劉 彬，王德權(quán)

（大連工業(yè)大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院，遼守大連 116034）

發(fā)動機裝配線MES信息系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)件追溯方法的研究*

劉 彬，王德權(quán)

（大連工業(yè)大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院，遼守大連 116034）

基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)，在Microsoft Visual Studio 2010環(huán)境下以C#為編程語言開發(fā)了針對發(fā)動機裝配線的MES信息系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計及界面設(shè)計等。能夠?qū)崟r與數(shù)據(jù)庫通訊，采集發(fā)動機裝配的標(biāo)準(zhǔn)件信息，完成發(fā)動機裝配中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯。采用系統(tǒng)的生產(chǎn)線可完成各種標(biāo)準(zhǔn)件的追溯，達到形成發(fā)動機裝配檔案的目的。發(fā)動機裝配線MES信息系統(tǒng)目前已在某發(fā)動機生產(chǎn)中實際應(yīng)用，運行穩(wěn)定。

發(fā)動機生產(chǎn)線；MES；標(biāo)準(zhǔn)件；追溯

0 引言

美國先進制造研究機構(gòu)AMR將MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）定義為“位于上層的計劃管理系統(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)”，它為操作人員/管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源（人、設(shè)備、物料、客戶需求等）的當(dāng)前狀態(tài)等信息［1］。制造執(zhí)行系統(tǒng)，可以關(guān)閉設(shè)備控制系統(tǒng)和生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)之間存在的信息鴻溝，將控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)聯(lián)系在一起，使生產(chǎn)狀況能夠及時的反饋給計劃層，計劃層能夠?qū)崟r監(jiān)控底層生產(chǎn)情況以及設(shè)備的使用情況［2］。在發(fā)動機裝配企業(yè)，盡管面向顧客的產(chǎn)品變化較快，但構(gòu)成產(chǎn)品的零部件相對穩(wěn)定［3］。

針對實現(xiàn)發(fā)動機裝配過程中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯，本文作者基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)及Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境開發(fā)了MES制造執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)了通過MES制造執(zhí)行系統(tǒng)完成對發(fā)動機裝配過程中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯。

1 系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)

發(fā)動機裝配線MES信息系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯是基于條碼批次掃描技術(shù)、SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以Microsoft Visual Studio 2010為開發(fā)平臺、以C#為編程語言，開發(fā)的獨立集成系統(tǒng)。

SQL Server 2008引入了Microsoft Windows的. NET Framework的公共語言運行庫（CLR）Common Language Runtime組件的集成。CLR是Microsoft. NET Framework的核心，為所有.NET Framework代碼提供執(zhí)行環(huán)境［4］。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008，SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫能夠通過編寫存儲過程完成數(shù)據(jù)的錄入、查詢、修改，主要用來存儲物料數(shù)據(jù)。

以Microsoft Visual C-Sharp（簡稱Visual C#）為開發(fā)環(huán)境。Visual C#是一種全新的現(xiàn)代化的完全面向?qū)ο蟮恼Z言。它讓程序員能夠快捷地創(chuàng)建基于VisualStudio.NET平臺的解決方案。

2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

開發(fā)目標(biāo)是：通過發(fā)動機裝配線MES信息系統(tǒng)完成對整個發(fā)動機裝配過程中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯。在現(xiàn)代的大型發(fā)動機裝配企業(yè)，發(fā)動機的追溯零件的種類一般分為標(biāo)準(zhǔn)件和單個件兩種：標(biāo)準(zhǔn)件即按照國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、或者國外的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的零件，如螺釘、法蘭、軸承等，通過批次掃描完成追溯；單個件即目前還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的零件，如曲軸、活塞、連桿等，通過單個掃描完成零部件的追溯。

在發(fā)動機裝配線上操作者能夠根據(jù)實際情況應(yīng)用MES信息系統(tǒng)進行相應(yīng)的處理以提高生產(chǎn)效率，通過MES實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)件在發(fā)動機裝配線中的追溯。本系統(tǒng)針對的發(fā)動機標(biāo)準(zhǔn)件追溯的流程是：發(fā)動機到位后掃描發(fā)動機唯一追蹤碼，MES信息系統(tǒng)根據(jù)已建立的標(biāo)準(zhǔn)件庫以及裝配工藝自動顯示本工位需要裝配的物料信息：標(biāo)準(zhǔn)件信息、單件信息以及裝配指導(dǎo)信息。操作者掃描已經(jīng)按箱配送到工位的標(biāo)準(zhǔn)件物料對應(yīng)的條碼，系統(tǒng)自動完成批次掃描同時對線邊庫存進行扣料處理，完成物料的消耗。當(dāng)本工位標(biāo)準(zhǔn)件庫存不足時，通過Andon系統(tǒng)將缺料工位以及標(biāo)準(zhǔn)件的型號和規(guī)格以及數(shù)量顯示在車間大屏幕上。

上述追溯流程見圖1。為實現(xiàn)所述業(yè)務(wù)流程，設(shè)計以下主要功能模塊：標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫的建立，物料配送模塊，標(biāo)準(zhǔn)件驗證模塊，標(biāo)準(zhǔn)件消耗模塊。

圖1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

2.1 標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫的建立

在發(fā)動機裝配線MES信息系統(tǒng)中建立標(biāo)準(zhǔn)件圖庫和數(shù)據(jù)庫，主要包括的信息：零件名稱、零件圖號、標(biāo)準(zhǔn)件信息描述、標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、零件代碼、零件規(guī)格、零件型號。通過掃描發(fā)動機追蹤號系統(tǒng)自動顯示當(dāng)前型號發(fā)動機的裝配指導(dǎo)以及標(biāo)準(zhǔn)件圖。

建立MES信息系統(tǒng)裝配工藝庫，主要的信息包括：工位號、產(chǎn)品型號代碼、操作內(nèi)容、技術(shù)要求、工步屬性、要點理由。通過工業(yè)掃描槍掃描發(fā)動機追蹤號，MES信息系統(tǒng)自動顯示當(dāng)前發(fā)動機裝配工藝。

2.2 物料配送模塊

MES信息系統(tǒng)實時監(jiān)控工位物料情況，是否低于安全庫存，當(dāng)線邊庫存低于安全庫存量，系統(tǒng)自動產(chǎn)生配送單。由于發(fā)動機裝配的零件種類多，在整個MES信息系統(tǒng)分為標(biāo)準(zhǔn)件配送和單個件配送兩種方式：標(biāo)準(zhǔn)件在現(xiàn)場的裝配過程中，通過MES信息系統(tǒng)完成批次驗證，配送標(biāo)準(zhǔn)件的方式為按箱配送或按批次進行配送；單個件，如曲軸、連桿等物料進行單個配送。當(dāng)物料送達到工位線邊時，操作者盤點配送物料數(shù)量是否符合配送要求，如果滿足要求，則可通過掃描配送單號自動接收物料或者在裝配線MES界面選擇配送單號手動接收，同時MES系統(tǒng)將更新工位庫存信息。工位庫存的信息可以在裝配線MES界面上查看。發(fā)動機裝配線MES信息系統(tǒng)實時顯示物料批次信息，工位物料庫存信息，物料待接收信息，物料號，物料描述以及物料通知文本等信息，為操作工提供更好的物料看板，操作工可以根據(jù)界面看板信息了解是否需要掃描料箱標(biāo)簽/看板卡，是否物料庫存快不足，是否有物料需要接受以及對應(yīng)的物料批次信息等等。配送單如圖2所示。

圖2 配送單

2.3 標(biāo)準(zhǔn)件驗證模塊

本模塊主要實現(xiàn)的功能是：針對標(biāo)準(zhǔn)件和單個件進行掃描條碼，完成物料的驗證。標(biāo)準(zhǔn)件與單個件的驗證方式不同：標(biāo)準(zhǔn)件采用批次掃描驗證方式，MES信息系統(tǒng)根據(jù)掃描的條碼信息自動進行完成物料驗證。通過MES信息系統(tǒng)能夠通過物料字典對物料的屬性進行設(shè)置，包括：是否進行掃描以及物料是否為主物料，能夠根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)需要對部分物料進行缺省驗證。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)件消耗模塊

MES信息系統(tǒng)針對標(biāo)準(zhǔn)件采用按批次消耗的方式，考慮了不同生產(chǎn)狀況下的標(biāo)準(zhǔn)件物料消耗，其中包括了正常生產(chǎn)，返修生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中發(fā)生不合格等物料消耗機制，系統(tǒng)將根據(jù)不同的情況更新和扣減自身的工位庫存信息，同時將工位庫存數(shù)量信息實時的顯示在裝配線MES界面。操作工根據(jù)具體的數(shù)據(jù)信息對工位線邊的物料進行核對，實現(xiàn)了能夠根據(jù)實際情況來進行標(biāo)準(zhǔn)件的物料消耗。

針對標(biāo)準(zhǔn)件的物料消耗，操作者可以通過MES信息系統(tǒng)進行缺料Andon呼叫，實時將缺料信息顯示在車間大屏幕上，如圖3所示。

圖3 Andon呼叫大屏幕顯示

3 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

主要完成了工件物料數(shù)據(jù)的實時存儲，以及保存發(fā)動機物料的驗證結(jié)果以及形成發(fā)動機物料檔案，同時指導(dǎo)操作者進行工作。要求能夠與數(shù)據(jù)庫進行實時通訊并通過存儲過程對數(shù)據(jù)進行操作。根據(jù)實際的業(yè)務(wù)需求，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2008。

數(shù)據(jù)庫主要用于存儲相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息、標(biāo)準(zhǔn)件基礎(chǔ)信息、裝配指導(dǎo)、裝配工藝。建立相關(guān)的表用來存儲數(shù)據(jù)，如［電子看板_工序內(nèi)容］、［電子看板_工位名稱與產(chǎn)品型號產(chǎn)品圖片］、［電子看板_裝配零件_物料字典］等。

系統(tǒng)中除了新建相關(guān)的表進行存儲數(shù)據(jù)，還創(chuàng)建了相關(guān)的視圖以及相應(yīng)的存儲過程對數(shù)據(jù)進行查詢、增加、修改等操作。提高了系統(tǒng)的工作效率。圖4中描述了發(fā)動機裝配線MES信息系統(tǒng)保存發(fā)動機物料數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)表關(guān)系。

圖4 物料數(shù)據(jù)關(guān)系圖

根據(jù)發(fā)動機裝配的標(biāo)準(zhǔn)件信息，將被存放在表［MES_裝配數(shù)據(jù)_零部件追溯_數(shù)據(jù)主表］、［MES_裝配數(shù)據(jù)_零部件追溯］表中，建立如圖4所示的主外鍵關(guān)系，即發(fā)動機裝配標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)來自［MES_裝配數(shù)據(jù)_零部件追溯_數(shù)據(jù)主表］表中。

4 系統(tǒng)界面設(shè)計

系統(tǒng)流程通過實際調(diào)研根據(jù)業(yè)務(wù)流程進行設(shè)計，此處以標(biāo)準(zhǔn)件驗證模塊為例。

模塊的界面如圖5所示。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)件驗證模塊

在此界面操作者能夠?qū)崟r查看當(dāng)前發(fā)動機需裝配的標(biāo)準(zhǔn)件信息，根據(jù)顯示的裝配指導(dǎo)以及裝配工藝完成標(biāo)準(zhǔn)件的掃描以及驗證。如果掃描的標(biāo)準(zhǔn)件條碼信息與實際裝配的信息不符，MES信息系統(tǒng)自動進行提示需重新進行掃描標(biāo)準(zhǔn)件條碼驗證。驗證成功后系統(tǒng)自動保存掃描驗證的標(biāo)準(zhǔn)件信息，完成發(fā)動機裝配過程中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯。

5 系統(tǒng)的應(yīng)用

本文開發(fā)的發(fā)動機裝配線MES信息系統(tǒng)對標(biāo)準(zhǔn)件的追溯調(diào)試通過后已實際應(yīng)用于某發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)，實現(xiàn)了對生產(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)件以及發(fā)動機生產(chǎn)狀態(tài)的實時、全面監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率。系統(tǒng)運行過程中，采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、運行過程穩(wěn)定、結(jié)果可靠，達到了預(yù)期目標(biāo)。

［1］黃學(xué)文.制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的研究和應(yīng)用［D］.大連：大連理工大學(xué)，2003.

［2］SONG Haisheng，WANG Jiahai，ZHANG Shu.Architecture of Manufacturing Execution system in The Extended Enterprise［J］.Chinese Journal of Mechanical Engineering，2002，15（1）：90-93.

［3］閆蔚.面向裝配的CAD系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)件建庫工具［D］.天津：天津大學(xué)，2003.

［4］王德權(quán)，黃成海.汽車發(fā)動機裝配線MES中的訂單管理系統(tǒng)［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2013（2）：127-129.

（編輯 李秀敏）

Standard Traceability Method Research about Engine Assembly Line in the MES Information System

LIU Bin，WANG De-quan
（School of Mechanical Engineering&Automation，Dalian Polytechnic University，Dalian Liaoning 116034，China）

MES information system for engine assembly line is based on database technology，under the environment of Microsoft Visual Studio 2010.Including the system structure design，database design and interface design，etc.The system can communicate with database in real time，collecting workpieces’standard parts information.The engine assembly line can achieve the goal of form the engine assembly file which equiped with this system can complete many kinds of standard traceability.The engine assembly line which equipped w ith MES has practical application in engine production lines，running stability.

engine assembly line；MES；standard parts；trace

TH162；TG65

A

1001-2265（2015）03-0154-03 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.03.042

2014-10-09；

2014-11-20

遼寧省科技創(chuàng)新專項項目（20140801）

劉彬（1967—），女，遼寧葫蘆島人，大連工業(yè)大學(xué)副教授，研究方向為制造業(yè)企業(yè)信息化，（E-mail）liubin@dlpu.edu.cn。