李志軍，王年超，孔朋朋

(北方工業(yè)大學(xué) 現(xiàn)場總線及自動化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100144)

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基于MES的焊裝車間物料管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李志軍，王年超，孔朋朋

(北方工業(yè)大學(xué) 現(xiàn)場總線及自動化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100144)

摘要：針對焊裝生產(chǎn)線的物料管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理分散、缺乏物料跟蹤以及信息反饋慢的缺點(diǎn)，應(yīng)用面向MES的物料配送模型，設(shè)計(jì)了一種基于SIAMTIC IT的焊裝生產(chǎn)線物料管理MES系統(tǒng)，著重分析了物料跟蹤與配送開發(fā)過程、實(shí)現(xiàn)方法和運(yùn)行結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)記錄焊裝過程的零部件和產(chǎn)品屬性信息。

關(guān)鍵詞：SIMATIC IT;焊裝車間;物料管理

引用格式：李志軍，王年超，孔朋朋. 基于MES的焊裝車間物料管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(12)：90-92.

0引言

在機(jī)械產(chǎn)品制造過程中，焊裝過程作為最后一道工序，其對產(chǎn)品的質(zhì)量起著決定性作用。而在復(fù)雜產(chǎn)品裝配生產(chǎn)過程中,涉及零部件的種類和數(shù)量相對較多,只有保證零部件按時(shí)成套供應(yīng),才能按照生產(chǎn)計(jì)劃的要求完成整機(jī)產(chǎn)品的裝配[1]。為了滿足產(chǎn)品需求的不斷變化，必須保證焊裝產(chǎn)品具有成本低、質(zhì)量高且交貨期短的特點(diǎn)，而目前汽車消音器焊裝過程中物料管理方面存在諸多問題，比如物料清單更改多、物料管理分散、物料供貨不及時(shí)、在制品跟蹤不到位和焊裝產(chǎn)品配套困難等，使得廠家難以按時(shí)、按質(zhì)、低成本交付產(chǎn)品[2]。因此，為了能夠提高企業(yè)市場競爭力，必須加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部物料管理、完善物料配送過程。

1MES功能模型

制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacture Execute System，MES)是美國管理界于20世紀(jì)90年代提出的概念。MES的主要作用是一方面執(zhí)行計(jì)劃層制定的生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度指令；另一方面采集生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、集成原料和產(chǎn)品的存儲數(shù)據(jù)、集成設(shè)備狀態(tài)信息，并將這些信息進(jìn)行合并、匯總、分析等綜合處理，為生產(chǎn)計(jì)劃和排產(chǎn)提供依據(jù)，同時(shí)也為ERP提供了及時(shí)、可靠、準(zhǔn)確的生產(chǎn)經(jīng)營參考信息，實(shí)現(xiàn)了信息的全面共享，從而使企業(yè)的管理者可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的決策。

MES作為ERP/MES/PCS 3層結(jié)構(gòu)的中間層，其充當(dāng)了ERP和PCS兩層之間的的橋梁，同時(shí)MES是面向車間級的信息管理系統(tǒng)，它不僅能夠?yàn)椴僮魅藛T和管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行和跟蹤信息，還能提供所有資源、設(shè)備、物料、客戶需求等信息。

目前焊裝過程物料管理方面存在諸多問題，因此，焊裝過程中的物料管理系統(tǒng)尤為重要。SIAMTIC IT物料管理子系統(tǒng)對物料從需求分析到原材料配送、跟蹤、成品庫存管理、報(bào)表生成進(jìn)行了全面、準(zhǔn)確、系統(tǒng)的管理。SIMATIC IT功能模型如圖1所示。

MES功能模型不僅提供了物料管理的功能，還提供了大量的其他模塊的管理，物料管理通過與其他模塊的合作能夠更好地實(shí)現(xiàn)車間管理。

2物料管理系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以“先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠”為原則。

圖1　SIMATIC IT MES功能模型

本系統(tǒng)分為若干功能模塊，這些功能模塊結(jié)合工廠的實(shí)際需求和生產(chǎn)線的硬件特點(diǎn)進(jìn)行開發(fā),均采用模塊化設(shè)計(jì)；在滿足系統(tǒng)功能和性能要求的前提下,經(jīng)濟(jì)實(shí)用是硬道理,在硬件配置方面盡量利用企業(yè)原有的自動化設(shè)備,在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上添加一些硬件模塊即可滿足需求,從而最大程度降低系統(tǒng)開發(fā)成本。本系統(tǒng)不僅適用于新生產(chǎn)線，還適用于對老生產(chǎn)線升級生產(chǎn)管理系統(tǒng),實(shí)用性是系統(tǒng)首先要考慮的問題。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到廠房的需求和大部分生產(chǎn)線硬件系統(tǒng)的組成特點(diǎn)[3]。

圖3　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2.2系統(tǒng)整體方案及架構(gòu)

該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用B/S以及B/S混合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中有一臺中心服務(wù)器CAB Server——客戶應(yīng)用構(gòu)建服務(wù)器。其主要工作是提供圖形用戶界面。它可以從不同數(shù)據(jù)源收集數(shù)據(jù)，在顯示以前，還可以完成數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，管理人員能夠直觀地對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控和管理。

采用B/S模式不但維護(hù)和升級方式簡單，還可以降低成本和選擇不同的操作系統(tǒng)來運(yùn)行服務(wù)端。B/S 3層架構(gòu)如圖2所示。

圖2　B/S系統(tǒng)架構(gòu)圖

系統(tǒng)硬件架構(gòu)可以分為3層。底層是數(shù)據(jù)采集層，主要由PLC、掃碼機(jī)、HMI、單點(diǎn)顯示屏等設(shè)備通過多站點(diǎn)的Profibus總線采集現(xiàn)場生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)。中間層是數(shù)據(jù)存儲層，系統(tǒng)使用Microsoft SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。上層數(shù)據(jù)監(jiān)測控制層是通過MES的各個(gè)功能模塊對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、監(jiān)測并根據(jù)現(xiàn)場反饋信息重新下達(dá)生產(chǎn)指令，形成生產(chǎn)監(jiān)控閉環(huán)控制系統(tǒng)[4]。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖3所示。

2.3軟件環(huán)境

客戶端可以是任意的裝有瀏覽器的可以聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器，系統(tǒng)不作考慮，只要穩(wěn)定性、安全性等性能基本上能滿足要求就可以。而服務(wù)端出于性能、安全性以及SIMATIC IT版本的考慮，需要使用Windows Server 2008操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008。

3物料管理系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)需求

物料管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)可以總結(jié)出MES下物料管理系統(tǒng)所需要滿足的功能，包括物料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、物料需求管理、物料跟蹤管理等。由于篇幅原因，這里只對物料配送跟蹤作出說明。

基于MES物料配送流程分為初次備料與過程送料兩個(gè)階段。在初次備料階段，車間倉庫計(jì)劃任務(wù)執(zhí)行開始的提前期內(nèi)就要對將要執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行物料配送準(zhǔn)備，倉庫物料管理人員首先根據(jù)當(dāng)日生產(chǎn)計(jì)劃信息、產(chǎn)品BOM信息等得到物料需求計(jì)劃，得到初步的物料配送方案；在計(jì)劃任務(wù)執(zhí)行的過程中，進(jìn)入到過程送料階段，生產(chǎn)人員通過物料管理系統(tǒng)向車間倉庫發(fā)出補(bǔ)料請求，物料配送人員根據(jù)物料提醒進(jìn)行過程物料的配送[5]。

3.2物料管理跟蹤及追溯

圖4　物料管理流程圖

根據(jù)系統(tǒng)需求建立圖4所示的跟蹤流程圖。車間倉庫是活動圖的起點(diǎn)也是活動圖的終點(diǎn)，活動圖從車間原料庫開始。根據(jù)生產(chǎn)車間調(diào)度下達(dá)生產(chǎn)訂單，同時(shí)物料管理系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度下達(dá)的生產(chǎn)訂單計(jì)算物料需求并向倉庫發(fā)出物料請求。當(dāng)倉庫接收到生產(chǎn)線物料請求后進(jìn)行物料配送，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行物料跟蹤并通過現(xiàn)場監(jiān)測物料是否到達(dá)各個(gè)工位，如果沒有到達(dá)則大屏幕提醒初始缺料信息，如果物料已經(jīng)配送到各個(gè)工位則執(zhí)行下一步，生產(chǎn)設(shè)備準(zhǔn)備開始焊裝。焊裝過程中更改現(xiàn)場設(shè)備占用信息和當(dāng)前物料跟蹤信息，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)判斷加工是否完成，如果沒有完成，則查詢焊裝過程中是否缺料，不缺則繼續(xù)焊裝，否則大屏幕提醒焊裝過程缺料信息。加工完成，添加物料跟蹤完成信息、成品信息、原料消耗情況[6-7]。

在所有生產(chǎn)結(jié)束以后，如果發(fā)現(xiàn)成品有缺陷，則可以對現(xiàn)場使用的物料進(jìn)行追溯，以查明出現(xiàn)問題的物料是哪一個(gè)，甚至是哪一批，通過追溯可以做出相應(yīng)的對策，完善生產(chǎn)管理，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，從而達(dá)到甚至超過產(chǎn)品的質(zhì)量需求。物料管理在整個(gè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中至關(guān)重要。

4應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

在以上需求以及技術(shù)的基礎(chǔ)上，使用SIAMTIC IT作為開發(fā)軟件，設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于MES的焊裝車間物料管理系統(tǒng)。MES上層管理系統(tǒng)采用的是瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，B/S)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，以Visual Studio 2008作為開發(fā)環(huán)境，SQL Server 2008作為數(shù)據(jù)庫。

物料追蹤不僅可以對同一批次的物料進(jìn)行跟蹤，甚至可以對某一件物料進(jìn)行跟蹤。物料何時(shí)入庫、何時(shí)出庫以及物料所在位置、狀態(tài)全部能夠跟蹤查看。生產(chǎn)過程物料跟蹤及回溯界面如圖5所示。

圖5　物料管理系統(tǒng)界面

5結(jié)論

MES為實(shí)現(xiàn)敏捷化生產(chǎn)制造提供了先進(jìn)的信息處理平臺，是實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術(shù)手段。本文對物料管理進(jìn)行需求分析，對物料管理系統(tǒng)應(yīng)具有的基本模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并在SIMATIC IT的基礎(chǔ)上運(yùn)用了此系統(tǒng)。通過企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線技術(shù)可以構(gòu)建其他的管理系統(tǒng)，具有一定的擴(kuò)展性，為以后整個(gè)車間級的監(jiān)控智能化、信息集成化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)將在以后的實(shí)踐中不斷完善，提高分析和處理的各種能力，使各方面的管理都能達(dá)到最佳。

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中圖分類號：TP273.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.12.029

(收稿日期：2016-01-27)

作者簡介：

李志軍(1978-)，男，博士，副教授，主要研究方向：網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)、模型預(yù)測控制、故障診斷與容錯(cuò)控制。

王年超(1987-)，男，碩士研究生，主要研究方向：MES系統(tǒng)，自動化系統(tǒng)，PLC的應(yīng)用與開發(fā)。

孔朋朋(1990-)，男，碩士研究生，主要研究方向：自動化系統(tǒng)，PLC的應(yīng)用與開發(fā)。

Design of welding workshop material management system based on MES

Li Zhijun , Wang Nianchao , Kong Pengpeng

(Key Laboratories of Field Bus and Automation, North China University of Technology, Beijing 100144, China)

Abstract:Aiming at the defects of material management of welding production line, such as decentralizng data management, lacking of material tracking and slowing information feedback,using material distribution model faced to MES,this paper designed a material management MES system of welding production line based on SIMATIC IT. Material tracking,developing process,implementation method and operation result are analyzed emphatically,realizing to real-timely record welding process attribute information of components and products.

Key words:SIMATIC IT;welding workshop; material management