tǒng)計(jì)查詢界面示意圖

圖6 裝配工序要求界面示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)全三維研制為背景，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程，開展生產(chǎn)流程驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究，研發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程管理系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配車間現(xiàn)場(chǎng)信息的智能采集與裝配執(zhí)行過(guò)程管理與監(jiān)控。

[1] 李曉丹. 柴油機(jī)裝配工藝可視化關(guān)鍵技術(shù)研究及實(shí)現(xiàn)[D]. 遼寧：大連交通大學(xué)，2009.

[2] 王強(qiáng). 基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)械產(chǎn)品裝配過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 合肥：合肥工業(yè)大學(xué), 2012.