发动机产品生产车间制造执行系统技术研究

姜合萍，崔万瑞，于 航 ，赵 杰

JIANG He-ping，CUI Wan-rui，YU Hang，ZHAO Jie

（长春设备工艺研究所，长春 130012）

0 引言

现代战争是高科技、信息化战争，要求装备研制周期不断缩短，装备性能不断提高，要求制造企业能够对市场需求作出快速的响应,这对装备研制生产企业提出了更高的要求。各企业把数字化设计与制造技术应用及数字化管理水平提高作为实现上述目标的重要手段。

制造执行系统（manufacturing execution system，MES）是近年来发展起来的面向制造车间的生产管理技术与实时信息系统。将企业上层的生产计划与车间层的工业控制系统联系起来,并将所有实时信息集中起来进行统一决策。它针对位于企业计划层和工业控制层之间的执行层，研究如何将制造系统的计划进度、产品过程控制、物料管理、质量监控、设备管理等综合考虑，以提高产品制造车间自动化管理水平。

1 发动机产品制造车间管理需求

以某企业发动机缸盖生产车间为背景，车间共有数控加工设备10台，目前缸盖产品类型有8种，产品工艺复杂，质量精度高。管理现状为：

1）生产作业计划制定主要依靠调度员经验，制定作业计划需要及时掌握已有资源信息及资源准备情况，这些信息采用人工查阅，作业计划执行情况需要人工统计，工作量大且效率不高。

2）由于生产计划由人工经验制定，导致设备利用率低，不能发挥设备的最佳效能。

3）生产过程信息量大，且主要采用人工处理，影响并制约生产效率提高。

目前的管理现状成为制约企业生产能力提高的突出问题，迫切需要采用新的高效的管理模式，应用数字化的管理工具，提高制造车间生产能力及管理效率。

2 发动机产品制造车间制造执行系统模型

分析发动机缸盖生产车间的各生产业务管理流程及生产车间的管理需求，采集流程中传递与处理的信息，分析各业务与信息模型间的相关关系，在网络协同制造环境支持下，设计适合该车间生产管理的连接车间计划层及生产层的车间制造执行系统。该软件系统采用先进的生产管理技术手段，系统应用提高了车间生产管理的效率，提高了制造车间的生产能

2.1 车间制造执行系统功能模型

系统由4个核心功能模块和31个主要程序模块组成。系统功能图如图1所示，核心功能模块包括计划管理、工艺管理、资源管理、质量管理。基于Web的数字化生产车间制造执行系统软件能够实现车间作业计划的最优排序，计划调度管理，生产进度实时统计、工艺信息的浏览，NC程序的上传与下载，制造资源管理、质量管理等功能。该系统采用B/S模式开发，以Java为开发语言、Oracle9i为数据库平台。该系统实现了与工艺信息及设备层制造信息的集成，在制造车间内实现了产品制造过程的信息闭环式控制与管理。各模块功能描述如下：

计划管理：它是车间制造执行系统的核心，通过输入排序基础信息包括：工艺路线；工作日；设备日加工能力及班次；排产任务。采用基于优先规则的启发式优化算法，以交货期最短 、设备利用率最高、生产成本最低为优化目标实现工序作业任务的优化排序，将工序任务下达到各设备的上位机中，接受生产过程的实绩信息，对各个设备的工序完工情况动态统计与直观显示。有机协调整个生产系统，并向决策层反馈计划执行情况。

工艺管理：对车间生产工艺进行存储及浏览，可提供各类人员浏览；对NC程序按照设备型号及所属工序属性识别并进行集中统一管理，可实现程序的上传及下载。编制各设备各工序刀具清单，下达刀具管理人员完成刀具配置任务。

图1 车间制造执行系统功能图

资源管理：实现设备台帐及故障信息的管理，刀具、工装及协作件的台帐管理、出入库信息管理，对各资源状态信息进行查询。刀具配置管理主要实现接收刀具清单，对刀后，将刀具及刀具参数信息传递设备工作站，用于编程及程序调试。

图2 程序模块与数据库表之间关系矩阵

质量管理：实现产品质量检验数据存储与分析、产品检验报告的录入、不合格品管理、废品台帐管理及统计。形成质量报表。将数据库中CMM产生的关键工序检验数据存入系统数据库中，对重点关键质量特征实现统计分析。提供产品检验报告模板，录入相应数据，形成产品最终检验报告。建立废品台帐一定时间内，对废品数量、废品工序分布进行统计；实现量具出入库台帐的查询与管理、对量具收发信息进行管理，对量具检定信息进行管理。

2.2 车间制造执行系统数据模型

分析车间计划、质量检验、工艺文件、设备台帐、工装、刀具台帐等生产管理基本信息表，设计系统数据库。首先需要分析程序模块与数据表的存取关系，形成 C-U关系矩阵，矩阵直观地表明程序模块与数据表之间的存取关系，C表示程序模块数据库，U表示程序模块使用数据库，A表示程序模块创建并使用数据库。生产车间系统C-U矩阵如图2所示。

2.3 车间制造执行系统网络模型

制造执行系统功能建立在生产车间局域网环境中，网络连接如图3所示，根据MES功能设置，在车间管理室、工艺室、刀具室、检验室、计划室、调度室、材料室设置计算机终端，执行生产管理各项业务功能。信息输入、查询、统计及生产报表输出。在每台数控设备附近设置一台上位机，数控设备通过上位机连入车间局域网，并实现数据通讯包括工序任务完工报告、设备故障报告、NC程序上传下载。

图3 车间局域网连接示意图

网络采用两级以太网交换机结构组建，主干为千兆。系统中各计算机终端通过交换机连入车间局域网中，网中各终端通过TCP/IP网络协议进行数据通讯，每台数控设备通过标准的RS－232串口或机床自带的以太网口与其上位机相连，该方法结合了TCP/IP网络的快速性及RS232串口数据传输的可靠性的优点，组成了车间级系统集成网络的混合式结构。系统集成结构图如图4所示。

图4 系统集成结构图

3 结束语

本文针对发动机缸盖制造过程，设计了基于WEB的B/S结构的的车间制造执行系统，实现车间计划的优化排产与调度、生产全过程的数据信息集成与监控，提高设备利用率。以制造执行系统为数字化管理工具，使生产过程数据处理高效准确，提高车间生产管理效率。

[1]王京辉.制造执行系统在航天产品制造车间的应用模型研究[J].航天制造技术,2005,（2）：52-54.

[2]杨光,刘利剑,等.面向机械车间的制造执行系统[J].制造业信息化,2007,（4）：103-105.

[3]柴天佑,郑秉霖,等.制造执行系统的研究现状和发展趋势[J].控制工程,2005,12（6）：506-510.？