油缸數(shù)字化車間機器控制信息系統(tǒng)研究設(shè)計

1、油缸數(shù)字化車間機器控制信息系統(tǒng)研究設(shè)計摘要：通過對企業(yè)現(xiàn)有自己開發(fā)的MES系統(tǒng)的調(diào)研，分析企業(yè)車間現(xiàn)有MES存在的問題和生產(chǎn)過程中實際的功能需求，結(jié)合車間內(nèi)自動化物流系統(tǒng)，設(shè)計開發(fā)了機器控制信息系統(tǒng)的功能模塊。通過本系統(tǒng)的研究和探討，也將為我國現(xiàn)階段制造業(yè)企業(yè)解決數(shù)字化車間生產(chǎn)信息的管理問題提供一種可行的辦法，具有實際的指引性作用。關(guān)鍵字：自動化物流；數(shù)字化；生產(chǎn)信息中文分類號：TP274文獻標識號：AThe Research and Design of Manufacture Control Information System inCylinder Digitization Worksho

2、pXING Yu, SHAO Junpeng Research Instituate of Shanghai SANY Precision Machinery Co. Ltd,Shanghai,200201 Harbin University of Science and Technology,Haerbin,150080Abstract:Through the research of enterprise's own existing MES system, analysis of the existing problems of MES and enterprise worksho

3、p production in the process of the actual functional requirements, combined with the workshop automatic logistics system, the function modules of the machine control information system was designed and developed. Through the system research and discussion, it will provide a feasible method to help o

4、ur country present stage manufacturing enterprises to solve the problem of the digital workshop production information management,it will be practical guidance role orientation.Keywords:Automatic logistics; Digital; Production information0引言隨著信息技術(shù)的發(fā)展和制造業(yè)自動化水平的提升，實施敏捷制造系統(tǒng)已成為制造業(yè)企業(yè)提高制造能力以及生產(chǎn)管理能力，增強企業(yè)競爭

5、力的有效手段1,2。目前許多國內(nèi)企業(yè)正在著手建設(shè)具有更大靈活性的數(shù)字化車間，隨著制造裝備的自動化程度在不斷的提高，企業(yè)對信息化建設(shè)有了更高的要求。以企業(yè)資源計劃(Enterprise Resource Planning, ERP)為代表的信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)了企業(yè)財務(wù)、采購、生產(chǎn)、銷售、庫存等計劃的集成管理，在很大的程度上解決了企業(yè)生產(chǎn)管理計劃的問題。但在車間生產(chǎn)的管理和控制上，由于ERP更強調(diào)計劃性，不能有效管理生產(chǎn)計劃的落實情況，也不能實時獲取生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和反饋。目前國內(nèi)制造企業(yè)信息化過程中，車間現(xiàn)場生產(chǎn)信息的管理非常薄弱，雖然已經(jīng)有很多企業(yè)使用了ERP系統(tǒng)和現(xiàn)場自動化設(shè)備控制系統(tǒng)（DC

6、S）3，但是車間始終是一個管理斷層，生產(chǎn)過程仍然是一個黑箱，充滿著許多未知的因素，例如車間的設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量情況、生產(chǎn)和產(chǎn)品信息。本文研究的備信息管理系統(tǒng)（MCIS）是作為企業(yè)信息化建設(shè)的重要組成部分，它通過收集生產(chǎn)過程中大量的實時數(shù)據(jù)，并對實時事件進行及時的反應(yīng)和處理，來進行生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理。將接收生產(chǎn)實績數(shù)據(jù)并反饋生產(chǎn)結(jié)果給上一層管理系統(tǒng)（ERP），又把上一層管理系統(tǒng)的生產(chǎn)指令下達到現(xiàn)場控制層（FCS），既連通現(xiàn)場控制設(shè)備與企業(yè)管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫連接與共享；可實現(xiàn)全過程的產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤、計劃與物流調(diào)度、生產(chǎn)控制與管理等功能。1 問題的提出當前企業(yè)普遍實施了制造執(zhí)行系統(tǒng) (

7、Manufacturing Execution System, MES)，但是功能有限，且擴展開發(fā)的復雜程度較高，不能達到對車間生產(chǎn)有效管理的目的。隨著車間生產(chǎn)自動化水平的提高，特別是對于新建的自動化廠房，企業(yè)原有的管理方式和系統(tǒng)在應(yīng)對車間生產(chǎn)管理中暴露出了許多的問題：（1）企業(yè)現(xiàn)有的MES系統(tǒng)無法直觀了解整個油缸生產(chǎn)線各個工位及設(shè)備的情況，無法取得實時的設(shè)備狀態(tài)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，缺少了底層自動化的數(shù)據(jù)支持，成為信息孤島。（2）適應(yīng)可視化加工需求，需要實時掌握一些關(guān)于生產(chǎn)的重要信息，如訂單工件生產(chǎn)實時信息、生產(chǎn)線產(chǎn)量、節(jié)拍時間等信息，而目前管理系統(tǒng)缺乏對這些重要信息監(jiān)控，致使生產(chǎn)效率得不到有效提升。

8、（3）無法及時了解生產(chǎn)線各處運行的情況，班組長只能通過傳統(tǒng)對講機及電話才能了解到生產(chǎn)線的情況，信息獲取的滯后將可能帶來不真實的信息資源。（4）操作工只能采用紙質(zhì)記錄，不便管理和保存，更不便于分析，無法實時顯示給生產(chǎn)管理人員。操作無記錄，無法分析和記錄，以及缺乏流程化管理。（5）缺乏有效的報警提示致使生產(chǎn)運行及維護人員無法準確和快速獲生產(chǎn)線得設(shè)備故障及維護的具體信息，無法及時排查和解決問題，造成設(shè)備使用率低下。本文通過對企業(yè)車間管理需求的調(diào)研，以及對車間目前所具備的生產(chǎn)條件的分析，從實現(xiàn)車間生產(chǎn)的設(shè)備入手，采集生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)對車間生產(chǎn)信息的可視化監(jiān)控和管理。本文擬以車間現(xiàn)有的自動化程度較

9、高的數(shù)控機床、自動化物流設(shè)備為基礎(chǔ)，從生產(chǎn)訂單管理、物流管控、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、異常監(jiān)控等方面實現(xiàn)車間生產(chǎn)的信息化管理。擬開發(fā)出一套能夠與企業(yè)現(xiàn)有MES系統(tǒng)集成的，具有一定MES功能的車間級的設(shè)備信息管理系統(tǒng)（MCIS），方便車間現(xiàn)場的操作和企業(yè)實現(xiàn)車間信息的有效監(jiān)控和管理。系統(tǒng)需實現(xiàn)的基本功能包括實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的可視化監(jiān)控、實現(xiàn)與現(xiàn)有MES系統(tǒng)的交互對接、質(zhì)量管理、刀具管理、打讀碼設(shè)備的信息對接以及上位機要具備與現(xiàn)有廠級MES集成的接口功能。系統(tǒng)主要實現(xiàn)對車間設(shè)備信息和與設(shè)備相關(guān)的生產(chǎn)信息的實時采集和監(jiān)控，實現(xiàn)從訂單下發(fā)直至產(chǎn)品完工的一系列生產(chǎn)流程中所有與設(shè)備生產(chǎn)相關(guān)的信息監(jiān)控，將與現(xiàn)有的

10、MES系統(tǒng)一起，為該車間數(shù)字化建設(shè)構(gòu)建一個切實可行的車間生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，保證車間生產(chǎn)的順利進行。2 MCIS實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)本系統(tǒng)所需實現(xiàn)的關(guān)鍵性技術(shù)有以下幾個：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的實時傳輸、Web服務(wù)端技術(shù)（1）數(shù)據(jù)采集技術(shù)項目實施監(jiān)控的第一步就進行是相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，該部分是系統(tǒng)與現(xiàn)場聯(lián)系最為緊密的部分。由于油缸生產(chǎn)線車間內(nèi)數(shù)控機床的種類很多，不同種類的機床采用不同的通訊機制和通訊驅(qū)動程序，所以單個采集再整合到一起會給采集帶來很大的工作量和難度。OPC規(guī)范了企業(yè)現(xiàn)場設(shè)備與應(yīng)用程序之間的接口，整合了不同類型的控制系統(tǒng)，使得不同廠商的設(shè)備可以使用統(tǒng)一的進口進行數(shù)據(jù)傳輸和交換，有效解決了自動化設(shè)

11、備在實現(xiàn)監(jiān)控過程中的數(shù)據(jù)交換問題4,5。所以本系統(tǒng)采用OPC技術(shù)來建立監(jiān)控應(yīng)用程序與各控制器OPC服務(wù)器的通信，以此來獲取PLC的底層數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)的實時傳輸實時性是控制系統(tǒng)強調(diào)的必要條件。系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集和控制的對象是現(xiàn)場的控制系統(tǒng)，如果不能保證數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸，那么系統(tǒng)就失去了監(jiān)控的意義。實時性即要求在限定的很短時間內(nèi)進行采集數(shù)據(jù)的傳輸、處理。本系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)傳輸采用DDE技術(shù)。DDE是一種動態(tài)數(shù)據(jù)交換機制（Dynamic Data Exchange，DDE）。使用DDE通訊需要兩個Windows應(yīng)用程序，其中一個作為服務(wù)器處理信息，另外一個作為客戶機從服務(wù)器獲得信息。客戶機應(yīng)用程序向

12、當前所激活的服務(wù)器應(yīng)用程序發(fā)送一條消息請求信息，服務(wù)器應(yīng)用程序根據(jù)該信息快速作出應(yīng)答，從而實現(xiàn)兩個程序之間的數(shù)據(jù)實時交換。（3）冗余服務(wù)器技術(shù)保護服務(wù)器的數(shù)據(jù)安全是設(shè)計系統(tǒng)必須重點考慮的問題，本系統(tǒng)采用冗余服務(wù)器技術(shù)來保護服務(wù)器的數(shù)據(jù)安全。冗余就是將相同的功能設(shè)計在兩個或兩個以上設(shè)備中，如果一個設(shè)備有問題，另外一個設(shè)備就會自動承擔起有問題設(shè)備的任務(wù)，使網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)暢通無阻。服務(wù)器冗余是指重復配置系統(tǒng)的一些部件，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，冗余配置的部件介入并承擔故障部件的工作，由此減少系統(tǒng)的故障時間。通過采用服務(wù)器冗余技術(shù)將能夠提高系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。3MCIS系統(tǒng)任務(wù)功能MCIS系統(tǒng)的功能模塊劃分為

13、監(jiān)控模塊和生產(chǎn)任務(wù)管理模塊。其中的監(jiān)控模塊包括生產(chǎn)線狀態(tài)的監(jiān)控、區(qū)域設(shè)備信息的監(jiān)控、單體設(shè)備的監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控；生產(chǎn)任務(wù)管理模塊包括生產(chǎn)操作模塊和生產(chǎn)管理模塊，其中的生產(chǎn)管理模塊包括生產(chǎn)訂單管理、隊列管理、質(zhì)量管理和NC程序管理等模塊。系統(tǒng)框架如圖1所示。（1）過程監(jiān)視管理過程監(jiān)視管理主要包括提供生產(chǎn)線整體運行狀態(tài)以及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測的過程監(jiān)視功能；提供工藝路線工件隊列的過程監(jiān)視功能；提供分區(qū)域詳細設(shè)備狀態(tài)信息以及單體設(shè)備信息和報警信息的過程監(jiān)視功能。（2）設(shè)備呼叫管理設(shè)備呼叫管理包括CNC設(shè)備的操作界面上有呼叫按鈕以及呼叫確認按鈕，當設(shè)備故障需要維修，物料缺料或者加工質(zhì)量出現(xiàn)問題需要呼叫

14、時，由操作工觸發(fā)呼叫信號，待相關(guān)人員處理解決問題后觸發(fā)呼叫確認信號。MCIS系統(tǒng)中采集CNC設(shè)備的呼叫和呼叫確認信號，包括維修呼叫，故障呼叫、質(zhì)量呼叫、物料呼叫等等。呼叫和呼叫確認信息顯示在MCIS系統(tǒng)的監(jiān)控界面中，并與MES短信平臺建立接口，將呼叫信息傳遞給MES數(shù)據(jù)庫。（3）刀具壽命管理刀具壽命管理包括采集機床設(shè)備的刀具刀片使用壽命信息，監(jiān)控刀具刀片使用情況，根據(jù)刀具刀片的使用壽命計算剩余使用壽命，并進行報警，同時將刀具刀片使用信息傳遞給MES系統(tǒng)。（4）質(zhì)量管理質(zhì)量管理包括在每一道工序后根據(jù)抽檢方式MCIS系統(tǒng)通知自動化物流把工件放入質(zhì)檢臺進行質(zhì)量檢測，并且把監(jiān)測的結(jié)果錄入數(shù)據(jù)庫。在MC

15、IS系統(tǒng)的界面上可以對生產(chǎn)過程中的質(zhì)量信息進行查詢，利用統(tǒng)計過程控制SPC（Statistical Process Control）技術(shù)對質(zhì)量信息進行統(tǒng)計分析，在界面的控制圖上進行實時監(jiān)控，及時找出出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題的原因并糾正。（5）生產(chǎn)訂單管理生產(chǎn)訂單管理內(nèi)容包括生產(chǎn)準備計劃（即實現(xiàn)換型前工裝、刀具、夾具、NC程序等切換準備），實現(xiàn)生產(chǎn)線換型提示及處理；生產(chǎn)計劃導入，訂單確認和訂單下發(fā)，訂單追蹤，能夠?qū)崿F(xiàn)車間班次管理；排產(chǎn)及建立生產(chǎn)隊列是在MES里，MCIS接受排產(chǎn)計劃序列，并可以由具有權(quán)限的管理人員對隊列進行臨時手動調(diào)整；加工隊列調(diào)整（當工件出現(xiàn)從隊列拉出或插入時，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動隊列調(diào)整

16、，并通過系統(tǒng)隊列的邏輯的實時性和正確性；支持手動進行隊列調(diào)整，提供權(quán)限設(shè)置功能）。（6）生產(chǎn)隊列跟蹤管理生產(chǎn)隊列跟蹤管理包括：為隊列跟蹤的生產(chǎn)監(jiān)控提供動態(tài)的監(jiān)視畫面，使得用戶可以對著計算機的屏幕就能清楚的查看每個工件的位置，并在屏幕上獲取每個工件的制造信息。隨著工件的移動，跟蹤路由計算機隨時刷新畫面上的工件分布信息，使得用戶對現(xiàn)場的情況了如指掌。（7）NC程序管理NC程序的管理包括：NC程序比較，NC程序?qū)?，NC程序上傳/下載（包括手動自動下載），NC程序自動化編程，NC程序查看和編輯。圖1 系統(tǒng)的功能軟件架構(gòu)流程圖4系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)本系統(tǒng)是在Windows XP環(huán)境下，利用開發(fā)語言VB 6.

17、0，采用B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式開發(fā)實現(xiàn)了MCIS系統(tǒng)。本系統(tǒng)已經(jīng)在企業(yè)中得到了使用，并且取得了良好的運行效果。圖2是系統(tǒng)的總界面，界面是所有監(jiān)控的設(shè)備狀態(tài)，點擊可以跳轉(zhuǎn)到線上監(jiān)控每個設(shè)備的狀態(tài)，界面的最下一排按鈕是系統(tǒng)各個主要功能模塊的跳轉(zhuǎn)按鈕。圖2 系統(tǒng)的總界面Ø單擊圖2中每條線就可以得到每條線的每包含的設(shè)備、整條線的運行狀態(tài)信息、加工狀態(tài)信息。例如點擊小件異形線的活塞生產(chǎn)線就可以得到如圖3所示的界面。圖3單線設(shè)備狀態(tài)界面Ø點擊圖3中的綠色1可以得監(jiān)控到單個設(shè)備的狀態(tài)，例如點擊第一臺設(shè)備，得到如圖4所示的界面。圖4 單體設(shè)備信息界面5 結(jié)束語本文通過對企業(yè)車間管理需求的調(diào)研，以及對車間目前所具備的生產(chǎn)條件的分析，從實現(xiàn)車間生產(chǎn)的設(shè)備入手，采集生產(chǎn)管理所需相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)對車間生產(chǎn)信息的可視化監(jiān)控和管理。本文以車間現(xiàn)有的自動化程度較高的數(shù)控機床、自動化物流設(shè)備為基礎(chǔ)，從生產(chǎn)訂單管理、物流管控、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、異常監(jiān)控等方面實現(xiàn)車間生產(chǎn)的信息化管理，開發(fā)了車間級的設(shè)備信息管理系統(tǒng)（MCIS），并在企業(yè)中得到了應(yīng)用驗證，實現(xiàn)了車間現(xiàn)場的操作和企業(yè)實現(xiàn)車間信息的有效監(jiān)控和管理，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。參考文獻1 P. T. Kidd. Agile Manufacturing: Forging New Frontiers, Addison-W