变速箱生产线物料装配拧紧防错系统*

李佳林，杨继新，王德权，王 鹏

(1.大连工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 大连 116034;2.东北电业管理局第二工程公司, 沈阳 110000)

变速箱生产线物料装配拧紧防错系统*

李佳林1，杨继新1，王德权1，王 鹏2

(1.大连工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 大连 116034;2.东北电业管理局第二工程公司, 沈阳 110000)

汽车变速箱生产线物料装配拧紧防错系统以.NET为开发平台、使用C#为开发语言，基于数据库和OPC技术，结合变速箱装配工艺流程，利用MES、ANDON为载体，将拧紧装配工艺以信息化方式应用到实际的变速箱生产过程，并实现对拧紧数据采集、报警显示、历史数据查询、报表管理等功能，是汽车变速箱装配线质量管理的有效方式。该系统已经实际运行并通过技术鉴定, 达到了设计要求，运行稳定，效果良好。

变速箱生产线;拧紧防错;MES;ANDON

0 引言

目前随着MES、ANDON等一系列软件的有效普及，加之制造业网络硬件基础的配备，使得制造业企业在车间管理层面具有了一定的信息化基础和规模[1]。MES是位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统[2]，ANDON是一套专业的汽车生产线上的柔性自动化质量、物料控制、呼叫和看板管理系统[3]。物料装配拧紧防错系统正是基于这样的信息化平台，并结合电气控制方法，实现了装配拧紧过程的可控、可追溯。

变速箱生产线拧紧防错系统要求每一个操作员在其工位上按时、按质、按量完成对变速箱的正确装配，防止将当前工位质量问题传递到下一工位，从而提高了一次性通过合格率并减少下线后的返修和整改工作。目前广泛应用于汽车发动机、变速箱及整车生产等领域。

拧紧防错系统向工位的装配工人实时指示拧紧次数信息，从而防止发生错拧、漏拧的情况，同时对整个拧紧过程进行监控，并对装配过程中的数据进行采集，实现数据管理、数据查询、报表、追溯、人员权限管理等功能。从根本上提高了拧紧效率和准确率。对企业的生产运营、供应链管理、品质控制等方面具有重要意义。

1 系统结构设计

1.1技术平台基础

系统选择SQL Server 2008数据库，以.NET为开发平台、使用C#为编程语言。系统通过OPC技术与底层设备进行通讯，OPC(OLE for process control)是嵌入式过程控制标准，是用于服务器/客户端链接的统一而开放的接口标准和技术规范[4]。

系统采用基于C/S与B/S混合结构的多层分布式信息平台，由于B/S结构具有便捷灵活的特点，在数据追溯及报表、系统管理等模块、采用B/S 结构模式。由于C/S结构具有交互性、安全性、响应速度及数据传输速率高等方面的优点[5]，因此在面向生产层的MES、ANDON主要采用C/S结构。

1.2 网络结构设计

在网络架构上，采用工业以太网进行通讯。服务器、上位机、PLC通过工业以太网连接，MES与ANDON通过OPC Server与底层设备进行信息的交互，实现上层的数据采集，信号传递等功能，具体的网络结构如图1所示。

图1 网络拓扑图

1.3 信息层结构设计

MES服务器、防错系统上位机、数据库服务器都处于信息层，信息层各个终端通过工业以太网与PLC进行连接，对物流装配拧紧防错系统及主控PLC的运行状态进行集中管理及监测。

信息层的防错服务器接收来自MES传递的生产计划信息；并将车型信息及配置信息向下传递到控制层的PLC；控制层收集报警信息及拧紧数据传递给信息层，信息层将数据保存以便将来的报表查询和数据分析。系统整体结构如图2所示。

图2 系统结构图

1.4 控制层结构设计

控制单元PLC处于控制层，控制层是整个防错系统的电控核心，在系统中起着承上启下的作用。

控制层主控PLC接收防错系统传递过来车型信息、配置信息，经过PLC内部逻辑判断后生成拧紧装配指令，并将指令下达给设备。在拧紧过程中如产生报警信息，PLC会实时采集并将信息上传到信息层。每次拧紧完成后，PLC将拧紧次数指令传递给式样器，变速箱流水号以及拧紧次数显示在式样器中，拧紧扳手每次成功拧紧后系统对拧紧次数进行扣减，直到全部螺丝拧紧完成。

1.5 执行层结构设计

执行层处于整个系统的最底层，主要包括式样器、拧紧扳、确认按钮、指示灯等。

执行层接收控制层下达的拧紧指令并执行，同时将拧紧数据及报警信号反馈给PLC。执行层式样器工作示意图如图3所示。

图3 防错式样器工作示意图

2 系统功能实现

物料装配拧紧防错系统由基础数据模块、装配拧紧模块、系统监控模块、数据追溯及报表管理模块、系统管理模块等组成，系统功能模块如图4所示。

图4 系统功能模块图

2.1 基础数据模块

基础数据模块对扳手与工位信息、车型信息、拧紧次数对应的关系进行设定。配置完成后的基础信息，可以通过OPC通讯技术下载到PLC对应的DB表中。该模块还具有批量导入、导出配置信息功能，可以通过Excel模板的形式对基础数据进行批量设置，减轻基础数据维护工作量。

2.2 装配拧紧模块

MES服务器将生产计划信息发送给监控层PLC。监控层PLC收到变速箱托盘到位信号后，向防错服务器发送信号，防错服务器得到当前工位变速箱号后查询机型，并将机型反馈给PLC，PLC根据机型在DB表中查询子局号、拧紧扳手号、拧紧次数，并通过输入输出模块传递给子局面板及指示灯。拧紧操作完成后，如果拧紧正常，则子局完工指示灯亮，如果有延迟，则报警灯的蜂鸣器响，同时ANDON屏幕画面上显示该工位的报警信息，但此时ANDON不发出报警声音。如果有延迟报警，则蜂鸣器每隔0.5s响一次，此时ANDON屏画面上显示该工位作业延迟报警信息，同时ANDON发出报警声音，ANDON向MES服务器及线体PLC发出停线请求信号，线体PLC响应后线体停止运行。

2.3 监控系统模块

监控系统可以对系统进行网络连接状态监控、设备运行状态监控、现场终端进行监控。通过现场触摸屏提供点检画面，用户可以检查系统各部分运行状况。如图5所示。

2.4 数据追溯和报表管理模块

数据追溯模块可查询变速箱在装配拧紧过程中的异常信息，包括报警停线时间，因作业延迟而导致的预警以及作业延迟次数。

报表模块包括异常历史记录、系统配置信息等。所有报表均支持Excel导出。

2.5 系统管理模块

物料装配拧紧防错系统通过Web方式向管理人员及操作人员提供用户管理、部门管理、权限设置等功能。

用户管理：用户信息维护，包括员工ID、用户名、工位、用户类别、所属部门、用户密码、角色等；员工ID即工号；每个ID可以有多个工位和角色信息。

权限管理：指定角色人员所能操作软件模块范围，并可对角色进行维护，例如可设置以下角色：公司领导、车间管理员、车间操作员等。领导可查看所有软件模块，车间管理员可查看当前车间的信息，车间操作工人只能查看自己录入信息以及当前工位对应软件模块。

3 结束语

变速箱生产线物料装配防错系统，可以对机型自动匹配，将不同机型的拧紧信息传递给当前工位操作人员，防止工人在操作过程中产生错拧、漏拧情况，在拧紧过程中，系统可对整个拧紧过程进行监控，当发生延迟或异常操作时系统可进行报警，以此提高装配效率。通过使用该系统，操作工人不需要像过去通过人工观察的方法确认机型，人工控制拧紧次数，从根本上保证了拧紧装配过程的高效性和准确性，保证了变速箱装配过程的生产效率和生产质量。

[1] LEE W B. Digital Factory—Manufacturing in the Information Age[J]. Journal of the Chinese Mechanical Engineering, 2000, (1/2) (11) :93-96.

[2] 黄学文.制造执行系统(MES)的研究和应用[D].大连：大连理工大学, 2003.

[3] 李瑞. ANDON在现场物流中的分析与应用[J].工业工程,2009,12(2):26-29.

[4] 吴薇. 基于OPC的柔性制造系统中的MES数据采集研究 [J].机械制造与自动化,2012, 41 (4):140-143.

[5] 廖志英. 基于C/ S 和B/ S 混合结构的管理信息系统运行模式[J]. 计算机工程与应用, 2002,38(2) :184-185.

[6] 王德权, 黄成海. 汽车发动机装配线MES中的订单管理系统[J]. 组合机床与自动化加工技术,2013, 3 (2):127-129.

[7] 谢印成. 数字化工厂概论[M].北京:中国矿业大学出版社,2013.

[8] 肯尼斯 劳顿. 管理信息系统[M].北京:机械工业出版社,2011.

[9] 杨晓云. 基于MES的发动机装配生产线管理系统的开发[J].计算机应用与软件,2009,26(1):75-78.

[10] 王德权, 邓云霓. WPF在发动机生产线监控系统中的应用[J]. 组合机床与自动化加工技术,2013(4):83-85.

[11] 王志新. 制造执行系统MES及应用[M]. 北京:中国电力出版社,2006.

(编辑 李秀敏)

申请优先审稿须知

为振兴我国机械装备制造业，弘扬民族科学文化精神，提升期刊质量，本刊从即日起，凡是符合本刊报道范围且同时受到“国家863计划资助项目”、“国家自然科学基金资助项目”、“国家重点科技攻关资助项目”等国家级基金资助项目的原创论文，可申请优先审稿，一经录用，优先发表，欢迎业内人事、专家、学者踊跃投稿(来稿注明：“优先审稿”字样)。

注：1.本刊正常审稿时间一般为一个月，优先审稿时间为15-20天; 2.本刊正常发表文章周期为来稿后6-8个月，优先发表文章周期为5-6个月。

——本刊编辑部

Gearbox Production Line Materials Assembly and Tighten Error-proofing System

LI Jia-Lin1, YANG Ji-xin1, WANG De-quan1, WANG Peng2

(1.School of Mechanical Engineering & Automation, Dalian Polytechnic University, Dalian Liaoning 116034, China;2.Northeast NO.2 Electric Power Construction Company , Shengyang 110000, China)

The automobile gearbox production line materials assembly and tighten error-proofing system is developed on .NET platform, using c# as development language, based on database and OPC technology, combined with the gearbox assembly process, the use of MES, ANDON as the carrier to tighten the assembly process by informationization method is applied to the actual transmission process, and realizes tighten data acquisition, alarm display, historical data query, report management and other functions, is an effective way of automobile transmission assembly line quality control. The system has been running and passed technical appraisal, meet the design requirements, stable operation and good effect.

gearbox production line; screw error proofing; MES; ANDON

1001-2265(2014)05-0151-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2014.05.041

2013-12-01；

2014-01-08

辽宁省科技厅基金资助项目(2011020090);辽宁省教育厅基金资助项目(LR2013023,2009A086,20061214,05L 071);大连市科技局基金资助项目(2011A17GX075,2010A16GX087,2005A10GX104,2003A1GX172)

李佳林(1987—)，男，辽宁大连人，大连工业大学硕士研究生，研究方向为制造业企业信息化，(E-mail)johnleerunner@gmail.com。

TH164;TG65

A