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油缸数字化车间机器控制信息系统研究设计摘要：通过对企业现有自己开发的MES系统的调研，分析企业车间现有MES存在的问题和生产过程中实际的功能需求，结合车间内自动化物流系统，设计开发了机器控制信息系统的功能模块。通过本系统的研究和探讨，也将为我国现阶段制造业企业解决数字化车间生产信息的管理问题提供一种可行的办法，具有实际的指引性作用。关键字：自动化物流；数字化；生产信息中文分类号：TP274文献标识号：AThe Research and Design of Manufacture Control Information System inCylinder Digitization WorkshopXING Yu, SHAO Junpeng Research Instituate of Shanghai SANY Precision Machinery Co. Ltd,Shanghai,200201 Harbin University of Science and Technology,Haerbin,150080Abstract:Through the research of enterprises own existing MES system, analysis of the existing problems of MES and enterprise workshop production in the process of the actual functional requirements, combined with the workshop automatic logistics system, the function modules of the machine control information system was designed and developed. Through the system research and discussion, it will provide a feasible method to help our country present stage manufacturing enterprises to solve the problem of the digital workshop production information management,it will be practical guidance role orientation.Keywords:Automatic logistics; Digital; Production information0引言随着信息技术的发展和制造业自动化水平的提升，实施敏捷制造系统已成为制造业企业提高制造能力以及生产管理能力，增强企业竞争力的有效手段1,2。目前许多国内企业正在着手建设具有更大灵活性的数字化车间，随着制造装备的自动化程度在不断的提高，企业对信息化建设有了更高的要求。以企业资源计划(Enterprise Resource Planning, ERP)为代表的信息管理系统实现了企业财务、采购、生产、销售、库存等计划的集成管理，在很大的程度上解决了企业生产管理计划的问题。但在车间生产的管理和控制上，由于ERP更强调计划性，不能有效管理生产计划的落实情况，也不能实时获取生产现场数据的采集和反馈。目前国内制造企业信息化过程中，车间现场生产信息的管理非常薄弱，虽然已经有很多企业使用了ERP系统和现场自动化设备控制系统（DCS）3，但是车间始终是一个管理断层，生产过程仍然是一个黑箱，充满着许多未知的因素，例如车间的设备状态、生产过程、产品质量情况、生产和产品信息。本文研究的备信息管理系统（MCIS）是作为企业信息化建设的重要组成部分，它通过收集生产过程中大量的实时数据，并对实时事件进行及时的反应和处理，来进行生产过程的优化管理。将接收生产实绩数据并反馈生产结果给上一层管理系统（ERP），又把上一层管理系统的生产指令下达到现场控制层（FCS），既连通现场控制设备与企业管理平台，实现数据的无缝连接与共享；可实现全过程的产品质量跟踪、计划与物流调度、生产控制与管理等功能。1 问题的提出当前企业普遍实施了制造执行系统 (Manufacturing Execution System, MES)，但是功能有限，且扩展开发的复杂程度较高，不能达到对车间生产有效管理的目的。随着车间生产自动化水平的提高，特别是对于新建的自动化厂房，企业原有的管理方式和系统在应对车间生产管理中暴露出了许多的问题：（1）企业现有的MES系统无法直观了解整个油缸生产线各个工位及设备的情况，无法取得实时的设备状态及生产数据，缺少了底层自动化的数据支持，成为信息孤岛。（2）适应可视化加工需求，需要实时掌握一些关于生产的重要信息，如订单工件生产实时信息、生产线产量、节拍时间等信息，而目前管理系统缺乏对这些重要信息监控，致使生产效率得不到有效提升。（3）无法及时了解生产线各处运行的情况，班组长只能通过传统对讲机及电话才能了解到生产线的情况，信息获取的滞后将可能带来不真实的信息资源。（4）操作工只能采用纸质记录，不便管理和保存，更不便于分析，无法实时显示给生产管理人员。操作无记录，无法分析和记录，以及缺乏流程化管理。（5）缺乏有效的报警提示致使生产运行及维护人员无法准确和快速获生产线得设备故障及维护的具体信息，无法及时排查和解决问题，造成设备使用率低下。本文通过对企业车间管理需求的调研，以及对车间目前所具备的生产条件的分析，从实现车间生产的设备入手，采集生产管理数据信息，实现对车间生产信息的可视化监控和管理。本文拟以车间现有的自动化程度较高的数控机床、自动化物流设备为基础，从生产订单管理、物流管控、质量管理、设备管理、异常监控等方面实现车间生产的信息化管理。拟开发出一套能够与企业现有MES系统集成的，具有一定MES功能的车间级的设备信息管理系统（MCIS），方便车间现场的操作和企业实现车间信息的有效监控和管理。系统需实现的基本功能包括实现对现场设备的可视化监控、实现与现有MES系统的交互对接、质量管理、刀具管理、打读码设备的信息对接以及上位机要具备与现有厂级MES集成的接口功能。系统主要实现对车间设备信息和与设备相关的生产信息的实时采集和监控，实现从订单下发直至产品完工的一系列生产流程中所有与设备生产相关的信息监控，将与现有的MES系统一起，为该车间数字化建设构建一个切实可行的车间生产信息管理系统，保证车间生产的顺利进行。2 MCIS实现的关键技术实现本系统所需实现的关键性技术有以下几个：数据的采集、数据的实时传输、Web服务端技术（1）数据采集技术项目实施监控的第一步就进行是相关数据的采集，该部分是系统与现场联系最为紧密的部分。由于油缸生产线车间内数控机床的种类很多，不同种类的机床采用不同的通讯机制和通讯驱动程序，所以单个采集再整合到一起会给采集带来很大的工作量和难度。OPC规范了企业现场设备与应用程序之间的接口，整合了不同类型的控制系统，使得不同厂商的设备可以使用统一的进口进行数据传输和交换，有效解决了自动化设备在实现监控过程中的数据交换问题4,5。所以本系统采用OPC技术来建立监控应用程序与各控制器OPC服务器的通信，以此来获取PLC的底层数据。（2）数据的实时传输实时性是控制系统强调的必要条件。系统进行数据采集和控制的对象是现场的控制系统，如果不能保证数据的实时采集和传输，那么系统就失去了监控的意义。实时性即要求在限定的很短时间内进行采集数据的传输、处理。本系统实时数据传输采用DDE技术。DDE是一种动态数据交换机制（Dynamic Data Exchange，DDE）。使用DDE通讯需要两个Windows应用程序，其中一个作为服务器处理信息，另外一个作为客户机从服务器获得信息。客户机应用程序向当前所激活的服务器应用程序发送一条消息请求信息，服务器应用程序根据该信息快速作出应答，从而实现两个程序之间的数据实时交换。（3）冗余服务器技术保护服务器的数据安全是设计系统必须重点考虑的问题，本系统采用冗余服务器技术来保护服务器的数据安全。冗余就是将相同的功能设计在两个或两个以上设备中，如果一个设备有问题，另外一个设备就会自动承担起有问题设备的任务，使网络继续畅通无阻。服务器冗余是指重复配置系统的一些部件，当系统发生故障时，冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间。通过采用服务器冗余技术将能够提高系统运行的安全性和可靠性。3MCIS系统任务功能MCIS系统的功能模块划分为监控模块和生产任务管理模块。其中的监控模块包括生产线状态的监控、区域设备信息的监控、单体设备的监控和网络状态的监控；生产任务管理模块包括生产操作模块和生产管理模块，其中的生产管理模块包括生产订单管理、队列管理、质量管理和NC程序管理等模块。系统框架如图1所示。（1）过程监视管理过程监视管理主要包括提供生产线整体运行状态以及系统网络状态监测的过程监视功能；提供工艺路线工件队列的过程监视功能；提供分区域详细设备状态信息以及单体设备信息和报警信息的过程监视功能。（2）设备呼叫管理设备呼叫管理包括CNC设备的操作界面上有呼叫按钮以及呼叫确认按钮，当设备故障需要维修，物料缺料或者加工质量出现问题需要呼叫时，由操作工触发呼叫信号，待相关人员处理解决问题后触发呼叫确认信号。MCIS系统中采集CNC设备的呼叫和呼叫确认信号，包括维修呼叫，故障呼叫、质量呼叫、物料呼叫等等。呼叫和呼叫确认信息显示在MCIS系统的监控界面中，并与MES短信平台建立接口，将呼叫信息传递给MES数据库。（3）刀具寿命管理刀具寿命管理包括采集机床设备的刀具刀片使用寿命信息，监控刀具刀片使用情况，根据刀具刀片的使用寿命计算剩余使用寿命，并进行报警，同时将刀具刀片使用信息传递给MES系统。（4）质量管理质量管理包括在每一道工序后根据抽检方式MCIS系统通知自动化物流把工件放入质检台进行质量检测，并且把监测的结果录入数据库。在MCIS系统的界面上可以对生产过程中的质量信息进行查询，利用统计过程控制SPC（Statistical Process Control）技术对质量信息进行统计分析，在界面的控制图上进行实时监控，及时找出出现产品质量问题的原因并纠正。（5）生产订单管理生产订单管理内容包括生产准备计划（即实现换型前工装、刀具、夹具、NC程序等切换准备），实现生产线换型提示及处理；生产计划导入，订单确认和订单下发，订单追踪，能够实现车间班次管理；排产及建立生产队列是在MES里，MCIS接受排产计划序列，并可以由具有权限的管理人员对队列进行临时手动调整；加工队列调整（当工件出现从队列拉出或插入时，系统能够实现自动队列调整，并通过系统队列的逻辑的实时性和正确性；支持手动进行队列调整，提供权限设置功能）。（6）生产队列跟踪管理生产队列跟踪管理包括：为队列跟踪的生产监控提供动态的监视画面，使得用户可以对着计算机的屏幕就能清楚的查看每个工件的位置，并在屏幕上获取每个工件的制造信息。随着工件的移动，跟踪路由计算机随时刷新画面上的工件分布信息，使得用户对现场的情况了如指掌。（7）NC程序管理NC程序的管理包括：NC程序比较，NC程序导入，NC程序上传/下载（包括手动自动下载），NC程序自动化编程，NC程序查看和编辑。图1 系统的功能软件架构流程图4系统的应用实现本系统是在Windows XP环境下，利用开发语言VB 6.0，采用B/S网络架构模式开发实现了MCIS系统。本系统已经在企业中得到了使用，并且取得了良好的运行效果。图2是系统的总界面，界面是所有监控的设备状态，点击可以跳转到线上监控每个设备的状态，界面的最下一排按钮是系统各个主要功能模块的跳转按钮。图2 系统的总界面单击图2中每条线就可以得到每条线的每包含的设备、整条线的运行状态信息、加工状态信息。例如点击小件异形线的活塞生产线就可以得到如图3所示的界面。图3单线设备状态界面点击图3中的绿色1可以得监控到单个设备的状态，例如点击第一台设备，得到如图4所示的界面。图4 单体设备信息界面5 结束语本文通过对企业车间管理需求的调研，以及对车间目前所具备的生产条件的分析，从实现车间生产的设备入手，采集生产管理所需相关的数据信息，实现对车间生产信息的可视化监控和管理。本文以车间现有的自动化程度较高的数控机床、自动化物流设备为基础，从生产订单管理、物流管控、质量管理、设备管理、异常监控等方面实现车间生产的信息化管理，开发了车间级的设备信息管理系统（MCIS），并在企业中得到了应用验证，实现了车间现场的操作和企业实现车间信息的有效监控和管理，提高了产品的质量和生产效率。参考文献1 P. T. Kidd. Agile Manufacturing: Forging New Frontiers, Addison-We