裝配生產(chǎn)車間制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)設(shè)計(jì)

制造執(zhí)行系統(tǒng)(ManufacturingE xecutionS ystem,MES)的概念形成于20世紀(jì)80年代末，90年代逐步完善并得到迅速發(fā)展。美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)AMR將MES定義為：“位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”，它為計(jì)劃的執(zhí)行而跟蹤所有資源(人、設(shè)備、物料)的當(dāng)前狀態(tài)。本文結(jié)合大型汽車變速箱裝配線MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)踐，對(duì)MES系統(tǒng)的體系、功能結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行介紹。

一 裝配生產(chǎn)線配置分析

裝配生產(chǎn)車間的設(shè)備系統(tǒng)主要包括以下四類：裝配生產(chǎn)線、裝配線料架、物料倉庫和送料系統(tǒng)。

根據(jù)企業(yè)確定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，追蹤當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，建設(shè)一個(gè)自動(dòng)化程度高的裝配生產(chǎn)車間，相關(guān)設(shè)備選用了先進(jìn)的裝配生產(chǎn)線、智能料架、智能立體倉庫和智能送料小車，并通過制造執(zhí)行系統(tǒng)將各類設(shè)備和系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，達(dá)到生產(chǎn)過程的高度自動(dòng)化。

1 裝配生產(chǎn)線

包括流水線裝配小車、裝配工具和設(shè)備，裝配小車采用新型的軌道導(dǎo)向小車(Rail Guided Vehicles, RGV)和自動(dòng)導(dǎo)向小車(Automatic Guided Vehicles, AGV)，取代配置相對(duì)復(fù)雜而且機(jī)動(dòng)性差的輸送機(jī)系統(tǒng)。

2 裝配線料架

采用智能料架管理，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工位主要零部件的上料、用料、存儲(chǔ)的自動(dòng)計(jì)數(shù)等功能，以便于物料的申請(qǐng)與配送，提高供料自動(dòng)化程度。

3 零部件倉庫

存放零部件的堆場有：主倉庫、部件裝配車間、自制件倉庫等。其中，主倉庫采用智能化的立體倉庫，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化出料。 

4 物料配送系統(tǒng)

采用激光導(dǎo)向小車(Laser Guided Vehicles,LGV)進(jìn)行物料配送。激光導(dǎo)引方式與電磁、光學(xué)、慣性導(dǎo)引方式相比，具有停止精度高，自主性強(qiáng)，智能化程度高，適應(yīng)性、靈活性強(qiáng)，路徑的擴(kuò)充和更改更為方便，安裝成本低，運(yùn)行可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

二 裝配生產(chǎn)物流、數(shù)據(jù)流分析

1 系統(tǒng)主要物流

為了設(shè)計(jì)出合理的MES系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，需要分析裝配車間物流變化，主要包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)： 

1)制訂裝配生產(chǎn)計(jì)劃：計(jì)劃部門根據(jù)市場需求等情況制訂裝配計(jì)劃。

2)倉庫進(jìn)貨、備料：為保證裝配計(jì)劃的實(shí)施，采購部門采購零部件并進(jìn)貨人庫。

3)倉庫出料：按裝配生產(chǎn)任務(wù)，從智能倉庫中以一定的節(jié)奏出料到配送中心。

4)小車送料：運(yùn)料LGV小車將零部件從配送中心運(yùn)到相應(yīng)裝配工位，上料架。

5)工位裝配：各個(gè)工位按裝配工藝將相應(yīng)零部件進(jìn)行裝配。

6)下線入庫：完成裝配并經(jīng)檢測(cè)的產(chǎn)品下線，入成品緩存區(qū)。

    7)銷售出庫：按生產(chǎn)訂單，將相關(guān)的成品出庫運(yùn)出生產(chǎn)車間。

2、系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)處理流程與物流對(duì)應(yīng)的主要數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示

    三、 MES系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)
    MES是用來輔助生產(chǎn)管理人員收集現(xiàn)場資料，并控制現(xiàn)場制造流程的應(yīng)用軟件，是企業(yè)改善制造流程、提高生產(chǎn)效益的工具。
    1系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則
    為搞好MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，確定下列設(shè)計(jì)基本原則:
    1)以最大限度符合用戶需求為目標(biāo):系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分了解用戶需求，掌握系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程與各項(xiàng)資源;
    2)樹立全局觀點(diǎn)，局部適應(yīng)總體，注重系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性;
    3)注意系統(tǒng)安全性和可靠性;
    4)注意系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，預(yù)留相關(guān)系統(tǒng)接口;
    5)不盲目追求新技術(shù)，盡量做到實(shí)用:一個(gè)好的系統(tǒng)首先應(yīng)該是一個(gè)可用的系統(tǒng);
    6)用戶操作界面友好，直觀明了，操作簡便。
    2軟件功能模塊  
    MES主要有以下幾大功能，與企業(yè)的其它各個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖2所示。

    3 軟件功能簡述
    1)裝配計(jì)劃管理:包括總成年度、月度、三日滾動(dòng)和當(dāng)日裝配計(jì)劃的編制和調(diào)整;總成三日滾動(dòng)、當(dāng)日裝配計(jì)劃下達(dá)、執(zhí)行和計(jì)劃進(jìn)度跟蹤。裝配計(jì)劃與ERP系統(tǒng)等的接口。
    2)裝配工藝管理:包括裝配生產(chǎn)線的各個(gè)工位的工序、裝配的零部件、裝配時(shí)間等的管理，以及裝配工藝改進(jìn)、工位裝配工藝瀏覽人機(jī)界面。
    3)物料配送管理:根據(jù)總成當(dāng)日裝配計(jì)劃、工位智能料架記錄合理配送各個(gè)工位料架的物料，并提供物料消耗情況及配送批次跟蹤。
    4)質(zhì)量在線管理:根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)判斷，超標(biāo)情況進(jìn)行報(bào)警，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量在線控制和統(tǒng)計(jì)分析。
    5)設(shè)備維護(hù)管理:裝配車間設(shè)備運(yùn)行和維修記錄管理;包括設(shè)備故障信息、設(shè)備例行檢修項(xiàng)目和設(shè)備的定期例行檢修(維護(hù)、保養(yǎng)、點(diǎn)檢和潤滑計(jì)劃管理)和生成維修備件領(lǐng)料單和清單。
    6)車間考核和管理:根據(jù)裝配追蹤過程記錄的信息，對(duì)每個(gè)工位、每個(gè)工人、每個(gè)工班進(jìn)行考核(質(zhì)量、消耗、產(chǎn)量、設(shè)備)。
    7)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析:根據(jù)裝配追蹤過程記錄的信息，生成裝配車間的各種統(tǒng)計(jì)資料，如班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)等。計(jì)劃完成情況，裝配領(lǐng)料與裝配成品用料統(tǒng)計(jì)比較。
    8)裝配過程監(jiān)控:實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配線各工位、工序裝配信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控、裝配車間設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、裝配車間設(shè)備報(bào)警控制，并通過LED大屏幕顯示實(shí)時(shí)控制信息。這些信息作為質(zhì)量檔案予以保存。
    9)數(shù)據(jù)采集和接口:裝配車間各特殊工位的專用設(shè)備(壓裝機(jī)、翻轉(zhuǎn)機(jī)、擰緊機(jī))控制，以滿足相應(yīng)工位的特殊裝配工藝要求;通過PLC控制總站采集現(xiàn)場專用設(shè)備(壓裝機(jī)、電動(dòng)擰緊機(jī)、間隙測(cè)量機(jī)、密封測(cè)試機(jī))運(yùn)行狀態(tài)。負(fù)責(zé)總裝、分裝料架儲(chǔ)料實(shí)時(shí)參數(shù)采集。
    10)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理:包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、裝配工藝控制參數(shù)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備基本信息、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及維護(hù)保養(yǎng)項(xiàng)目信息維護(hù)和查詢。 

四 MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    MES系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)相混合的方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

一部分查詢、瀏覽和工位操作功能采用B/S方式實(shí)現(xiàn)，如工位工業(yè)平板機(jī)上的工藝瀏覽功能等;其它功能大多采用C/S方式實(shí)現(xiàn)。
    數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理，接受WEB服務(wù)器的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，發(fā)送數(shù)據(jù)給應(yīng)用程序。Intranet用戶通過訪問Web服務(wù)器來獲得處理界面。在工作站上用瀏覽器進(jìn)行瀏覽，在Web服務(wù)器上采用ASPAET程序?qū)蛻粢筮M(jìn)行響應(yīng)，根據(jù)客戶要求從數(shù)據(jù)庫中查找數(shù)據(jù)返回客戶端。
    2開發(fā)平臺(tái)
    操作系統(tǒng)、服務(wù)器端采用 Windows2003 Server,
    客戶端采用 Windows 2003 Professional,
    數(shù)據(jù)庫采用 Microsoft SQL Server2000,
    程序設(shè)計(jì)采用 BorlandC++ Builder,ASP.Net,
    網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)采用 Visual Studio.Net2003 Enterprise,
    系統(tǒng)所使用的設(shè)備主要包括以下幾種:
    服務(wù)器: IBM Xseries3 458 670-LID
    工作站: P42.8G/512M/80G
    工業(yè)控制計(jì)算機(jī): 研華IPC-610
    工業(yè)平板機(jī): 研華TPC-1260T
    五 結(jié)束語
    MES系統(tǒng)是建立在裝配車間生產(chǎn)線各種機(jī)械、電子設(shè)備基礎(chǔ)上的，必然要受到這些設(shè)備的制約，設(shè)備的自動(dòng)化程度在一定程度上決定了MES系統(tǒng)功能。MES系統(tǒng)的建設(shè)和實(shí)施，是企業(yè)優(yōu)化制造流程、進(jìn)行技術(shù)改造、促進(jìn)生產(chǎn)和管理的一個(gè)重要手段。