基于面向智能制造的汽車生產(chǎn)控制系統(tǒng)研究與應用探討

路慧喜，劉洋

（長興吉利汽車部件有限公司，浙江 長興 313100）

作為汽車制造業(yè)得以振興并實現(xiàn)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，智能制造已成為社會各界關(guān)注的重點。雖然智能制造的定義及內(nèi)涵始終處于演進狀態(tài)，但其希望達成的目標，始終是通過對生產(chǎn)質(zhì)效進行提高的方式，使企業(yè)獲得更為可觀的效益，隨著產(chǎn)品成本、能源消耗量有所降低，制造業(yè)自然能夠具備實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的先決條件。由此可見，充分利用智能特征控制車間裝配線與物流是大勢所趨，本文所研究課題的社會價值有目共睹。

1 分析系統(tǒng)需求

基于智能制造對生產(chǎn)控制系統(tǒng)進行研發(fā)的目的，主要是確保用戶可通過移動端、計算機端，對平衡裝配、調(diào)度物流和其他重要功能加以應用，從而保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量與效率。由此可見，在研發(fā)系統(tǒng)的過程中，有以下幾方面需求應當?shù)玫綕M足。

1.1 管理訂單

汽車生產(chǎn)車間所用生產(chǎn)模式為準時生產(chǎn)，對生產(chǎn)計劃加以確定的依據(jù)，通常以市場需求為主，由此可見，要想實現(xiàn)智能制造，控制系統(tǒng)應具備查詢訂單的功能，此功能的作用，主要是為平衡裝配線提供便利。另外，對物料進行管理的重要性同樣不容小覷，本系統(tǒng)應做到結(jié)合訂單需求，對產(chǎn)品占比、所需零部件具體數(shù)量進行計算，在為企業(yè)購入物料提供參考的基礎(chǔ)上，使調(diào)度物料的操作具有更為堅實的基礎(chǔ)。

1.2 平衡裝配線

以汽車產(chǎn)品生產(chǎn)工序、工作站數(shù)量還有市場需求為依據(jù)，基于MATLAB程序?qū)?shù)學模型進行正確求解，經(jīng)由系統(tǒng)前端對計算結(jié)果進行展示，所展示內(nèi)容應包括工序信息、平衡率、分配方案以及生產(chǎn)節(jié)拍，確保無論是車間管理員，還是一線工人，均可在系統(tǒng)前端所展示信息的指導下，對產(chǎn)品進行快速且高效的生產(chǎn)。

1.3 動態(tài)展示優(yōu)化結(jié)果

調(diào)度物流所依托周期驅(qū)動，通常是混流裝配線特有的生產(chǎn)節(jié)拍，擾動產(chǎn)品生產(chǎn)的因素以事件驅(qū)動為主。以上情況對系統(tǒng)所提出要求，主要是應具備比對物流在優(yōu)化前后所具有運行效率的功能，確保即便有生產(chǎn)擾動發(fā)生，本系統(tǒng)也能第一時間調(diào)整裝配線，使其重回平衡狀態(tài)，為后續(xù)調(diào)度工作的開展提供有效指導。

1.4 賦予系統(tǒng)理想通用性

本系統(tǒng)的定位不應是僅適配流水車間的系統(tǒng)，而是具有良好拓展性的系統(tǒng)，企業(yè)只需以實際情況為依據(jù)對參數(shù)進行修改，便可對本系統(tǒng)進行應用，從而達到智能制造的目的。

2 總體設(shè)計方案

2.1 功能需求

本文所探討系統(tǒng)由五個功能模塊構(gòu)成，各模塊均有不同功能對應。確保系統(tǒng)得以長期、穩(wěn)定運行的模塊為訂單管理，用戶可通過該模塊輸入相關(guān)參數(shù)，在實現(xiàn)裝配線平衡的基礎(chǔ)上，確保調(diào)度物流的工作能夠得到有序開展。核心模塊為平衡裝配，該模塊強調(diào)以MATLAB算法為依托，通過平衡裝配線的方式，確定符合工作站情況的裝配方案，經(jīng)由系統(tǒng)前端對最佳方案進行直觀展示，從側(cè)面說明了本系統(tǒng)的人性化與智能化。在調(diào)度物流前，先要平衡裝配線，通過將平衡結(jié)果轉(zhuǎn)換成任務序列并輸入控制系統(tǒng)的方式，確保系統(tǒng)運行效率得到顯著優(yōu)化。而管理系統(tǒng)的模塊，主要分為使用幫助和用戶管理兩部分，使用幫助所服務對象為用戶，用戶管理的作用則是降低管理員修改用戶信息的難度，使其日常工作更具效率。

2.2 數(shù)據(jù)庫

本系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫所存儲信息，主要涉及訂單、物料、用戶和產(chǎn)品等方面，各類信息均有信息表對應，具體如下：

2.2.1 訂單信息（表1）

表1 訂單信息

2.2.2 物料信息（表2）

表2 物料信息

2.2.3 用戶信息（表3）

表3 用戶信息

2.2.4 產(chǎn)品信息（表4）

表4 產(chǎn)品信息

3 運行流程說明

第一步，登錄系統(tǒng)，根據(jù)工位狀態(tài)、訂單生產(chǎn)情況，對計劃生產(chǎn)的產(chǎn)品進行選擇。第二步，用算法參數(shù)替代上述內(nèi)容并輸入，由系統(tǒng)后臺利用平衡算法確定最佳分配方式。第三步，對產(chǎn)品物料及其他信息進行計算，結(jié)合平衡結(jié)果完成調(diào)度物流的操作。如果汽車車間生產(chǎn)線有異常擾動存在，則需要再次平衡裝配線并調(diào)整調(diào)度方案，確保車間能夠充分發(fā)揮出自適應、自決策等功能。

4 系統(tǒng)功能應用

4.1 登錄系統(tǒng)

將計算機連入車間局域網(wǎng)，固定IP連接，對系統(tǒng)進行運行。此時，系統(tǒng)所顯示界面即為登錄界面，這表明對本系統(tǒng)加以應用前，先要對用戶身份進行驗證，用戶需要按照順序輸入自己的ID、密碼及驗證碼，而新增驗證碼的目的，主要是為系統(tǒng)安全提供雙重保護。在準確輸入以上信息后，用戶可以單擊登錄按鈕，系統(tǒng)的任務是比對用戶所輸入信息、數(shù)據(jù)庫所存儲字段的異同，若以上信息無異常情況存在，便可向主界面進行跳轉(zhuǎn)，反之，如果存在信息不匹配的問題，系統(tǒng)應發(fā)出“密碼輸入錯誤”的提示，用戶連續(xù)三次輸入錯誤密碼，則需要提示用戶對ID進行注冊。待用戶完成注冊流程，本系統(tǒng)會自動將相關(guān)信息存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，同時，系統(tǒng)前端跳轉(zhuǎn)至登錄界面，指導用戶根據(jù)注冊信息完成登錄。

4.2 管理訂單

該模塊主要用來查看數(shù)據(jù)庫訂單、記錄交貨日期和產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量，確保在當前生產(chǎn)周期內(nèi)，裝配線始終處于平衡運行狀態(tài)。另外，用戶還可以利用該模塊，在顯示界面新增與市場需求相符的訂單信息，信息檢查無誤并單擊保存按鈕后，以上信息就會被上傳至數(shù)據(jù)庫。此外，與該模塊功能相近的模塊，還有管理物料，此模塊主要被用來對完成訂單所需物料的類型及數(shù)量進行管理，用戶只需將產(chǎn)品數(shù)量輸入系統(tǒng)，此模塊便能夠結(jié)合數(shù)據(jù)庫所提供物料信息表，對生產(chǎn)所需物料進行計算。待計算結(jié)果經(jīng)由前端界面得到展示，車間物流就可以開始配送零部件的工作。當然，此模塊所具有功能，還包括對產(chǎn)品占比進行計算，這對平衡裝配線的操作具有重大意義。

4.3 平衡裝配線

該模塊不僅是系統(tǒng)基礎(chǔ)與核心，還是系統(tǒng)所顯示主界面。主界面由三部分組成，分別是裝配示意圖，輸入?yún)?shù)，求解結(jié)果。裝配示意圖在界面右上方，其作用是對裝配布局進行直觀且精準的展示；模型所輸入?yún)?shù)有常規(guī)的產(chǎn)品類型與訂單，還有作業(yè)時間、工序和工作站數(shù)量，其中，工作時間及工序均由數(shù)據(jù)庫提供，用戶可視情況對相關(guān)信息進行修改，通過單擊保存按鈕的方式，確保修改后信息被存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，工作站數(shù)量通常由查詢模塊提供；求解結(jié)果模塊展示的內(nèi)容，主要有工作內(nèi)容、分配方案，還有線平衡率。準確輸入上述參數(shù)后，用戶可單擊運行按鈕，由系統(tǒng)后臺完成求解計算，并通過前端界面對計算結(jié)果進行展示，供用戶參考。

4.4 調(diào)度物流

該模塊強調(diào)以物料所形成極端結(jié)果、平衡結(jié)果為依據(jù)，在調(diào)度裝配物流的基礎(chǔ)上，促使優(yōu)化所得分配方案向地圖站點號進行轉(zhuǎn)換，在任務序列信息輸入后，由系統(tǒng)后臺分配物流運送路徑，經(jīng)由系統(tǒng)前端對分配結(jié)果進行展示。該模塊的創(chuàng)新之處是以現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過新增運行時間、路徑長度等物料信息的方式，降低用戶追蹤運行效率的難度。事實證明，經(jīng)過平衡優(yōu)化的裝配線，其運行效率更接近理想水平，裝配車間對物流智能程度所提出需求，因此而得到了充分滿足。

4.5 管理系統(tǒng)

該模塊所提供功能，主要涉及系統(tǒng)幫助、用戶管理兩方面。系統(tǒng)幫助又分為系統(tǒng)介紹、操作說明，其作用是降低用戶掌握系統(tǒng)操作方法的難度，為用戶提供科學指導，對系統(tǒng)所具有人性化特征進行凸顯。用戶管理所服務對象為管理員，旨在提高管理員修改用戶信息的效率。

5 結(jié)語

文章結(jié)合裝配車間所具有共性特征和需求，在不確定具體需求的前提下，從作業(yè)時間波動規(guī)律的角度出發(fā)，圍繞平衡裝配、優(yōu)化物流調(diào)度展開了討論，并研發(fā)了符合智能制造發(fā)展趨勢的控制系統(tǒng)，以期可使企業(yè)所提出增益減耗目標得到實現(xiàn)。