轉(zhuǎn)向架檢修裝配線控制與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

山榮成 鄧?guó)檮? 呂國(guó)艷 支云龍 黃興博 袁英宏

摘? ?要：為了適應(yīng)動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架檢修裝配的多品種生產(chǎn)需求，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)流程的梳理，將廠級(jí)MES系統(tǒng)、車間級(jí)LCS產(chǎn)線控制系統(tǒng)及各執(zhí)行單元傳感器、控制器進(jìn)行無(wú)縫集成，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)互聯(lián)、互通，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的在線調(diào)控和可視化管理。本文以轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)線控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，從產(chǎn)線信息控制系統(tǒng)需求分析、車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、各控制系統(tǒng)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)三個(gè)方面對(duì)轉(zhuǎn)向架檢修裝配線控制與管理系統(tǒng)進(jìn)行分析研究分析。對(duì)轉(zhuǎn)向架檢修裝配線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與推廣具有積極作用。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架? 生產(chǎn)線? 數(shù)據(jù)通訊? 控制? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U279? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（b）-0087-03

中國(guó)高鐵建設(shè)及動(dòng)車組生產(chǎn)已處于世界領(lǐng)先地位，作為動(dòng)車組的核心部件轉(zhuǎn)向架則是生產(chǎn)過(guò)程的重中之重，當(dāng)前轉(zhuǎn)向架分廠的生產(chǎn)模式相對(duì)粗放，難以應(yīng)對(duì)車間多品種、突發(fā)性生產(chǎn)訂單的需求，主要表現(xiàn)在物流供應(yīng)不及時(shí)而導(dǎo)致的生產(chǎn)停滯;對(duì)裝備、工具缺乏在線監(jiān)控手段，維護(hù)保養(yǎng)較為被動(dòng);對(duì)物料、人員的調(diào)度較為落后，浪費(fèi)人力、物力，導(dǎo)致生產(chǎn)效率不高。

本文針對(duì)動(dòng)車轉(zhuǎn)向架檢修車間的生產(chǎn)管控系統(tǒng)進(jìn)行了的軟、硬件設(shè)計(jì)，通過(guò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將各種信息傳感設(shè)備或系統(tǒng)（如傳感器、激光掃描器、RFID等）、控制器、機(jī)器人等關(guān)聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)了裝備、物料、人員等的互聯(lián)，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中建立了信息共享、智能識(shí)別、實(shí)時(shí)控制和遠(yuǎn)程管理于一體的生產(chǎn)管理模式。

1? 生產(chǎn)線信息控制系統(tǒng)需求分析

轉(zhuǎn)向架檢修組裝生產(chǎn)線信息控制系統(tǒng)即LCS，是轉(zhuǎn)向架檢修組裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的信息化部分，它在整個(gè)生產(chǎn)組織過(guò)程中起到承上啟下的作用，是整個(gè)生產(chǎn)線的信息樞紐。承接工廠級(jí)MRO的產(chǎn)品構(gòu)型BOM、車間級(jí)生產(chǎn)控制系統(tǒng)（MES）的生產(chǎn)計(jì)劃、工位級(jí)計(jì)算機(jī)輔助操作系統(tǒng)（CAA）的操作記錄，向下發(fā)出生產(chǎn)指令和物流需求指令指導(dǎo)產(chǎn)線控制系統(tǒng)加工生產(chǎn)和物料需求調(diào)度，并向上反饋產(chǎn)線的實(shí)時(shí)生產(chǎn)進(jìn)度，工藝或檢測(cè)數(shù)據(jù)，使其在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)透明、實(shí)時(shí)生產(chǎn)、齊套生產(chǎn)消除信息孤島，從而達(dá)到柔性生產(chǎn)的目的。

為了更好地控制信息流，需要對(duì)信息控制系統(tǒng)所涉及各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換方式、通訊協(xié)議、業(yè)務(wù)流程及控制機(jī)制等需求進(jìn)行充分的分析，梳理出來(lái)的可視化的產(chǎn)線需求如下。

（1）系統(tǒng)功能需求;

（2）業(yè)務(wù)需求;

（3）接口需求。

2? 車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)LCS設(shè)計(jì)

2.1 轉(zhuǎn)向架裝配線布局

目前實(shí)施的裝配線采用按工藝分組排列的原則進(jìn)行布置，具有物料移動(dòng)距離短、物流效率高;在制品低、準(zhǔn)備時(shí)間短;柔性較高的優(yōu)點(diǎn)。其生產(chǎn)線工作邏輯如圖1所示。

其基本組成為以物料自動(dòng)化出入庫(kù)系統(tǒng)、智能移動(dòng)平臺(tái)、智能化天車為物料流轉(zhuǎn)的核心，通過(guò)生產(chǎn)管控系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中調(diào)度多種生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)多品種和小批量轉(zhuǎn)向架檢修裝配的高效生產(chǎn)。

2.2 轉(zhuǎn)向架裝配線構(gòu)架裝配工藝流程

整個(gè)轉(zhuǎn)向架檢修組裝生產(chǎn)線建立在柔性生產(chǎn)理念的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)過(guò)程中每個(gè)轉(zhuǎn)向架的組裝工藝均略有不同，以達(dá)到最佳的裝配質(zhì)量，其工藝過(guò)程以工步作為最小的工藝組裝單元，通過(guò)不同的工藝路線進(jìn)行工藝組合來(lái)滿足柔性生產(chǎn)。

備注：對(duì)一些特殊工藝過(guò)程在軟件設(shè)計(jì)中處理方法。

（1）對(duì)于某些車型需要在落成緊固工位加撒沙裝置時(shí)，按落成工序的工位處理。

（2）構(gòu)架裝配預(yù)組按工序處理。

（3）原則上每道工序都應(yīng)由一到數(shù)個(gè)工位組成（如工序下確實(shí)沒有工位則在軟件中添加虛擬工位），下達(dá)給CAA統(tǒng)一按工單—子工單—工步進(jìn)行下發(fā)。

2.3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

整個(gè)MES硬件系統(tǒng)由服務(wù)器（應(yīng)用程序服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器）、客戶端（操作終端、工業(yè)PC）、數(shù)據(jù)采集設(shè)備（PDA、PAD、RFID閱讀器）和設(shè)備控制器，共四大部分組成?？刂葡到y(tǒng)硬件分布如圖2所示。

2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)轉(zhuǎn)向架組裝生產(chǎn)線的業(yè)務(wù)范圍由10臺(tái)AGV、2個(gè)立庫(kù)（配盤庫(kù)、構(gòu)架庫(kù)）和11個(gè)作業(yè)區(qū)（構(gòu)架配線作業(yè)區(qū)、構(gòu)架裝配預(yù)組作業(yè)區(qū)、配盤作業(yè)區(qū)、線束預(yù)組作業(yè)區(qū)、構(gòu)架裝配作業(yè)區(qū)、輪對(duì)齊套作業(yè)區(qū)、落成組裝作業(yè)區(qū)、零部件預(yù)組作業(yè)區(qū)、轉(zhuǎn)向架配線組裝作業(yè)區(qū)、加載試驗(yàn)作業(yè)區(qū)、制動(dòng)試驗(yàn)作業(yè)區(qū)）及一個(gè)智能吊組成。其中構(gòu)架組裝線和落成組裝線各為兩條。

支撐整個(gè)控制系統(tǒng)的上游系統(tǒng)是MRO系統(tǒng)和車間MES系統(tǒng)。MRO系統(tǒng)為所有型號(hào)提供BOM配置數(shù)據(jù)和拆卸BOM（原始BOM）數(shù)據(jù)。車間 MES系統(tǒng)提供構(gòu)架組裝車間和落成車間的生產(chǎn)計(jì)劃及零部件需求配送的執(zhí)行。下游系統(tǒng)主要由AGV執(zhí)行系統(tǒng)（主要負(fù)責(zé)工藝路線的調(diào)度執(zhí)行）、CAA系統(tǒng)（主要負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的工單執(zhí)行和反饋）、配盤立庫(kù)系統(tǒng)（主要負(fù)責(zé)零部件配盤的執(zhí)行和出入庫(kù)）、構(gòu)架立庫(kù)系統(tǒng)（主要負(fù)責(zé)構(gòu)架的出入庫(kù)）和智能吊控制系統(tǒng)（主要負(fù)責(zé)行吊任務(wù)的執(zhí)行）組成。

3? LCS系統(tǒng)與各子系統(tǒng)通訊及接口設(shè)計(jì)

3.1 通訊協(xié)議及原理

為了與各子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在該構(gòu)件中采用了即時(shí)通訊、實(shí)時(shí)通訊、本地通訊及ESB總線共四種通訊技術(shù)，具體的原理如下。