变速箱制造执行系统_MES_的开发及其在生产线中的应用_图文

1、第33卷第4期2014年7月大连工业大学学报J o u r n a l o f D a l i a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t yV o l .33N o .4J u l .2014文章编号:1674-1404(201404-0309-04变速箱制造执行系统(M E S的开发及其在生产线中的应用王可心,程金石,周俊,王德权(大连工业大学机械工程与自动化学院,辽宁大连116034摘要:针对实现变速箱生产过程的质量数据和装配过程的可追溯性,基于数据库和O P C 技术,在M i c r o s o f t V i s u a l S t u

2、d i o 2010环境下以C #为编程语言开发了针对变速箱制造的M E S (制造执行系统,包括系统的结构设计、数据库设计及界面设计等。能够实时与设备通讯,采集工件质量数据并进行结果分析,使生产过程可控,产品质量可控。采用系统的生产线可完成各型号变速箱生产过程中的自动匹配,达到混线生产的目的。变速箱M E S 目前已在某变速箱生产线生产中实际应用,运行稳定。关键词:变速箱;制造执行系统(M ES ;采集数据;自动匹配中图分类号:T P 29文献标志码:AD e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o f ME S i n ge a r

3、b o x p r o d u c t i o n l i n e W A N G K e x i n ,C H E N G J i n s h i ,Z H O U J u n ,W A N G D e qu a n (S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g a n d A u t o m a t i o n ,D a l i a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ,D a l i a n 116034,C h i n a Ab s t r ac t :T o a

4、 c h i e v e q u a l i t yd a t a a n d a s se m b l yp r o c e s s o f g e a r b o x p r o d u c t i o n p r o c e s s t r a c e a b i l i t y ,M E S (m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o n s y s t e m f o r g e a r b o x m a n u f a c t u r i n g i s d e v e l o p e d b a s e d o n d a t a b

5、a s e a n d O P C t e c h n o l o g y u n d e r t h e e n v i r o n m e n t o f M i c r o s o f t V i s u a l S t u d i o 2010,i n c l u d i n g t h e s y s t e m s t r u c t u r e d e s i g n ,d a t a b a s e d e s i g n a n d i n t e r f a c e d e s i g n ,e t c .T h e s y s t e m c a n c o m m u

6、n i c a t e w i t h e q u i p m e n t i n r e a l t i m e t o c o l l e c t w o r k p i e c e s q u a l i t y d a t a a n d a n a l y s e t h e r e s u l t s ,w h i c h m a k e s t h e p r o c e s s a n d q u a l i t y b ec o n t r o l l a b l e .T h e p r od u c t i o n l i ne e q u i p e d w i t h

7、 t h i s s y s t e m c a n a c h i e v e t h e g o a l of m i x i ng p r o d u c t i o n ,c o m p l e t e th e p r o d u c ti o n a u t o m a t i c m a t c h i n g i n v a r i o u s s i z e s .T h e g e a r b o x M E S h a s p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n i n g e a r b o x p r o d u c t i o

8、 n l i n e s ,r u n n i n gs t a b i l i t y .K e y w o r d s :g e a r b o x ;M E S ;a c q u i r e r e a l -t i m e d a t a ;a u t o m a t i c m a t c h i n g 收稿日期:2013-09-02.作者简介:王可心(1989-,女,硕士研究生;通信作者:程金石(1970-,男,副教授.0引言美国先进制造研究机构AMR 将制造执行系统(M E S 定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”,它为操作人员/管理人

9、员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等的当前状态等信息1。M E S 可以对来自MR P/E R P 软件的生产管理信息细化、分解,将操作指令传递给底层控制,实时监控底层设备的运行状态,采集设备、仪表的状态数据,经过分析与处理,从而方便、可靠地将控制系统与信息系统联系在一起,并将生产状况及时反馈给计划层2。制造执行系统,可以弥合设备控制系统和生产信息管理系统之间存在的信息鸿沟,将控制系统和信息系统联系在一起,使生产状况能够及时地反馈给计划层,计划层能够实时监控底层生产情况以及设备的使用情况3。针对实现变速箱生产过程的质量数据和装配过程的可追溯性,作者基于O P C 技术

10、及M i c r o s o f t V i s u a l S t u d i o 2010开发环境开发了M E S 制造执行系统,使生产过程可控,产品质量可控。1系统开发的技术基础变速箱M E S 是基于O P C 技术和S Q L S e r v e r 2008数据库技术,以M i c r o s o f t V i s u a l S t u d i o2010为开发平台、以C#为编程语言,开发的独立集成系统。不论是直接从设备自动获得数据,还是通过工业以太网获得数据,M E S系统对数据的实时采集应该采用一致、标准的数据采集接口。O P C (O L Ef o rp r o c e

11、s sc o n t r o l是嵌入式过程控制标准,是用于服务器/客户端链接的统一而开放的接口标准和技术规范。O L E是微软为W i n d o w s系统、应用程序间的数据交换而开发的技术,是O b j e c tL i n k i n ga n dE m b e d d i n g缩写4。通过O P C技术实现了M E S信息系统与设备的实时通信,完成了M E S控制设备进行生产。S Q LS e r v e r2008引入了M i c r o s o f tW i n d o w s 的.N E TF r a m e w o r k的公共语言运行库(C L R C o m m o n

12、L a n g u a g eR u n t i m e组件的集成。C L R 是M i c r o s o f t.N E TF r a m e w o r k的核心,为所有.N E TF r a m e w o r k代码提供执行环境5。数据库采用S Q LS e r v e r2008,S Q LS e r v e r2008数据库能够通过编写存储过程完成数据的录入、查询、修改,主要用来存储质量数据以及变速箱检测的结果数据。以M i c r o s o f tV i s u a lC-S h a r p(简称V i s u a l C#为开发环境。V i s u a lC#是一种全新的现

13、代化的完全面向对象的语言。它让程序员能够快捷地创建基于V i s u a lS t u d i o.N E T平台的解决方案。2系统的结构设计开发目标:能够将工位的质量数据进行实时采集并保存到数据库用以指导设备进行生产;对生产线的机床状态和工位报警进行实时监控,对上线发动机装配过程进行实时监控、追踪,对质量数据的实时显示和采集,对网络结构的实时监控等6。操作者能够根据实际情况应用M E S系统进行相应的处理以提高生产效率,通过M E S实现混线生产,以及装配零件的自动匹配。变速箱生产程序:生产线由线首工位确定生产的变速箱型号,经过压装和拧紧工位后到达匹配工位,与分线到达的装配零件进行匹配。匹配

14、成功后进行涂胶拧紧等操作,所有工位装配完成后进行称重检测,称重检测结果合格的变速箱在总成下线区进行下线,检测结果不合格的变速箱流转到返修区进行下线。业务流程见图1。为实现所述业务流程,设计以下主要功能模块:打号及上线模块、轴类上线及总装轴类模块、总成下线打包模块、返修模块 。图1系统业务流程图F i g.1S y s t e mw o r kf l o w2.1打号及上线模块通过S I MA T I CN E T提供的O P C服务器建立系统与设备之间的通信。工件到位后,自动生成变速箱壳体编号,并将数据存入S Q LS e r v e r 2008数据库中以便后续分析。在此模块中,操作者可以选

15、择生产的变速箱型号和生成编号的模式,通过与P L C实时信号交互指导打号机进行打号。当工件进行上线时,自动显示相应的工件信息,包括上线的产品型号、订单号等信息。能够实现对变速箱壳体的工件编号申请,即根据相应的要求来生成壳体的流水号,同时显示出已经生成的流水号以及装配操作指南,实时与P L C进行信号交互,为两台打号机提供壳体编号。通过M i c r o s o f t.N E T技术建立实时数据库系统,实时访问P L C中数据和控制变量,把实时数据保存到服务器数据库中。2.2轴类上线及总装轴类模块主要功能是当分线和总线工件到位后,进行轴类上线和总装线工件的匹配,并将数据存入S Q LS e r

16、 v e r2008数据库中。由于装配线是混线13大连工业大学学报第33卷生产,所以在匹配的过程中通过访问规定D B 中的信息确定当前装配的变速箱型号,型号相同并且加工合格的工件则进行匹配。在特殊情况下由员工进行匹配操作。系统结构如图2所示 。图2系统结构F i g .2S ys t e m s t r u c t u r e 根据业务流程确定系统结构,轴类上线及总装轴类模块需要实时与P L C 进行通信,交互相应信号,根据分线和总线工件的到位情况以及机型进行匹配。同时将匹配结果存入S Q L S e r v e r 2008数据库中。当分线装配零件到位时,通过S I MA T I C N E

17、 T 提供的O P C 服务器建立P C 与设备之间的通信。P L C 将到位的分线零件的型号以及相应的编号信息写入到规定的D B 中,给M E S 系统分线工件到位信号,M E S 系统读取规定D B 中到位的分线装配零件的型号以及编号等信息,等待总线变速箱壳体到位,进行匹配。当总线变速箱壳体到位时,P L C 将到位的总线变速箱壳体的型号以及相应的编号信息写入到规定的D B 中,给M E S 系统总线工件到位信号,M E S 系统读取规定D B 中到位的总线变速箱壳体的型号以及编号等信息,等待分线装配零件到位,进行匹配。如果总线和分线的到位产品型号相同则进行匹配,并给PL C 传递匹配成功

18、信号。操作者将分线装配零件装入到变速箱壳体内之后进行放行。M E S 系统将变速箱的匹配信息保存在S Q L S e r v e r 2008数据库中同时把规定D B 中的信息清空。本模型不仅实现了到位工件的匹配工作,通过S Q L C o m m a n d 数据库类提供的方法能够显示当前到位工件详细的质量数据信息并实时显示匹配结果。提升了混线生产整个匹配过程的可靠性。在整个变速箱生产的过程中,完成了轴类上线操作。2.3总成下线打包模块主要功能是从S Q L S e r v e r 2008数据库中读取到位工件所有的质量数据进行显示,如果到位工件的质量数据全部合格,则自动打印合格条码。由操作

19、者使用扫描枪对打印的条码进行扫描,进行验证。之后将工件放行到总成下线打包区。如果有质量数据不合格则自动报警。2.4返修模块主要功能是不合格工件到此工位进行返修。对于到达此工位的变速箱,模块显示所有的质量数据并且显示具体的不合格数据信息并用红色表示。用户根据具体的数据信息来对变速箱进行处理,实现了能够根据实际情况来确定返修流程。3数据库的设计数据库主要完成工件质量数据的实时存储,以及保存变速箱的检测结果,同时指导设备进行工作。要求能够与数据库进行实时通信并通过存储过程对数据进行操作。根据实际的业务需求,数据库采用S Q L S e r v e r 2008。数据库主要用于存储相关基础数据信息、工

20、件的质量数据以及变速箱检测结果信息。建立相关的表用来存储数据,如电子看板发动机号线首工位、测量数据合格索引、测量数据合格变速器总成称重等。当有变速箱壳体进行上线时保存变速箱壳体编号以及质量数据到表中,进入检测线后,将检测的称重结果存入测量数据合格变速器总成称重表中。系统中除了新建相关的表进行存储数据,还创建了相关的视图以及相应的存储过程对数据进行查询、增加、修改等操作。提高了系统的工作效率。图3描述了变速箱装配线M E S 系统保存工件质量数据信息的数据表关系 。图3质量数据关系图F i g .3Q u a l i t y d a t a b a se d i a g r a m 113第4期

21、王可心等:变速箱制造执行系统(M ES 的开发及其在生产线中的应用根据生产需要保存的工件物料信息,将被存放在“测量数据合格索引”、“测量数据合格”表中,建立如图3所示的主外键关系,即M E S 质量数据来自M E S 质量数据合格索引表中。4系统界面设计系统流程通过实际调研根据业务流程进行设计,此处以轴类上线及总装轴类模块为例。模块的界面如图4所示。在此界面,操作者能够根据看到分线和总线到位工件的型号、变速箱编号以及工件的合格状态,并且能够根据实际的生产情况选择需要的装配模式:全部上线、差速器上线。当分线和总线到位工件型号相同时,自动进行匹配,并实时显示匹配结果。通过本模块能够实时监控到位工件的匹配状态以及整个匹配过程 。图4轴类上线及总装轴类模块F i g .4S h a f t l i n e s a n d a s s e m b l y s h