復(fù)雜產(chǎn)品裝配執(zhí)行控制系統(tǒng)研究

王宏光

摘要：構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品裝配執(zhí)行控制系統(tǒng)的整體框架與結(jié)構(gòu)，結(jié)合裝配工藝流程圖轉(zhuǎn)化為裝配節(jié)點(diǎn)的控制，定義裝配數(shù)據(jù)元與裝配狀態(tài)。將工藝流程節(jié)點(diǎn)與裝配狀態(tài)一一映射，并提出基于時(shí)間軸下的裝配執(zhí)行狀態(tài)控制算法，實(shí)現(xiàn)裝配執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與管理。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該裝配執(zhí)行控制系統(tǒng)可靠性與可行性。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜產(chǎn)品；裝配執(zhí)行；控制；流程圖

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

裝備制造行業(yè)中越來(lái)越重視復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)與裝配，復(fù)雜產(chǎn)品指的客戶需求發(fā)雜、產(chǎn)品組成復(fù)雜、產(chǎn)品技術(shù)復(fù)雜、制造過程復(fù)雜、項(xiàng)目管理復(fù)雜的一類產(chǎn)品[1，2]。在當(dāng)前的制造行業(yè)，復(fù)雜產(chǎn)品的裝配是整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)最為重要的內(nèi)容之一，必須充分的重視復(fù)雜產(chǎn)品的裝配過程。由于受到諸多內(nèi)外在因素的影響，當(dāng)前的裝備生產(chǎn)制造行業(yè)面臨著諸多的問題，裝配流程控制不足，生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)掌控不足，管理機(jī)制下降[3]，統(tǒng)一化的流程機(jī)制不夠完善，生產(chǎn)任務(wù)的準(zhǔn)確度與可靠性需進(jìn)行有效的提升。

針對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的裝配執(zhí)行過程存在的問題，本文構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品裝配執(zhí)行過程系統(tǒng)框架與架構(gòu)，以裝配工藝流程圖為基點(diǎn)，結(jié)合裝配狀態(tài)定義，提出裝配數(shù)據(jù)元的概念，以時(shí)間為狀態(tài)控制點(diǎn)在裝配執(zhí)行環(huán)節(jié)完成裝配狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控與管理。通過實(shí)驗(yàn)證明，該控制機(jī)制與管理手段切實(shí)可行。

2復(fù)雜產(chǎn)品裝配架構(gòu)分析

針對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品裝配過程的特點(diǎn)與用戶需求，滿足更好的響應(yīng)速度和安全性，如圖1所示，本文建立了復(fù)雜產(chǎn)品裝配執(zhí)行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的整體架構(gòu)與企業(yè)的ERP、PDM、TDM等其他信息化系統(tǒng)

相互關(guān)聯(lián)，以四臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器作為大數(shù)據(jù)處理中心。其中系統(tǒng)的最底層為車間作業(yè)層，直接的對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)控與實(shí)時(shí)的管理控制。

如圖2所示，將企業(yè)的ERP、PDM等系統(tǒng)相互集成后，使得整個(gè)車間的作業(yè)能夠很好地在界面顯示，敏捷化、可視化以及透明化的對(duì)裝配過程進(jìn)行管理。功能邏輯層對(duì)整個(gè)裝配過程進(jìn)行控制，管理裝配任務(wù)的下達(dá)與監(jiān)控，管控整個(gè)生產(chǎn)信息流，對(duì)裝配過程所產(chǎn)生的裝配質(zhì)量數(shù)據(jù)，生產(chǎn)信息進(jìn)行查詢與追溯。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)裝配過程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息、資源信息、計(jì)劃與過程管理信息提供數(shù)據(jù)支持。

3裝配執(zhí)行過程控制技術(shù)

3.1裝配工藝流程圖與裝配狀態(tài)的建立

對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品來(lái)講，其通過部件與零件組合而成，部件由一系列零件或者組件組合，然后經(jīng)過部件裝配到總裝完成整個(gè)裝配環(huán)節(jié)。如圖3所示，本文建立了一個(gè)產(chǎn)品樹形結(jié)構(gòu)，頂級(jí)節(jié)點(diǎn)為產(chǎn)品P，中間節(jié)點(diǎn)為部件或者組件A1，A2，…AN，根節(jié)點(diǎn)為零件AiBj（i=1，2，…，N；j=1，2，…，m），針對(duì)整個(gè)裝配過程與約束單元，將裝配任務(wù)下達(dá)到部件作業(yè)單元后，完成整個(gè)產(chǎn)品的裝配。通過建立產(chǎn)品數(shù)結(jié)構(gòu)，然后通過裝配工藝流程圖的構(gòu)建將裝配的工序節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，表達(dá)了產(chǎn)品的工序節(jié)點(diǎn)的先后順序。復(fù)雜產(chǎn)品主要由不同的部件裝配與裝配主線結(jié)構(gòu)構(gòu)成，裝配工序節(jié)點(diǎn)，完成節(jié)點(diǎn)與裝配開始節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成了產(chǎn)品的工藝過程，當(dāng)車間作業(yè)任務(wù)下達(dá)后，虛擬的工藝流程圖建立完成后，當(dāng)進(jìn)行某個(gè)產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)的過程中，映射出一個(gè)新的實(shí)體裝配流程，主要包含了裝配工位、順序與關(guān)鍵指標(biāo)信息。如圖4所示，展示了新的裝配實(shí)例，開始-M1-M2-M3-M4-是整個(gè)裝配主流程，M7-M4與M5-M6-M2是分支流程。裝配過程只有一個(gè)開始與結(jié)束節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表了每個(gè)裝配工序所具有的裝配信息。

裝配執(zhí)行過程的控制實(shí)質(zhì)上是進(jìn)行裝配流程節(jié)點(diǎn)的控制，當(dāng)完成一個(gè)裝配節(jié)點(diǎn)后，通過互檢與專檢后，下一個(gè)節(jié)點(diǎn)才可以實(shí)施，由于受到裝配生產(chǎn)不確定因素的影響，針對(duì)這些因素需要一個(gè)動(dòng)態(tài)的響應(yīng)機(jī)制，本文通過定義裝配節(jié)點(diǎn)狀態(tài)來(lái)完成對(duì)裝配執(zhí)行的控制，定義的五個(gè)裝配狀態(tài)如下：

等待：前一個(gè)工序還沒有裝配完成，此裝配工序任務(wù)處于等待狀態(tài)。

在裝配：操作員接收裝配工序任務(wù)，開始裝配。

掛起：當(dāng)裝配中出現(xiàn)異?；蛘咤e(cuò)誤，包括裝配中出現(xiàn)異常，技術(shù)文件不準(zhǔn)確、零部件不合格等因素，此工序不能進(jìn)行裝配，此操作處于掛起狀態(tài)。

裝配完成：工序任務(wù)完成，裝配處于靜止?fàn)顟B(tài)，等待檢驗(yàn)通過。

專檢完成：當(dāng)裝配完工之后，檢驗(yàn)員檢驗(yàn)合格，此裝配活動(dòng)結(jié)束，進(jìn)行下一個(gè)裝配活動(dòng)

為了更好的對(duì)裝配過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與管理，定義裝配數(shù)據(jù)元，指的是將影響裝配活動(dòng)的人、產(chǎn)品信息、裝配節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、裝配工位組合在一起，共同構(gòu)成裝配活動(dòng)的最小單元，定義為ad，其中裝配數(shù)據(jù)元的集合為AD={C，G，GW，ZT，T}，C代表裝配產(chǎn)品的集合、G代表進(jìn)行裝配產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)的人員，GW代表裝配工位信息，ZT代表裝配節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，T代表裝配時(shí)間點(diǎn)。這個(gè)裝配數(shù)據(jù)源描述的是在裝配時(shí)間T內(nèi)，在裝配工位gwj操作者gk進(jìn)行產(chǎn)品ci的裝配狀態(tài)ztij，集合中各個(gè)元素都是一一對(duì)應(yīng)的。當(dāng)下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)，分解到各個(gè)班組，進(jìn)入到各個(gè)工位后，會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)品的裝配狀態(tài)，主要有著未裝配、等待裝配、開始裝配、裝配完成四個(gè)狀態(tài)，定義為：

ztij=0未到達(dá)工位1等待裝配2正在裝配3完成裝配

3.2裝配過程執(zhí)行控制監(jiān)控算法設(shè)計(jì)

在復(fù)雜產(chǎn)品裝配任務(wù)開始之前，下達(dá)任務(wù)后，產(chǎn)品的生產(chǎn)計(jì)劃周期為T0，當(dāng)開始裝配后，開始裝配時(shí)間為T1，在裝配的時(shí)間為TNow，TNow

SymbolcB@ Δt，Δt為裝配時(shí)間。當(dāng)進(jìn)行裝配過程中，監(jiān)控每一個(gè)裝配節(jié)點(diǎn)屬于五種狀態(tài)哪一種，當(dāng)專檢完成后，后自動(dòng)的對(duì)裝配工藝流程圖進(jìn)行填充。定義填充的開始時(shí)間點(diǎn)為當(dāng)前時(shí)間TNow，與相應(yīng)的T1作比對(duì)分析，得到整個(gè)產(chǎn)品的裝配進(jìn)度。該監(jiān)控的算法如下所示：

具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

Step1：對(duì)裝配過程的數(shù)據(jù)采集后，得到裝配數(shù)據(jù)元的信息adi1={ci，gk，gwij，1，Tbuffer}，當(dāng)某個(gè)工序開始裝配后，adi2={ci，gk，gwij，2，Tstart}數(shù)據(jù)元產(chǎn)生，Δti=|Tstart-Tbuffer|緩沖時(shí)間；endprint

Step2：工序交驗(yàn)完成后，當(dāng)前日期TNow存儲(chǔ)后，形成一個(gè)adi2={ci，gk，gwij，3，Tnow}存儲(chǔ)裝配數(shù)據(jù)元；

Step3：判斷TNow-Tstart+Δti與T0的大小，如果大于T0，轉(zhuǎn)到Step4；反之，轉(zhuǎn)到Step5；

Step4：通過紅色填充流程圖節(jié)點(diǎn)，以TNow-Tstart-T0+ΔtT0i×100%百分比的方式顯示裝配進(jìn)度。下一步轉(zhuǎn)到Step6；

Step5：當(dāng)裝配過程完成后，以藍(lán)色填充流程節(jié)點(diǎn)，填充的比例為TNow-Tstart+ΔtT0×100%

下一步轉(zhuǎn)到Step6；

Step6：結(jié)束。

4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本文采用Client/Server模式（C/S結(jié)構(gòu)）的架構(gòu)、SQLServer2008數(shù)據(jù)庫(kù)處理，開發(fā)開發(fā)工具采用MicrosoftVisualStudio2010，利用ADO.NET技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)訪問，設(shè)計(jì)工具采用的是WCF與WPF工具，構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品裝配執(zhí)行控制系統(tǒng)。以某型號(hào)復(fù)雜產(chǎn)品裝配為實(shí)例，對(duì)整個(gè)裝配過程進(jìn)行執(zhí)行與控制。如圖6所示，為該部件裝配的過程中整個(gè)的裝配進(jìn)度（完成人、完成時(shí)間）以及裝配大節(jié)點(diǎn)進(jìn)度。如圖7所示，顯示了整個(gè)產(chǎn)品的工序的裝配進(jìn)度狀態(tài)。

5結(jié)論

復(fù)雜產(chǎn)品的制造與生產(chǎn)可以提高我國(guó)綜合的裝備制造水平與能力，產(chǎn)品的裝配執(zhí)行過程的控制與管理直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)和周期。為此，本文通過建立復(fù)雜產(chǎn)品裝配執(zhí)行控制系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)裝配過程的控制，基于工作流與裝配工藝流程圖節(jié)點(diǎn)，定義了裝配狀態(tài)與裝配數(shù)據(jù)元的概念后，以時(shí)間軸為主線建立了節(jié)點(diǎn)控制算法，實(shí)現(xiàn)了裝配節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)管理與控制，裝配執(zhí)行控制結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性，在生產(chǎn)管理中具有重要的指導(dǎo)意義。

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第35卷第1期2016年3月計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化ComputingTechnologyandAutomationVol35，No1Mar.2016第35卷第1期2016年3月計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化ComputingTechnologyandAutomationVol35，No1Mar.2016endprint