張 偉

（南通友聯(lián)數碼技術開發(fā)有限公司，江蘇南通 226000）

1 現狀分析

伴隨著科學技術的發(fā)展，越來越多的新技術在許多制造企業(yè)得到應用。軌道交通行業(yè)作為國家重要行業(yè)，雖然也應用了大量的智能設備，但是在整個生產過程的信息化管理方面，卻并不像其他行業(yè)一樣已經得到了廣泛的應用。隨著國家的發(fā)展，越來越多的軌道交通企業(yè)針對制造過程的信息化管理，開始了新的探索。

2 MES 概念

MES（Manufacturing Execution System）是制造企業(yè)生產過程執(zhí)行系統(tǒng)，是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產信息化管理系統(tǒng)。MES 可以為企業(yè)提供制造數據管理、計劃排程管理、生產調度管理、庫存管理、質量管理、人力資源管理、工作中心/設備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項目看板管理、生產過程控制、底層數據集成分析、上層數據集成分解等管理模塊，為企業(yè)提供一個扎實、可靠、全面、可行的制造過程協(xié)同管理平臺。

3 高速列車軸箱組裝線需求

高速列車軸箱的組裝過程包括軸箱體內孔測量、軸箱體組成物料緩存、軸箱體組成物料自動上料、軸徑的清潔、軸徑自動測量、潤滑劑的涂抹、軸承的選配、軸承的自動壓裝、游隙的測量、密封膠涂抹、鎖緊螺母組裝、軸端特殊螺栓的組裝、軸箱體及傳感器的組裝。要求對整個組裝過程進行監(jiān)控，包括生產調度的管理、生產過程數據的采集、人員資質的把控、設備的管理、組裝質量的判斷等，并將整個生產過程的全部數據形成追溯記錄。

4 系統(tǒng)方案定制

根據生產工藝過程，制定高速列車軸箱組裝線的控制系統(tǒng)方案。整個生產過程涉及生產工單的接收與任務的分配、工件數據的采集、設備的管控、人員信息的收集對比、生產結果的質量判定，并將相關的數據進行整理，形成可以追溯的記錄。

要完成以上內容，首先要對組裝線中涉及到的所有元素，包括人員、工具、工件等進行數字化處理，為每一個元素賦予唯一的數字化標識。然后采用數據采集工具進行數據采集，并將所有采集到的數據根據數據之間的邏輯關系進行組合，提交至高速列車軸箱組裝線控制系統(tǒng)，即MES系統(tǒng)，形成最終的追溯記錄與各種報表，并將生產線的實時狀態(tài)顯示在看板上。系統(tǒng)總體方案框圖如圖 1 所示，圖中 ERP 是企業(yè)資源計劃，SQL 為結構化查詢語言，OPC 是用于過程控制的 OLE，OLE 技術是對象連接與嵌入技術。

4.1 工單接收與任務分配

高速列車軸箱組裝線控制系統(tǒng)與上層車間級控制系統(tǒng)之間建立通信接口，采用 TCP/IP 協(xié)議、Web service/API 的接口方式進行通信，承接車間級控制系統(tǒng)傳遞的排產計劃和工單信息，能夠根據排產計劃和工單信息調度物料生產，將相應的作業(yè)指令分配到具體的作業(yè)工位，并能實時反饋計劃完成時間。生產工單信息包含工單號、產品編碼、產品圖號、單件序列號、檢修數量、計劃下達時間等。高速列車軸箱組裝線控制系統(tǒng)收到工單指令后，軸箱組裝線管理人員確認后，系統(tǒng)自動調度。

為確保在單個設備故障時不影響整條線的生產，MES 系統(tǒng)可以設置單個設備從組裝線分離，管理人員根據不同車型的作業(yè)流程，單獨設置軸頸測量設備、軸承壓裝設備、物料自動運輸裝置、軸箱體組成物料緩存裝置。

在手工錄入生產車型和數量后，MES 系統(tǒng)可以不依賴上層車間級控制系統(tǒng)單獨自動運行。

根據生產計劃，從上層車間級控制系統(tǒng)接收作業(yè)卡片、作業(yè)指導文件，并發(fā)送給人機交互固定終端和手持終端。記錄和顯示排產計劃、工單信息和鎖定排程變動日志。實時向車間級控制系統(tǒng)反饋齊料情況。

承接車間級控制系統(tǒng)下達的質檢要求，定制質量表格。

4.2 組裝線生產數據采集

對于由 PLC 控制的核心設備，例如軸徑自動測量機、軸承自動壓裝機、軸承預組裝機械手等設備，通過PLC 接口進行設備數據的采集。在這些核心設備上設置可以讀取輪對電子標簽（RFID）信息的讀取裝置，在工件上料以后，自動讀取輪對信息，判斷輪對是否符合生產計劃的要求。如果符合要求，則將輪對信息和采集到的數據進行關聯(lián)，并將采集到的數據自動進行質量判斷。

對于手工檢測的工件，在工位上配置人機交互終端，配備手持終端（PDA），將檢測到的工件信息、人員信息等進行關聯(lián)，并自動對數據進行質量判斷。

對于定性質檢的數據，配置手持 PDA 拍照或掃描后上傳軸箱組裝線控制系統(tǒng)，記錄質檢結果。

4.2.1 軸箱體內孔測量、游隙測量工位

軸箱體內孔測量、游隙測量工位為人工作業(yè)工位，配置手持終端，操作人員在作業(yè)前掃描人員信息，對人員資質進行確認，之后掃描測量工具信息、被測工件信息，將測量人員、測量工具、被測工件進行信息綁定，形成追溯記錄。測量方案如圖 2 所示。

4.2.2 定位節(jié)點組裝等工位

定位節(jié)點組裝、鎖緊螺母組裝、軸端特殊螺栓組裝、軸箱體及傳感器組裝工位配置電動扭矩扳手及計算機輔助裝配系統(tǒng)。在組裝作業(yè)前，掃描輪對信息，計算機輔助裝配系統(tǒng)根據輪對信息自動調用擰緊策略；掃描人員信息，對人員資質進行把控。計算機輔助裝配系統(tǒng)對整個擰緊過程進行監(jiān)控，形成鎖緊曲線，并將結果進行判定，將工件、人員、作業(yè)結果傳送至 MES 系統(tǒng)，形成追溯記錄。定位節(jié)點組裝工位配置方案如圖 3 所示。

圖1 系統(tǒng)總體方案框圖

圖2 測量方案框圖

圖3 定位節(jié)點組裝工位配置方案

4.2.3 軸箱體組成的物料緩存工位

軸箱體組成的物料緩存工位，接收 MES 系統(tǒng)下發(fā)的生產計劃。定位節(jié)點組裝等完成之后，根據生產計劃，將軸箱體組成的物料放到物料托盤內。物料進入托盤之前，對軸箱體、軸端附件等工件以及托盤進行掃描，將信息綁定并存放在物料間的緩存架上。上架之前，對物料托盤進行掃描，根據生產計劃將托盤存放至特定的位置。軸箱體組成的物料緩存方案如圖 4 所示。

圖4 軸箱體組成的物料緩存方案

4.2.4 軸徑清潔等工位

軸徑清潔、潤滑劑及防銹結合劑涂抹、密封膠涂抹工位為人工作業(yè)工位，配置手持終端。在作業(yè)前掃描人員信息，記錄人員的作業(yè)信息，并對人員資質進行確認。記錄作業(yè)人員信息后，掃描輪對信息，將人員信息和輪對信息進行綁定，形成追溯記錄。

4.2.5 軸徑測量工位

軸徑測量工位為自動測量工位，在自動軸徑測量機上配置 RFID 自動讀取裝置。工件上料后，自動讀取輪對的信息，并根據之前存儲在測量機系統(tǒng)中的輪對參數，調用適用于本輪對的測量方案，自動對軸徑進行測量。對測量的結果進行計算存儲，并通過與 MES 系統(tǒng)的接口，將測量結果上傳至 MES 系統(tǒng)中。軸徑測量工位配置如圖 5 所示。

4.2.6 軸承的選配

圖5 軸徑測量工位配置圖

MES 系統(tǒng)接收上層車間級控制系統(tǒng)的生產計劃，并與軸承存放系統(tǒng)進行通信。在 MES 系統(tǒng)接收到生產計劃后，將計劃進行組裝的輪對信息傳遞給軸承存放系統(tǒng)。軸承存放系統(tǒng)接收到信息后，自動按照生產順序將軸承傳送至軸承自動輸送裝置。

4.2.7 軸承自動壓裝工位

軸承自動壓裝工位為全自動壓裝工位，配置機械手與 2 臺全自動軸承壓裝機。MES 系統(tǒng)將生產信息通過與軸承壓裝機的接口傳遞至軸承壓裝系統(tǒng)，輪對進入壓裝機后，壓裝機自動讀取輪對的 RFID 信息，并根據之前存儲的參數，調用適用的壓裝參數。機械手將軸承從軸承自動輸送裝置抓取至壓裝機進行預組裝，并將軸承與輪對信息、壓裝數據等信息進行存儲，之后上傳至MES 系統(tǒng)中。軸承自動壓裝工位配置如圖 6 所示。

圖6 軸承自動壓裝工位配置圖

4.3 生產線狀態(tài)展示

實時顯示生產線各工位及設備狀態(tài)，包括人員信息、設備信息、質量信息、人員作業(yè)信息、生產完工信息等。在軸箱組裝線控制系統(tǒng)大屏幕上采用動畫形式顯示當前各工位作業(yè)狀態(tài)，顯示生產線上各個設備的工作狀態(tài)，實時顯示生產線范圍內輪對位置、序列號。在大屏幕上以圖形方式顯示目前每個工位的工作狀態(tài)、報警信息、安全互鎖信號、工件信息、質量信息、人員作業(yè)信息、生產完工信息等。

4.4 人員管理

作業(yè)人員通過員工打卡的方式登錄，軸箱組裝線控制系統(tǒng)從上層車間級控制系統(tǒng)中獲取人員的工號、姓名、資質等信息后，和工單中要求的人員資質進行比對，從而卡控人員資質。

控制系統(tǒng)對不同人員設定不同操作權限。

4.5 物料實時管理

軸箱組裝線生產計劃以輪對進度為準，當編制和下達輪對生產計劃時，可通過特定的方式實時查詢其余物料的狀態(tài)信息，判斷是否具備生產條件。

輪對組裝所需的物料全部到位后，下發(fā)輪對生產計劃，并且可以同時發(fā)布其余物料配送指令，其余物料按規(guī)定時間進行自動化配送。

若其余部分物料未準備到位，系統(tǒng)具備提醒功能，以廣播形式通知欠料工序進行及時備料。

物料配送信息具有自動發(fā)送和手動發(fā)送 2 種模式：自動發(fā)送模式下可設定提前發(fā)送時間，各組裝工位可根據作業(yè)特性單獨設置提前送料時間；手動發(fā)送模式下由員工在組裝工位通過終端發(fā)送要料信息。

物料信息管理的命名采用統(tǒng)一的規(guī)則，不同物料在不同工位之間能夠根據規(guī)則進行相互對應、查詢、匹配等。

組裝工位發(fā)送物料配送信息時，能夠以部件的編碼信息進行要料。

5 方案總結

根據以上工位詳細的方案制定，可以實現整個生產過程的監(jiān)控、人員管理、設備狀態(tài)管理、物料管理、組裝線狀態(tài)的管理，并將整個軸箱組裝線的狀態(tài)進行實時顯示，對軸箱的裝配結果進行質量判定，形成完整的追溯記錄。

相信 MES 系統(tǒng)的應用，會為軌道交通行業(yè)帶來更加完善的管理、更加安全可靠的高速列車以及更加飛速發(fā)展的行業(yè)。