發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)車間制造執(zhí)行系統(tǒng)技術(shù)研究

姜合萍，崔萬瑞，于 航 ，趙 杰

JIANG He-ping，CUI Wan-rui，YU Hang，ZHAO Jie

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

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是高科技、信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，要求裝備研制周期不斷縮短，裝備性能不斷提高，要求制造企業(yè)能夠?qū)κ袌?chǎng)需求作出快速的響應(yīng),這對(duì)裝備研制生產(chǎn)企業(yè)提出了更高的要求。各企業(yè)把數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)應(yīng)用及數(shù)字化管理水平提高作為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的重要手段。

制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturing execution system，MES）是近年來發(fā)展起來的面向制造車間的生產(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)。將企業(yè)上層的生產(chǎn)計(jì)劃與車間層的工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)系起來,并將所有實(shí)時(shí)信息集中起來進(jìn)行統(tǒng)一決策。它針對(duì)位于企業(yè)計(jì)劃層和工業(yè)控制層之間的執(zhí)行層，研究如何將制造系統(tǒng)的計(jì)劃進(jìn)度、產(chǎn)品過程控制、物料管理、質(zhì)量監(jiān)控、設(shè)備管理等綜合考慮，以提高產(chǎn)品制造車間自動(dòng)化管理水平。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品制造車間管理需求

以某企業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)車間為背景，車間共有數(shù)控加工設(shè)備10臺(tái)，目前缸蓋產(chǎn)品類型有8種，產(chǎn)品工藝復(fù)雜，質(zhì)量精度高。管理現(xiàn)狀為：

1）生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃制定主要依靠調(diào)度員經(jīng)驗(yàn)，制定作業(yè)計(jì)劃需要及時(shí)掌握已有資源信息及資源準(zhǔn)備情況，這些信息采用人工查閱，作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行情況需要人工統(tǒng)計(jì)，工作量大且效率不高。

2）由于生產(chǎn)計(jì)劃由人工經(jīng)驗(yàn)制定，導(dǎo)致設(shè)備利用率低，不能發(fā)揮設(shè)備的最佳效能。

3）生產(chǎn)過程信息量大，且主要采用人工處理，影響并制約生產(chǎn)效率提高。

目前的管理現(xiàn)狀成為制約企業(yè)生產(chǎn)能力提高的突出問題，迫切需要采用新的高效的管理模式，應(yīng)用數(shù)字化的管理工具，提高制造車間生產(chǎn)能力及管理效率。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品制造車間制造執(zhí)行系統(tǒng)模型

分析發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)車間的各生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理流程及生產(chǎn)車間的管理需求，采集流程中傳遞與處理的信息，分析各業(yè)務(wù)與信息模型間的相關(guān)關(guān)系，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造環(huán)境支持下，設(shè)計(jì)適合該車間生產(chǎn)管理的連接車間計(jì)劃層及生產(chǎn)層的車間制造執(zhí)行系統(tǒng)。該軟件系統(tǒng)采用先進(jìn)的生產(chǎn)管理技術(shù)手段，系統(tǒng)應(yīng)用提高了車間生產(chǎn)管理的效率，提高了制造車間的生產(chǎn)能

2.1 車間制造執(zhí)行系統(tǒng)功能模型

系統(tǒng)由4個(gè)核心功能模塊和31個(gè)主要程序模塊組成。系統(tǒng)功能圖如圖1所示，核心功能模塊包括計(jì)劃管理、工藝管理、資源管理、質(zhì)量管理。基于Web的數(shù)字化生產(chǎn)車間制造執(zhí)行系統(tǒng)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)車間作業(yè)計(jì)劃的最優(yōu)排序，計(jì)劃調(diào)度管理，生產(chǎn)進(jìn)度實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、工藝信息的瀏覽，NC程序的上傳與下載，制造資源管理、質(zhì)量管理等功能。該系統(tǒng)采用B/S模式開發(fā)，以Java為開發(fā)語言、Oracle9i為數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與工藝信息及設(shè)備層制造信息的集成，在制造車間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品制造過程的信息閉環(huán)式控制與管理。各模塊功能描述如下：

計(jì)劃管理：它是車間制造執(zhí)行系統(tǒng)的核心，通過輸入排序基礎(chǔ)信息包括：工藝路線；工作日；設(shè)備日加工能力及班次；排產(chǎn)任務(wù)。采用基于優(yōu)先規(guī)則的啟發(fā)式優(yōu)化算法，以交貨期最短 、設(shè)備利用率最高、生產(chǎn)成本最低為優(yōu)化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)工序作業(yè)任務(wù)的優(yōu)化排序，將工序任務(wù)下達(dá)到各設(shè)備的上位機(jī)中，接受生產(chǎn)過程的實(shí)績(jī)信息，對(duì)各個(gè)設(shè)備的工序完工情況動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)與直觀顯示。有機(jī)協(xié)調(diào)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，并向決策層反饋計(jì)劃執(zhí)行情況。

工藝管理：對(duì)車間生產(chǎn)工藝進(jìn)行存儲(chǔ)及瀏覽，可提供各類人員瀏覽；對(duì)NC程序按照設(shè)備型號(hào)及所屬工序?qū)傩宰R(shí)別并進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，可實(shí)現(xiàn)程序的上傳及下載。編制各設(shè)備各工序刀具清單，下達(dá)刀具管理人員完成刀具配置任務(wù)。

圖1 車間制造執(zhí)行系統(tǒng)功能圖

資源管理：實(shí)現(xiàn)設(shè)備臺(tái)帳及故障信息的管理，刀具、工裝及協(xié)作件的臺(tái)帳管理、出入庫信息管理，對(duì)各資源狀態(tài)信息進(jìn)行查詢。刀具配置管理主要實(shí)現(xiàn)接收刀具清單，對(duì)刀后，將刀具及刀具參數(shù)信息傳遞設(shè)備工作站，用于編程及程序調(diào)試。

圖2 程序模塊與數(shù)據(jù)庫表之間關(guān)系矩陣

質(zhì)量管理：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析、產(chǎn)品檢驗(yàn)報(bào)告的錄入、不合格品管理、廢品臺(tái)帳管理及統(tǒng)計(jì)。形成質(zhì)量報(bào)表。將數(shù)據(jù)庫中CMM產(chǎn)生的關(guān)鍵工序檢驗(yàn)數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，對(duì)重點(diǎn)關(guān)鍵質(zhì)量特征實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析。提供產(chǎn)品檢驗(yàn)報(bào)告模板，錄入相應(yīng)數(shù)據(jù)，形成產(chǎn)品最終檢驗(yàn)報(bào)告。建立廢品臺(tái)帳一定時(shí)間內(nèi)，對(duì)廢品數(shù)量、廢品工序分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；實(shí)現(xiàn)量具出入庫臺(tái)帳的查詢與管理、對(duì)量具收發(fā)信息進(jìn)行管理，對(duì)量具檢定信息進(jìn)行管理。

2.2 車間制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型

分析車間計(jì)劃、質(zhì)量檢驗(yàn)、工藝文件、設(shè)備臺(tái)帳、工裝、刀具臺(tái)帳等生產(chǎn)管理基本信息表，設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。首先需要分析程序模塊與數(shù)據(jù)表的存取關(guān)系，形成 C-U關(guān)系矩陣，矩陣直觀地表明程序模塊與數(shù)據(jù)表之間的存取關(guān)系，C表示程序模塊數(shù)據(jù)庫，U表示程序模塊使用數(shù)據(jù)庫，A表示程序模塊創(chuàng)建并使用數(shù)據(jù)庫。生產(chǎn)車間系統(tǒng)C-U矩陣如圖2所示。

2.3 車間制造執(zhí)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型

制造執(zhí)行系統(tǒng)功能建立在生產(chǎn)車間局域網(wǎng)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)連接如圖3所示，根據(jù)MES功能設(shè)置，在車間管理室、工藝室、刀具室、檢驗(yàn)室、計(jì)劃室、調(diào)度室、材料室設(shè)置計(jì)算機(jī)終端，執(zhí)行生產(chǎn)管理各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能。信息輸入、查詢、統(tǒng)計(jì)及生產(chǎn)報(bào)表輸出。在每臺(tái)數(shù)控設(shè)備附近設(shè)置一臺(tái)上位機(jī)，數(shù)控設(shè)備通過上位機(jī)連入車間局域網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊包括工序任務(wù)完工報(bào)告、設(shè)備故障報(bào)告、NC程序上傳下載。

圖3 車間局域網(wǎng)連接示意圖

網(wǎng)絡(luò)采用兩級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)結(jié)構(gòu)組建，主干為千兆。系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)終端通過交換機(jī)連入車間局域網(wǎng)中，網(wǎng)中各終端通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，每臺(tái)數(shù)控設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)的RS－232串口或機(jī)床自帶的以太網(wǎng)口與其上位機(jī)相連，該方法結(jié)合了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的快速性及RS232串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘膬?yōu)點(diǎn)，組成了車間級(jí)系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)的混合式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)束語

本文針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋制造過程，設(shè)計(jì)了基于WEB的B/S結(jié)構(gòu)的的車間制造執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間計(jì)劃的優(yōu)化排產(chǎn)與調(diào)度、生產(chǎn)全過程的數(shù)據(jù)信息集成與監(jiān)控，提高設(shè)備利用率。以制造執(zhí)行系統(tǒng)為數(shù)字化管理工具，使生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)處理高效準(zhǔn)確，提高車間生產(chǎn)管理效率。

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