智能制造执行系统在齿轮箱组装生产线中的应用

田成花，贠俊峰，贾 沛，郑洪强，颜兵森

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

智能制造执行系统在齿轮箱组装生产线中的应用

田成花，贠俊峰，贾 沛，郑洪强，颜兵森

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

自动控制与制造执行系统是制造业自动化、信息化、智能化的重要基础。为推进“智能制造”、实现“中国制造2025”提供全面支撑，将计算机及网络技术、可编程控制技术、现场总线技术、信息管理技术等应用于各种生产线的控制、监视和管理，开发研制了齿轮箱组装生产线智能制造执行系统，该系统协助车间进行生产管理、提高生产效率、实现产品质量全程追溯、开展智能化转型，开创了智能制造的新模式。

智能制造；自动化；信息化

0 引言

在制造自动化方面，该生产线目前主要依靠人工进行装配，主要使用压力机、电动扳手、扭力扳手、专用工装等，各工位基本处于人工或半自动化水平。在信息化方面，该生产线目前组装过程中的生产、检测和试验数据，有的是人工录入系统，或者直接填写质量跟踪卡，有的是由专业的软件记录结果，但都是单机版，没有相互集成，数据分离，不利于进行数据共享、统计分析、跟踪追溯。

本设计引入了“智能制造”理念，实现了信息化、自动化、智能化与现场制造过程的无缝结合，极大的提高了工作效率，在智能化制造方面又迈进了新的一步。

1 系统目标

本系统以精益生产、约束理论为指导，以齿轮箱组装线的作业计划编制和调度为核心，综合集成PLM、ERP、PLC、DNC等系统，建立先进、适用的制造执行系统，实现齿轮箱组装线的有限能力排产、计划的下达和过程监控，车间在制物料的管理、车间设备的运维和监控，车间可视化管理，实现预期的“八化”项目目标，即质量检测智能化、产品档案信息化、设备数据实时化、生产过程透明化、物料流转自动化、异常问题目视化、装配工艺信息化、系统平台开放化，该系统支持工艺控制程序调整，层层把控产品的生产质量。1.1 检测智能化

针对现场的检测过程进行防错化改造，减少人为错误，保证检测的准确性；检测数据实现实时传递以及电子化的数据录入和保存，自动检测结果不符合要求时产品禁止流转，实现产品生产过程做到不生产、不传递、不接受不合格品，确保合格产品流入下工序。

1.2 产品档案信息化

针对产品建立电子档案，需包含组装过程、关键控制项点、检测项点、操作人员、日期等具体内容；产品的电子档案可根据产品编号、日期等字段进行模糊查询，在需要时可立即读取导出，形成报告。同时对出现过质量问题的产品或加工过程记录在产品档案当中，形成台帐利于后期产品管理与追溯。

1.3 设备数据实时化

对生产线的设备数据进行快速读取和持续跟踪，并能够对设备数据进行智能判断，保证设备正常运行，同时将设备中的产品信息进行检测，正确产品予以放行。

1.4 生产过程透明化

通过智能执行系统对组装过程中的每一个工步顺序及要求进行控制，并实时在工位进行目视化展示；管理人员能够即时通过系统查看整体制造过程；现场通过电子看板等方式展示生产节拍、生产进度、在制品数量等情况。

1.5 物料流转自动化

在现场可操作的情况下，对现场工位上的物料流转方式进行优化，降低工人劳动强度，并提高工作效率，减少物料流转导致的组装错误。

1.6 异常问题目视化

对组装线上的异常情况进行汇总分析，并形成报表供生产管理者进行分析；系统具备生产线安东系统功能，每个工位均能进行异常呼叫，能与车间级的安东系统进行信息间传递，对现场异常管理形成有效控制。

1.7 装配工艺信息化

对产品的组装工艺按工步顺序进行目视化展示，以视频或动画图片等方式指导现场操作。

1.8 系统平台开发化

预留与正在使用的系统的接口，保证系统的可扩展性。同时在产品换线时，拥有权限的人能够在办公室内通过软件，快速下达生产命令。系统支持工艺控制程序调整，支持相似工艺产品共线生产。

2 系统总体架构

根据该项目的总体目标及具体要求，结合企业现有的业务系统、生产特点和信息化水平，该系统的整体架构如图1所示。

3 系统功能模块设计

图1 系统整体架构

本系统主要包括自动化控制管理、目视化管理平台、制造信息化及其他功能模块（包括预留的数据交换平台），系统功能模块设计如图2所示。

3.1 自动化控制管理

建立统一的网络DNC平台，将各工位及公用系统的现有控制系统中的实时采集数据统一在一个平台上，为各级生产管理人员展现全生产过程的参数状态。

在组装线各工位设置PLC或其他类型控制器的可编程控制程序，根据各工位的装配工步控制生产装配过程。

在组装过程中，可以通过多种数据采集设备提取关键信息，例如关键零部件的单件号、操作员工号、工步完成时间等。

实现检测数据的实时传递以及电子化的数据录入和保存，自动检测结果不符合要求时产品禁止流转，实现产品生产过程做到不生产、不传递、不接受不合格品，确保合格产品流入下工序。

3.2 目视化管理平台

目视化管理平台作为精益生产最有效的管理工具，以可视化信息的推动式发布实现信息共享，进行透明化管理，它通过多种形式展现信息，如标语、现况板、图表、电子屏等，方便相关人员及时掌握全面的管理现状和必要的情报，可以自动暴露问题进行异常拉动，从而能够快速制定并实施应对措施。

3.3 制造信息化

信息化系统界面简洁、舒适，配色和布局协调、一致；功能操作简单、方便，同时参考现场操作人员的意见，优化细节设计，减少操作，更好地服务于操作人员，提高生产效率。

根据ERP系统下达的组装线生产计划，按照每个班次8小时12台的节拍编制和下达组装线日计划，编制和下达组装线的领送料计划；根据库存现有量和日领送料计划分析当天当班的物料短缺情况，如果缺料则及时报缺料异常，如果不缺料则由库房及时配送到各工位（库存现有量须与ERP系统库存系统集成）。

图2 系统功能模块

仓库根据组装线日领送料计划配送，车间进行领送料的交接确认，确认后自动增加组装线工位物料在制数量。

各工位完成了工步确认之后，自动完成组装线工位报工；产品完工下线之后，根据工位物料清单自动冲减组装线工位物料在制数量。

设备系统可以建立设备台帐；管理设备的维修保养计划、检修记录、配件更换记录等信息；对常用的备品备件进行管理，以保证车间生产的正常执行；对企业设备的故障信息进行记录。系统建立对关键设备的监护，如电动扳手和电子量具的维护保养提示、质检提示等，定期整理产品数据进行分析，总结数据变化规律，从而为管理人员提供可靠数据支持，判断分析工件的可靠性。

管理人员可依据时间、工位号、产品类型、工件钢印号或其他信息对采集并储存的各项数据进行查询并打印报表，其中查询条件可以由使用者任意选择已有数据项作为“过滤方案”进行查询。

3.4 其他功能模块

其他功能模块主要包括各种级别的人员设定，不同级别的人员拥有不同的操作权限，某种权限的操作人员只可进行指定的功能操作。

系统在每个工位都设置了视频监控系统，采用高清枪式摄像头、高速以太网传输及高性能的硬盘录像机来完成生产工况的3～6个月的录像保存。

4 系统硬件拓扑结构设计

整个智能制造执行系统是按照信息化工厂的设计理念，采用先进的自动化、信息化、网络化技术，基于各分系统过程控制模块、自动信息采集模块，结合.NET开发平台、SQL Server2008数据库平台、实时检测技术、条码打印识别、高速工业以太网等各种计算机软硬件技术，将齿轮传动箱的装配生产中的各种信息管理与工厂信息管理有机结合起来。本系统的硬件拓扑结构图如图3所示。

图3 系统硬件拓扑结构图

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5 结束语

本系统引入了“智能制造”理念，将计算机及网络技术、可编程控制技术、现场总线技术、信息管理技术等应用于各种生产线的控制、监视和管理，实现了信息化、自动化、智能化与现场制造过程的无缝结合，本系统协助车间进行生产管理、提高生产效率、实现产品质量全程追溯、开展智能化转型，在智能化制造方面又迈进了新的一步。

[1] 王坚,徐国华.智能制造环境下的信息集成技术[J].计算机辅助设计与制造,2001,(7):7-9.

[2] 朱剑英.智能制造的意义、技术与实现[J].机械制造与自动化,2013,42(3).

Application of intelligent manufacturing execution system in gearbox assembly line

TIAN Cheng-hua, YUN Jun-feng, JIA Pei, ZHENG Hong-qiang, YAN Bing-sen

TP29

：B

1009-0134(2017)07-0124-03

2017-03-20

田成花（1986 -），女，山东人，工程师，硕士，主要从事自动化信息系统集成的研究。