車間級(jí)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

何彬 蔣帥 李凱 郭宗鵬

摘 ?要：隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和科技水平的進(jìn)一步提升，各行各業(yè)在良好歷史機(jī)遇下得到了較大的進(jìn)步，車間自動(dòng)化生產(chǎn)行業(yè)同樣如此。而隨著激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)大批量生產(chǎn)高效率要求及單件生產(chǎn)靈活性要求的不斷提升，如何科學(xué)合理地設(shè)計(jì)車間級(jí)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能成為高層管理人員關(guān)注的重要問題。在此背景下，文章從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的出發(fā)，綜合考慮了系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、作業(yè)細(xì)則、功能需求和計(jì)劃管理等設(shè)計(jì)方案，旨在給提升我國車間級(jí)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力帶來更多的思考和啟迪。

關(guān)鍵詞：車間級(jí);生產(chǎn)線控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）28-0096-02

Abstract： With the rapid development of China's economy and society and the further improvement of the level of science and technology， various industries have made great progress under the good historical opportunity， as well as the workshop automation production industry. With the increasing requirements for high efficiency and flexibility of mass production in the fierce market competition， How to design the workshop-level production line control system scientifically and reasonably in order to realize the related functions has become an important issue concerned by senior managers. In this context， starting from the purpose of system design， this paper comprehensively considers the overall design of the system， operation details， functional requirements and plan management. The purpose of this paper is to bring more thinking and enlightenment to the improvement of the design ability of workshop production line control system in our country.

Keywords： workshop level; production line control system; design

引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提升，自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)過程中所占比例越來越大，而車間級(jí)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)作為自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)得以科學(xué)實(shí)行的基礎(chǔ)，其對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的重要作用不容忽視，關(guān)于車間級(jí)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)的相關(guān)研究與探討也就具備了極其重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的

隨著市場(chǎng)需求的不斷變化，企業(yè)需要不斷調(diào)整生產(chǎn)任務(wù)。有的企業(yè)產(chǎn)品種類繁多、調(diào)整頻繁，而生產(chǎn)過程中的設(shè)備、物流系統(tǒng)已難以滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，那些采用傳統(tǒng)機(jī)群布局的生產(chǎn)車間或落后的生產(chǎn)形式都面臨著改造。許多機(jī)械加工企業(yè)通常非常重視生產(chǎn)工藝知識(shí)，而對(duì)設(shè)備布局、物流搬運(yùn)系統(tǒng)（包括工件、工藝裝備）的設(shè)計(jì)則局限于經(jīng)驗(yàn)水平，沒有從專業(yè)理論或科學(xué)角度進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而制約了生產(chǎn)效率的提高。因此，對(duì)生產(chǎn)車間系統(tǒng)及其設(shè)備布局的研究具有重要意義。

基于自動(dòng)化生產(chǎn)的車間級(jí)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的建設(shè)是以信息化為基礎(chǔ)，以精細(xì)化管理為重要指導(dǎo)，以本企業(yè)檢修車間為重要試點(diǎn)對(duì)象，在搭建基于自動(dòng)化車間及生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，打通生產(chǎn)運(yùn)營層和過程控制程的信息通道，進(jìn)而形成從檢修計(jì)劃到檢修執(zhí)行的整個(gè)一體化業(yè)務(wù)模式，最大程度上提升車間工作人員的工作效率，為實(shí)現(xiàn)檢修工作的高質(zhì)量與及時(shí)交付奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

2.1 整體設(shè)計(jì)

車間級(jí)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)旨在嚴(yán)密監(jiān)管面向檢修廠房的所有動(dòng)車機(jī)組檢修業(yè)務(wù)，在此過程中，該生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的建設(shè)旨在填補(bǔ)上層檢修業(yè)務(wù)系統(tǒng)與底層自動(dòng)化設(shè)備之間的管理空缺，將業(yè)務(wù)層的檢修工單分解推送到過程控制層的自動(dòng)線，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自上而下的落實(shí)檢修生產(chǎn)精細(xì)化管理要求，并在此過程中借助于成熟可靠的信息通訊技術(shù)和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)方面緊緊圍繞著檢修工藝策劃-檢修作業(yè)執(zhí)行-生產(chǎn)實(shí)際反饋-部件履歷生成這一主線，以檢修系統(tǒng)中檢修工單為重要載體，搭建了一套既能夠支撐自動(dòng)化生產(chǎn)線運(yùn)行，又能夠滿足手工作業(yè)工序管理要求的信息系統(tǒng)（圖1）。

在車間級(jí)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)中，頂層設(shè)計(jì)主要以產(chǎn)品運(yùn)維管理系統(tǒng)為主要載體，檢修系統(tǒng)負(fù)責(zé)向下層系統(tǒng)提供相應(yīng)的檢修工藝數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為下層系統(tǒng)盡可能快速高效地完成檢修工作奠定一定的基礎(chǔ)。中間層設(shè)計(jì)則是該生產(chǎn)線控制系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵性內(nèi)容，主要包括基于有限能力的計(jì)劃管理、檢修工單執(zhí)行管理、設(shè)備管理、質(zhì)量追溯管理、生產(chǎn)異常管理、生產(chǎn)可視化管理等眾多模塊。就系統(tǒng)服務(wù)的對(duì)象而言，它包含了自動(dòng)化生產(chǎn)線和手工作業(yè)工序兩大類型。針對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線而言，生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)一方面將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)下發(fā)給各條生產(chǎn)線，并在其現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)完成后收集各條生產(chǎn)線的工單執(zhí)行狀況、生產(chǎn)進(jìn)度以及物料消耗數(shù)據(jù)等。針對(duì)手工作業(yè)工序而言，生產(chǎn)線控制系統(tǒng)從頂層檢修系統(tǒng)接收到相應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)后，在排產(chǎn)模塊進(jìn)行了基于設(shè)備、物料、異常等約束條件的有限產(chǎn)能排產(chǎn)，并在此基礎(chǔ)上將相應(yīng)的工單下發(fā)到下游系統(tǒng)，進(jìn)而完成手工作業(yè)工序的相關(guān)工作。底層依靠下游產(chǎn)線附帶的控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線中的設(shè)備在自動(dòng)化生產(chǎn)線臺(tái)位進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，而系統(tǒng)則負(fù)責(zé)將生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、匯總和整理，并反饋給上層生產(chǎn)線控制系統(tǒng)進(jìn)行車間全局層面的監(jiān)控管理，更為上游業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的工單結(jié)算、部件履歷生成等提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

2.2 作業(yè)細(xì)則

車間級(jí)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊、人員管理模塊等六大模塊組成。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊主要負(fù)責(zé)下游生產(chǎn)線及兩條手工生產(chǎn)線的定義，負(fù)責(zé)接上游檢修系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，完成維護(hù)修理進(jìn)程、車型類型對(duì)應(yīng)主工序和子產(chǎn)線的目的，進(jìn)而將主工序?qū)?yīng)到子產(chǎn)線上。人員管理模塊主要包括組織架構(gòu)和人員信息等兩部分。組織架構(gòu)負(fù)責(zé)檢修廠區(qū)內(nèi)所有的組織架構(gòu)信息及廠區(qū)的可擴(kuò)展信息，并在此基礎(chǔ)上記錄人員的基本數(shù)據(jù)、資質(zhì)信息等。計(jì)劃管理模塊則主要包括工單接收、工作日歷設(shè)置、上線計(jì)劃、計(jì)劃調(diào)整和上線計(jì)劃查詢等五大部分。其中，工單接收主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)運(yùn)維系統(tǒng)的工單數(shù)據(jù)信息接收和查詢;工作日歷設(shè)置部分可根據(jù)車間級(jí)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的規(guī)則生成相應(yīng)的日歷，并在需要時(shí)進(jìn)行調(diào)整和更換;上線計(jì)劃則負(fù)責(zé)廠區(qū)內(nèi)計(jì)劃員工的錄入及計(jì)劃的導(dǎo)入等，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行生效計(jì)算;計(jì)劃調(diào)整則負(fù)責(zé)廠區(qū)內(nèi)計(jì)劃工作人員對(duì)計(jì)算完成的上線計(jì)劃的微調(diào)和優(yōu)化;上線計(jì)劃查詢則主要負(fù)責(zé)查詢已生效的上線計(jì)劃。報(bào)工管理則主要分為工時(shí)提報(bào)、報(bào)工反饋和工時(shí)統(tǒng)計(jì)等三大內(nèi)容，工時(shí)提報(bào)填報(bào)下發(fā)到手工產(chǎn)線的工單，并在填報(bào)完成后將系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)同步到檢修系統(tǒng)，該系統(tǒng)返回工單報(bào)工是否成功的信息。報(bào)工反饋則在接收到生產(chǎn)線的報(bào)工數(shù)據(jù)時(shí)將其同步到檢修系統(tǒng)，系統(tǒng)返回工單報(bào)工是否成功信息。工時(shí)統(tǒng)計(jì)則按班組、工段和區(qū)域統(tǒng)計(jì)工人實(shí)際工作時(shí)間。展示中心則主要分為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、能耗數(shù)據(jù)監(jiān)控和計(jì)劃進(jìn)度監(jiān)控等三大部分。

2.3 功能需求

車間級(jí)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的功能需求主要包括檢修工藝及檢修質(zhì)量策劃、計(jì)劃管理與排產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行管理、生產(chǎn)異常管理、生產(chǎn)可視化管理、人員資質(zhì)管理和其他系統(tǒng)的接口管理等重要內(nèi)容。以生產(chǎn)可視化管理為例探究生產(chǎn)控制系統(tǒng)的功能，通常而言，生產(chǎn)可視化主要考慮公司和車間不同層次的管理需求，并借助控制室設(shè)置大屏幕、廠房?jī)?nèi)設(shè)置顯示屏等方式實(shí)現(xiàn)各級(jí)生產(chǎn)線和各單元工位的全面、實(shí)時(shí)監(jiān)控與展示等目標(biāo)。在此過程中，生產(chǎn)可視化界面大多采用矢量圖形設(shè)計(jì)，同時(shí)支持三維仿真設(shè)計(jì)和平面設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，以最大程度上保證投放到超大屏幕時(shí)的圖像質(zhì)量。車間級(jí)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)可視化管理過程主要包括了生產(chǎn)線及設(shè)備狀態(tài)全監(jiān)控可視化、生產(chǎn)作業(yè)情況全監(jiān)控可視化、工位整體監(jiān)控可視化和統(tǒng)計(jì)分析圖表可視化等四大部分。生產(chǎn)線及設(shè)備狀態(tài)全監(jiān)控可視化界面采用多級(jí)監(jiān)控模式，能夠有效監(jiān)管整個(gè)廠區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)計(jì)劃及執(zhí)行情況信息，更能夠辨識(shí)各生產(chǎn)線及手工產(chǎn)線系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃和執(zhí)行信息。

2.4 計(jì)劃管理

計(jì)劃管理作為車間級(jí)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，主要包括了計(jì)劃維護(hù)、計(jì)劃下達(dá)、計(jì)劃反饋和計(jì)劃變更等重要模塊，是公司檢修業(yè)務(wù)中作業(yè)任務(wù)發(fā)起的重要源頭，更是滿足公司計(jì)劃編制、人員月度計(jì)劃與生產(chǎn)計(jì)劃分別進(jìn)行排產(chǎn)的業(yè)務(wù)需求。在生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)際編制過程中，有關(guān)工作人員須嚴(yán)格遵循公司月度推移計(jì)劃的交出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限能力的排產(chǎn)，從檢修系統(tǒng)中接收到相應(yīng)的檢修工單，在基于人員、物料、設(shè)備等生產(chǎn)要素的基礎(chǔ)上進(jìn)行約束條件下的有限產(chǎn)能排產(chǎn)運(yùn)算，最大程度上保證生產(chǎn)計(jì)劃的可執(zhí)行性。

3 結(jié)束語

總之，車間級(jí)生產(chǎn)控制系統(tǒng)相關(guān)功能的設(shè)計(jì)和計(jì)劃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)等都在極大程度上直接關(guān)系著工業(yè)生產(chǎn)效率的提升和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的獲得，因此，企業(yè)可在明確生產(chǎn)控制系統(tǒng)整體架構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)其功能模塊進(jìn)行一定的研討，盡可能地設(shè)計(jì)出符合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況的車間級(jí)生產(chǎn)控制系統(tǒng)，為提升本企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，更為我國車間級(jí)生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的強(qiáng)化提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]王好凝.基于PLC變頻器觸摸屏自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（21）：188-189.

[2]尤陽陽，王曉華.基于工業(yè)以太網(wǎng)的搬運(yùn)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制與應(yīng)用，2018，37（8）：8-13，20.

[3]莊承學(xué).智能控制系統(tǒng)在軋花生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J].中國棉花加工，2017（4）：8-9.