动力总成装配线MES实施过程中关键问题控制策略

李婷 伊丽莉 唐磊

摘要：本文针对动力总成装配线在实施MES过程中的几种关键问题提出解决方案及控制策略，在此基础上开发MES系统能是其更加适应动力总成生产线的运作需求。

关键词：动力总成装配线；MES；控制策略

引言

生产制造执行系统（简称MES）是一种实时、集成化的生产管理平台，通过一个集成数据库，及时下达生产计划任务，跟踪在制品，通过与生产线自动化设备的接口集成，实时监控生产状态，采集关键质量数据，对品质进行控制，服务于厂内制造、物流及质量等。并可将该平台数据汇聚到企业信息平台，进行统一发布，及时提供各类报表和文档，自动对管理人员、调度人员、生产人员等进行相关提示，为生产管理提供决策支持；利用该系统进行管理，可尽量避免人工管理的失误和延迟性，从而实现高效率的生产自动化管理[1]。

在动力总成装配线上需要对所有的质量数据进行采集、对所有的设备运行状态进行监控，对设备的报警信息进行广播，同时还存在着一些关键的工位需要MES的参与运行才能保证生产线的自动化和数据采集的完整性。同时对于防错和返修等此类关键问题也需要MES提供相应的控制策略[2]。

本文结合某发动机公司实际在MES开发实施过程遇到的关键问题的解决方法进行总结分析，提出相应的控制策略。

1.数据采集控制

产品队列跟踪策略

由于装配线部分工位没有配备RFID读写头，MES无法根据每个工位的电子标签中的发动机号实现整个装配线发动机队列的完整再现，针对该问题，可通过以下方案解决该问题：

1）MES系统可将整条装配线划分为n个队列跟踪区域，每个装配区域配置一个起始队列跟踪点和一个终止队列跟踪点（RFID控制点）。

2）当发动机经过第i个队列跟踪区域终止队列控制点时刷新第i个和第i+1个队列跟踪区域，根据信号检错出对应的工位，并将获得的工位、产品ID、产品状体等写入数据库对应数据表中，更新装配队列序号，监控画面中实时显示出混流装配线的生产状态、在制品装配队列、在制品所处位置等信息。

3）发动机下线返修时，从相应的队列跟踪区域中提出当前发动机号即可。

取决前道工序的装配工位数据采集方案

对于需要经过电子标签向下一个工位传送计算数据的工位，设备对于自治性要求非常高，不允许存在较多的数据传输环节。

1）对于工位的参数计算和工位测量等需要前道工位的计算参数，设备厂商一般选择的传递方式是电子标签，该类设备MES系统开放读写头控制和线体控制，由设备厂商自行控制，避免传输过程中数据的误传导致选配和测量的不准。

2）对于完全依靠PC设备的工位，且其测量值直接判定发动机是否合格。托盘到位，MES发送发动机号给设备，设备将测量结果与发动机号绑定存入本地及MES系统，MES系统将结果反馈给线体后写入电子标签合格位，并将检查值和发动机号绑定存储，流经合格判定位可直接判定是否需要下线返修。

基于数据库的采集方式

对于检查数据较多的设备，如冷试设备、热试设备等，MES系统PLC无法将检测值全部保存到PLC中进行实时采集，因此可通过本地数据库存储解决该问题；

1）托盘到位，设备读取托盘电子标签发动机信息，并将驱动程序号选择程序。

2）测量结束后，将设备检查值与发动机ID号绑定存入设备数据库中。

3）MES系统根据地质配置读取设备数据库服务器中检测数据，并将已抓取的检测数据进行标识，防止重复抓取。

基于PLC的质量数据采集

对于整机加油、泄漏量检测等工位一次性检查数据较小的工位，可以采用基于PLC的检测数据实时采集方案。该方式需配置PLC检测数据采集项配置工位检测值参数为依据，应具备一次性全配置和基于配置参数的柔性组态，使用人员可以根据工艺需求选择需要采集的质量数据，通过MES系统PLC与设备PLC的实时交互，最终完成基于PLC的质量数据采集，实现质量检测数据实时采集。

设备应具备本地存储数据库，使用双存储，保证数据的安全性和完整性。

2.防错及返修控制策略

拧紧机重复拧紧解决方案

由于发动机返修下线或者再上线后到达装配自动操作工位时经常出现重复拧紧的现象，该问题直接导致发动机二次装配，可通过MES防止该问题发生：

1）电子标签中规划拧紧机操作位，用以标识当前发动机在该工位已经进行了拧紧操作；

2）当发动机在拧紧工位操作结束后，MES系统根据拧紧所传送的信息将当前发动机所对应的托盘电子标签中的工位拧紧机操作状态修改为1；

3）当发动机下线返修时，MES系统对当前发动机所对应的电子标签中所有发动机数据进行转移，返修合格上线时，MES系统根据员工手动输入的发动机号，将当前返修发动机对应的电子标签数据全部转移到电子标签中。

4）当返修发动机流经拧紧机工位，拧紧机判断本工位是否已操作，如果为1，拧紧机停止并报警和提示，在手动模式下，人员可以进行操作，操作结束后也要写入合格和操作完成到电子标签中。

电动拧紧工具数据采集及防错方案

相同套筒针对不同型号所要求的拧紧工艺不同时电动拧紧工具采集和放错的难点，可通过在MES中设定机型与程序的对应关系，在上线时将相应工位的电动拧紧工具的程序号写入到TAG，托盘到位后，线体将发动机ID和程序号发送给电功工具，电功工具拧紧结束后，将拧紧值和ID号绑定存储到数据库，MES到数据库中取数据即可。

3.产品补号及补号上线策略

发动机在装配过程中因为各种原因导致发动机需要重新上线进行二次拆卸装配或者使用新件进行装配，为了提高工作效率和不影响现有正在执行任务单执行情况，MES系统采用如下方案：

1）对于正在执行任务单的发动机需要重新补号上线，直接进行补号即可，MES系统可根据发动机序列最小号原则对已经补号的发动机进行操作。

2）对于不属于正在执行任务单的发动机需要补号时，MES系统在缸体上线模块提供“补号模式”操作功能，员工只需要一键切换界面，在“补号模式”下操作即可。

3）补号结束后，一键切换至“正常模式”MES系统根据发动机序列最小号原则对已经补号的发动机进行上线操作。

4）补号之前的数据将被保存至系统的历史档案库。

售后机处理流程

发动机号是发动机装配过程和出厂的唯一标识，售后机信息和发动机第一次装配信息属于重复，如何区分发动机售后机信息和发动机第一次装配是关键所在。

1）售后机数据采集方案，从电子标签中获取发动机号和售后机标识，如果当前发动机是售后机，则将该售后机在不同工位的装配过程数据用售后机标识位区分。

2）售后机关键件采集，如采用读写头采集发动机号，如果为售后机，则将所装配的关建军号标识位售后机关键零部件；扫码枪或手动录入发动机号，MES系统需要判断数据库中同一个发动机号是否存在多条记录，如果有多条，以序号最大原则判断发动机号为售后机，并将所装配的关键件标识为售后机关键零部件。

3）售后機质量数据采集，由于质量数据的采集方式采用同意发动机号不同状态下的全部质量检测数据全保存的方式，并使用新旧对检测数据进行标识，系统提供同一发动机号检测数据按最新数据和全部数据的显示方式，具有较强柔性，方便查询。

4.总结

本文结合实际的MES项目在动力总成装配线上的实施过程中遇到数据采集控制问题、防错控制问题、返修控制问题等进行总结分析并提出相应的解决方案，对后续的MES实施具有指导性建议。

参考文献：

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

[2] 蔡潇雨.基于MES实时数据采集与控制系统的研究与设计[D].上海交通大学，2012.