杜 斌，王 殿

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024)

隨著電鍍市場競爭的日益激烈，生產工藝流程越來越復雜，以及電鍍產品呈現(xiàn)出小批量多品種的態(tài)勢，這就需要電鍍企業(yè)在生產設備、車間管理、信息技術等方面達到更高層次的自動化、智能化。但就我國電鍍生產企業(yè)現(xiàn)狀來看，在電鍍生產自動化方面，主要采用PLC 或PC 機控制，也存在著自動化功能單一，沒有充分利用工業(yè)控制PLC 技術、計算機網絡技術、設備通訊技術等；而在電鍍車間數字化控制方面也僅僅局限于對工藝工序設置存儲和對生產工藝數據的監(jiān)控、采集、存儲、瀏覽層次，并不能夠滿足對生產質量、生產管理要求較高企業(yè)的需求。因此，企業(yè)的上層管理系統(tǒng)（MEP/ERP）由于缺乏生產數據的實時采集和現(xiàn)場作業(yè)的實時監(jiān)控，難以緊密聯(lián)系車間環(huán)境，和車間的生產控制系統(tǒng)之間的矛盾日益突出，因此，MEP/ERP 無法有效的指導車間生產作業(yè)。

據此，美國的IT 咨詢公司AMR 首次提出制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的概念，它是企業(yè)中面向車間的生產管理技術，利用實時準確的數據指導、響應并及時反饋給車間發(fā)生的各項活動，對車間變化條件做出快速反應，努力減少非增值活動，以最終達到高效的車間生產為目標。該系統(tǒng)可以提高庫存周轉期，增加毛利率，提高資金的使用效益，操作設備的回報，做到準時交付；而且MES 系統(tǒng)通過對信息層和物理層雙向的通信，實現(xiàn)了在生產活動中的信息監(jiān)視一體化，它對生產方式、管理方式，組織結構有重要影響。

本文依據企業(yè)的實際生產需求，從電鍍行業(yè)生產特點出發(fā)，研發(fā)出一套在電鍍企業(yè)能夠實際應用的電鍍車間生產管理系統(tǒng)（Electroplating Product Workshop Management System，EPM），該系統(tǒng)通過采用網絡技術、先進制造技術、車間現(xiàn)場總線技術和PLC 控制技術等相關技術，實現(xiàn)電鍍生產過程的自動化管理和自動化控制。

1 系統(tǒng)總體設計

EPM 系統(tǒng)通過接口實現(xiàn)對電鍍過程中采集信息的集中處理，對電鍍處理過程進行計劃與調度，對物料與車間工裝設備等資源進行跟蹤管理，并對生產制造過程中的計劃進度、物流、資源進行狀態(tài)跟蹤，實現(xiàn)電鍍車間生產過程的信息化、數字化、網絡化、集成化。

1.1 系統(tǒng)總體框架

根據現(xiàn)有電鍍生產管理的特點和存在的實際問題，通過對EPM 功能進行分析，提出了系統(tǒng)的三層結構，即企業(yè)資源計劃（ERP）、電鍍車間生產管理系統(tǒng)（EPM）、過程控制系統(tǒng)（PCS）。其中，ERP 系統(tǒng)主要進行生產決策和生產計劃，以及生產工藝的編制和優(yōu)化。EPM 主要負責電鍍車間作業(yè)計劃的制定、鍍液管理、工藝管理、生產加工，并且負責生產進度監(jiān)控、生產參數監(jiān)控、統(tǒng)計車間物料使用信息和加工成品的質檢信息。PCS 系統(tǒng)負責電鍍生產加工的過程控制，采集生產加工數據，并對加工過程中的異常進行初步處理。

ERP 系統(tǒng)和EPM 系統(tǒng)之間通過車間局域網實現(xiàn)數據傳輸，EPM 系統(tǒng)和PCS 系統(tǒng)通過車間現(xiàn)場總線實現(xiàn)數據傳輸。生產管理系統(tǒng)結構體系如圖1所示。

圖1 EPM 系統(tǒng)總體框架圖

1.2 系統(tǒng)數據共享及網絡部署設計

EPM 系統(tǒng)是基于服務器計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)是整個車間管理系統(tǒng)所有功能和報告的核心部件，服務器計算機依靠以太網和歐姆龍PLC、操作終端進行通訊。主系統(tǒng)將會裝備一臺打印機，放置于控制室，它將通過以太網連接到主系統(tǒng)。車間內生產線上各個槽位分布控制器通過以太網與主計算機連接。

由于EPM 系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server 2005 數據庫，數據庫中數據的共享是通過系統(tǒng)授權管理實現(xiàn)的。電鍍生產車間管理系統(tǒng)（EPM）的網絡架構圖如圖2所示。

圖2 EPM 系統(tǒng)網絡部署圖

1.3 系統(tǒng)可擴展性設計

EPM 系統(tǒng)具有在橫向與縱向的擴展能力，該系統(tǒng)在不影響到現(xiàn)有模塊運行的基礎上添加或刪除功能模塊，使其具有平滑擴展的能力，而且各個模塊既可以進行分布式運行，也可以進行集中式運行；在系統(tǒng)軟件中也具有可伸縮性、靈活性；在系統(tǒng)通訊方面提供了統(tǒng)一標準接口，從而實現(xiàn)對接口的統(tǒng)一管理。

2 電鍍車間生產管理系統(tǒng)硬件結構設計

2.1 電鍍車間管理系統(tǒng)架構

圖3所示為電鍍車間系統(tǒng)架構。

2.2 電鍍車間管理系統(tǒng)邏輯架構

電鍍車間的管理與控制由三個層次的控制結構組成，如圖4所示。各個控制結構之間，分工明確，各具不同功能，但又互相聯(lián)系，在網絡和數據庫系統(tǒng)支持下，實現(xiàn)EPM 的功能。

（1）生產管理層：主要完成生產任務的接受與協(xié)調、電鍍處理計劃的編制與任務進度跟蹤查詢等；

（2）制造計劃層：主要完成生產計劃的編制、關鍵工序節(jié)點計劃的編制、生產進度的控制與跟蹤、生產作業(yè)與裝配作業(yè)計劃的編制、物料的配套、零件的加工與裝配；

（3）計劃執(zhí)行層：主要完成生產派工、生產現(xiàn)場的管理、零部件處理信息和完工信息的采集、在制品跟蹤、質量檢測等。

2.3 電鍍車間管理系統(tǒng)功能結構

通過對EPM 系統(tǒng)功能需求進行分析，其主要表現(xiàn)在實現(xiàn)電鍍車間安全高效生產的基礎上對生產流程進行優(yōu)化，實時控制和管理從生產計劃下達到電鍍生產車間到生產計劃加工完成的全過程，實現(xiàn)電鍍生產過程的合理調控，從而提高產品質量，降低生產成本，完成生產計劃。車間生產管理系統(tǒng)實現(xiàn)的功能如圖5所示。

圖3 EPM 系統(tǒng)架構圖

圖4 EPM 系統(tǒng)邏輯架構圖

3 電鍍車間生產管理系統(tǒng)軟件結構設計

3.1 軟件總體結構

圖6所示為軟件系統(tǒng)的結構。

3.2 軟件系統(tǒng)模式

C/S（Client/Server）系統(tǒng)模式，也稱為局域PC機與局域網絡應用服務器之間相互融合的系統(tǒng)模式。該系統(tǒng)程序可以通過系統(tǒng)模式體系結構中的兩端硬件環(huán)境優(yōu)勢，將對應的任務在局域客戶PC機與局域網絡應用服務器之間進行合理的分配，從而實現(xiàn)軟件系統(tǒng)中各個模塊的功能，同時降低了軟件系統(tǒng)的內存開銷。

圖5 EPM 系統(tǒng)功能結構圖

圖6 EPM 系統(tǒng)軟件結構圖

B/S（Browser/Server）系統(tǒng)模式，也稱為網絡瀏覽器Web 與網絡應用服務器之間相融合的系統(tǒng)模式。通過對現(xiàn)有的C/S 系統(tǒng)模式中各個模塊的改進而產生的一種新型的網絡系統(tǒng)模式。

通過上述對B/S 和C/S 系統(tǒng)模式的認識、理解，可以采用在同一網絡環(huán)境之下把C/S 模式和B/S 模式進行最大程度地融合，做到任何一個數據變化都能夠使在B/S 和C/S 系統(tǒng)模式下所有客戶端數據的同步調整。其根本方法是把這兩種模式連接到同一數據庫中，再以數據聯(lián)動的方式實現(xiàn)兩種模式下的數據同步。EPM 系統(tǒng)混合模式結構圖如圖7所示。

3.3 軟件系統(tǒng)運行流程

通過對EPM 系統(tǒng)流程的運作模式進行分析、理解，發(fā)現(xiàn)目前電鍍車間管理中流程環(huán)節(jié)中的一些問題，并對這些問題進行了研究、分析，提出了相應的解決方案。通過對解決方案的研究、討論，可以得到在EPM 系統(tǒng)中的運行流程圖，見圖8所示。

3.4 軟件系統(tǒng)各功能模塊

圖7 EPM 系統(tǒng)混合模式結構圖

EPM 系統(tǒng)能實現(xiàn)多種控制和監(jiān)控功能，包括電流監(jiān)控、溫度監(jiān)控、綜合查詢、報表打印、物件序號與工藝配方的跟蹤功能等。

3.4.1 系統(tǒng)與用戶管理功能

在登陸界面中，用戶憑借用戶名和密碼登錄EPM 系統(tǒng)。系統(tǒng)設有多級操作權限控制，通過權限控制來實現(xiàn)系統(tǒng)的訪問控制和信息共享，提高系統(tǒng)與數據的安全性；對使用本系統(tǒng)的用戶角色及其所具有的權限可以進行定義、修改、查詢、刪除等功能；對用戶登錄系統(tǒng)時的狀態(tài)、登錄系統(tǒng)后的操作進行實時錄入，目的是增強對系統(tǒng)進行問題追溯的能力。

圖8 EPM 系統(tǒng)運行流程圖

3.4.2 生產計劃編制管理功能

生產計劃編制管理功能是生產計劃員錄入每天安排的電鍍任務、電鍍工件序號、數量、次數、銅管的基本屬性等方面的信息。同時，在錄入電鍍工件基本信息后，系統(tǒng)將會自動生成一個條形碼，該條形碼是唯一與工件進行匹配的。車間電子看板通過讀取生產現(xiàn)場的實際生產狀況和計劃等重要信息以電子看板方式簡潔明了、動態(tài)方式顯示在大屏幕和電腦上。

3.4.3 物料基礎數據管理功能

物料基礎數據管理功能是完成對電鍍工件基礎數據信息的管理，對生產過程中所涉及到電鍍工件的基本屬性數據（包括工件的序號（主字段）、條形碼、通關上下口尺寸、弧度、R 角大小、長度等）進行定義、修改、維護與查詢。電鍍工件的基本信息首先應導入到MES 系統(tǒng)中，然后由生產計劃管理人員根據實際生產需要添加一些計劃編制與管理所需的分類、規(guī)則等方面的信息。

3.4.4 工藝技術參數設定管理功能

工藝技術參數管理：在計劃員下達生產任務的同時，技術工藝人員必須對該電鍍工件在各個槽內的工藝參數進行設定，包括：反解電流密度和時間、電鍍電流密度和電鍍時間、整流器給電方式、溫度控制以及相關外設等。

3.4.5 工藝技術外設管理功能

溫度設置界面：單擊導航按鈕“溫度設置”，進入溫度監(jiān)控界面。實時顯示整條生產線中各個工位槽內溫度當前值?？稍O置修改各工藝槽的溫度報警高限、低限。通過控件可顯示各工藝槽的溫度歷史曲線。

整流器控制界面：可對各整流器進行監(jiān)控?？刹榭椿驈臀桓鞴に嚥鄣陌矔r累計值、電流密度、給電方式等。通過控件可查詢各整流器的電流電壓輸出曲線。

4 結 論

本文通過對該電鍍車間管理系統(tǒng)（EPM）的硬件模塊和軟件模塊的設計，實現(xiàn)了基于MES 組態(tài)的電鍍車間管理系統(tǒng)的研發(fā)，并將該系統(tǒng)運行到實際生產測試中。該EPM 系統(tǒng)在實際電鍍生產控制中運行良好，能夠穩(wěn)定的進行數據采集、控制和傳輸，并達到理想的采樣精度。經多條大中型電鍍、磷化自動化生產線的實際應用，運行可靠，提高了生產效率，降低了工人的勞動強度，并且提高了產品質量。該系統(tǒng)可廣泛應用于需進行電鍍車間管理系統(tǒng)及工業(yè)底層監(jiān)控網絡的設計中，有比較好的發(fā)展前景。

[1]張勝濤著.電鍍工藝及其應用[M].北京：中國紡織出版社，2009.

[2]趙迎春.基于PLC 的自動化電鍍生產線控制系統(tǒng)[J].中國高新技術企業(yè)，2009(9)：10.

[3]劉軼斐.基于MES 的煉鐵廠生產管理系統(tǒng)應用研究[D].大連理工大學碩士學位論文，2005.