劉 彬，王德權(quán)

（大連工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼守大連 116034）

發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線MES信息系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)件追溯方法的研究*

劉 彬，王德權(quán)

（大連工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼守大連 116034）

基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)，在Microsoft Visual Studio 2010環(huán)境下以C#為編程語言開發(fā)了針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的MES信息系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)及界面設(shè)計(jì)等。能夠?qū)崟r(shí)與數(shù)據(jù)庫通訊，采集發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的標(biāo)準(zhǔn)件信息，完成發(fā)動(dòng)機(jī)裝配中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯。采用系統(tǒng)的生產(chǎn)線可完成各種標(biāo)準(zhǔn)件的追溯，達(dá)到形成發(fā)動(dòng)機(jī)裝配檔案的目的。發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線MES信息系統(tǒng)目前已在某發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用，運(yùn)行穩(wěn)定。

發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線；MES；標(biāo)準(zhǔn)件；追溯

0 引言

美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)AMR將MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）定義為“位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”，它為操作人員/管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源（人、設(shè)備、物料、客戶需求等）的當(dāng)前狀態(tài)等信息［1］。制造執(zhí)行系統(tǒng)，可以關(guān)閉設(shè)備控制系統(tǒng)和生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)之間存在的信息鴻溝，將控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)聯(lián)系在一起，使生產(chǎn)狀況能夠及時(shí)的反饋給計(jì)劃層，計(jì)劃層能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控底層生產(chǎn)情況以及設(shè)備的使用情況［2］。在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配企業(yè)，盡管面向顧客的產(chǎn)品變化較快，但構(gòu)成產(chǎn)品的零部件相對(duì)穩(wěn)定［3］。

針對(duì)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯，本文作者基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)及Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境開發(fā)了MES制造執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了通過MES制造執(zhí)行系統(tǒng)完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯。

1 系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)

發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線MES信息系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯是基于條碼批次掃描技術(shù)、SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以Microsoft Visual Studio 2010為開發(fā)平臺(tái)、以C#為編程語言，開發(fā)的獨(dú)立集成系統(tǒng)。

SQL Server 2008引入了Microsoft Windows的. NET Framework的公共語言運(yùn)行庫（CLR）Common Language Runtime組件的集成。CLR是Microsoft. NET Framework的核心，為所有.NET Framework代碼提供執(zhí)行環(huán)境［4］。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008，SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫能夠通過編寫存儲(chǔ)過程完成數(shù)據(jù)的錄入、查詢、修改，主要用來存儲(chǔ)物料數(shù)據(jù)。

以Microsoft Visual C-Sharp（簡(jiǎn)稱Visual C#）為開發(fā)環(huán)境。Visual C#是一種全新的現(xiàn)代化的完全面向?qū)ο蟮恼Z言。它讓程序員能夠快捷地創(chuàng)建基于VisualStudio.NET平臺(tái)的解決方案。

2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

開發(fā)目標(biāo)是：通過發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線MES信息系統(tǒng)完成對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯。在現(xiàn)代的大型發(fā)動(dòng)機(jī)裝配企業(yè)，發(fā)動(dòng)機(jī)的追溯零件的種類一般分為標(biāo)準(zhǔn)件和單個(gè)件兩種：標(biāo)準(zhǔn)件即按照國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、或者國外的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的零件，如螺釘、法蘭、軸承等，通過批次掃描完成追溯；單個(gè)件即目前還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的零件，如曲軸、活塞、連桿等，通過單個(gè)掃描完成零部件的追溯。

在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上操作者能夠根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用MES信息系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的處理以提高生產(chǎn)效率，通過MES實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)件在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線中的追溯。本系統(tǒng)針對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件追溯的流程是：發(fā)動(dòng)機(jī)到位后掃描發(fā)動(dòng)機(jī)唯一追蹤碼，MES信息系統(tǒng)根據(jù)已建立的標(biāo)準(zhǔn)件庫以及裝配工藝自動(dòng)顯示本工位需要裝配的物料信息：標(biāo)準(zhǔn)件信息、單件信息以及裝配指導(dǎo)信息。操作者掃描已經(jīng)按箱配送到工位的標(biāo)準(zhǔn)件物料對(duì)應(yīng)的條碼，系統(tǒng)自動(dòng)完成批次掃描同時(shí)對(duì)線邊庫存進(jìn)行扣料處理，完成物料的消耗。當(dāng)本工位標(biāo)準(zhǔn)件庫存不足時(shí)，通過Andon系統(tǒng)將缺料工位以及標(biāo)準(zhǔn)件的型號(hào)和規(guī)格以及數(shù)量顯示在車間大屏幕上。

上述追溯流程見圖1。為實(shí)現(xiàn)所述業(yè)務(wù)流程，設(shè)計(jì)以下主要功能模塊：標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫的建立，物料配送模塊，標(biāo)準(zhǔn)件驗(yàn)證模塊，標(biāo)準(zhǔn)件消耗模塊。

圖1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

2.1 標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫的建立

在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線MES信息系統(tǒng)中建立標(biāo)準(zhǔn)件圖庫和數(shù)據(jù)庫，主要包括的信息：零件名稱、零件圖號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)件信息描述、標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、零件代碼、零件規(guī)格、零件型號(hào)。通過掃描發(fā)動(dòng)機(jī)追蹤號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)顯示當(dāng)前型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配指導(dǎo)以及標(biāo)準(zhǔn)件圖。

建立MES信息系統(tǒng)裝配工藝庫，主要的信息包括：工位號(hào)、產(chǎn)品型號(hào)代碼、操作內(nèi)容、技術(shù)要求、工步屬性、要點(diǎn)理由。通過工業(yè)掃描槍掃描發(fā)動(dòng)機(jī)追蹤號(hào)，MES信息系統(tǒng)自動(dòng)顯示當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝。

2.2 物料配送模塊

MES信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控工位物料情況，是否低于安全庫存，當(dāng)線邊庫存低于安全庫存量，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生配送單。由于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的零件種類多，在整個(gè)MES信息系統(tǒng)分為標(biāo)準(zhǔn)件配送和單個(gè)件配送兩種方式：標(biāo)準(zhǔn)件在現(xiàn)場(chǎng)的裝配過程中，通過MES信息系統(tǒng)完成批次驗(yàn)證，配送標(biāo)準(zhǔn)件的方式為按箱配送或按批次進(jìn)行配送；單個(gè)件，如曲軸、連桿等物料進(jìn)行單個(gè)配送。當(dāng)物料送達(dá)到工位線邊時(shí)，操作者盤點(diǎn)配送物料數(shù)量是否符合配送要求，如果滿足要求，則可通過掃描配送單號(hào)自動(dòng)接收物料或者在裝配線MES界面選擇配送單號(hào)手動(dòng)接收，同時(shí)MES系統(tǒng)將更新工位庫存信息。工位庫存的信息可以在裝配線MES界面上查看。發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線MES信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示物料批次信息，工位物料庫存信息，物料待接收信息，物料號(hào)，物料描述以及物料通知文本等信息，為操作工提供更好的物料看板，操作工可以根據(jù)界面看板信息了解是否需要掃描料箱標(biāo)簽/看板卡，是否物料庫存快不足，是否有物料需要接受以及對(duì)應(yīng)的物料批次信息等等。配送單如圖2所示。

圖2 配送單

2.3 標(biāo)準(zhǔn)件驗(yàn)證模塊

本模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能是：針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件和單個(gè)件進(jìn)行掃描條碼，完成物料的驗(yàn)證。標(biāo)準(zhǔn)件與單個(gè)件的驗(yàn)證方式不同：標(biāo)準(zhǔn)件采用批次掃描驗(yàn)證方式，MES信息系統(tǒng)根據(jù)掃描的條碼信息自動(dòng)進(jìn)行完成物料驗(yàn)證。通過MES信息系統(tǒng)能夠通過物料字典對(duì)物料的屬性進(jìn)行設(shè)置，包括：是否進(jìn)行掃描以及物料是否為主物料，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)需要對(duì)部分物料進(jìn)行缺省驗(yàn)證。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)件消耗模塊

MES信息系統(tǒng)針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件采用按批次消耗的方式，考慮了不同生產(chǎn)狀況下的標(biāo)準(zhǔn)件物料消耗，其中包括了正常生產(chǎn)，返修生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中發(fā)生不合格等物料消耗機(jī)制，系統(tǒng)將根據(jù)不同的情況更新和扣減自身的工位庫存信息，同時(shí)將工位庫存數(shù)量信息實(shí)時(shí)的顯示在裝配線MES界面。操作工根據(jù)具體的數(shù)據(jù)信息對(duì)工位線邊的物料進(jìn)行核對(duì)，實(shí)現(xiàn)了能夠根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件的物料消耗。

針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的物料消耗，操作者可以通過MES信息系統(tǒng)進(jìn)行缺料Andon呼叫，實(shí)時(shí)將缺料信息顯示在車間大屏幕上，如圖3所示。

圖3 Andon呼叫大屏幕顯示

3 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

主要完成了工件物料數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，以及保存發(fā)動(dòng)機(jī)物料的驗(yàn)證結(jié)果以及形成發(fā)動(dòng)機(jī)物料檔案，同時(shí)指導(dǎo)操作者進(jìn)行工作。要求能夠與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊并通過存儲(chǔ)過程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)需求，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2008。

數(shù)據(jù)庫主要用于存儲(chǔ)相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息、標(biāo)準(zhǔn)件基礎(chǔ)信息、裝配指導(dǎo)、裝配工藝。建立相關(guān)的表用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如［電子看板_工序內(nèi)容］、［電子看板_工位名稱與產(chǎn)品型號(hào)產(chǎn)品圖片］、［電子看板_裝配零件_物料字典］等。

系統(tǒng)中除了新建相關(guān)的表進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還創(chuàng)建了相關(guān)的視圖以及相應(yīng)的存儲(chǔ)過程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、增加、修改等操作。提高了系統(tǒng)的工作效率。圖4中描述了發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線MES信息系統(tǒng)保存發(fā)動(dòng)機(jī)物料數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)表關(guān)系。

圖4 物料數(shù)據(jù)關(guān)系圖

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的標(biāo)準(zhǔn)件信息，將被存放在表［MES_裝配數(shù)據(jù)_零部件追溯_數(shù)據(jù)主表］、［MES_裝配數(shù)據(jù)_零部件追溯］表中，建立如圖4所示的主外鍵關(guān)系，即發(fā)動(dòng)機(jī)裝配標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)來自［MES_裝配數(shù)據(jù)_零部件追溯_數(shù)據(jù)主表］表中。

4 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)流程通過實(shí)際調(diào)研根據(jù)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，此處以標(biāo)準(zhǔn)件驗(yàn)證模塊為例。

模塊的界面如圖5所示。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)件驗(yàn)證模塊

在此界面操作者能夠?qū)崟r(shí)查看當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)需裝配的標(biāo)準(zhǔn)件信息，根據(jù)顯示的裝配指導(dǎo)以及裝配工藝完成標(biāo)準(zhǔn)件的掃描以及驗(yàn)證。如果掃描的標(biāo)準(zhǔn)件條碼信息與實(shí)際裝配的信息不符，MES信息系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行提示需重新進(jìn)行掃描標(biāo)準(zhǔn)件條碼驗(yàn)證。驗(yàn)證成功后系統(tǒng)自動(dòng)保存掃描驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)件信息，完成發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中標(biāo)準(zhǔn)件的追溯。

5 系統(tǒng)的應(yīng)用

本文開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線MES信息系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的追溯調(diào)試通過后已實(shí)際應(yīng)用于某發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)件以及發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)、全面監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、運(yùn)行過程穩(wěn)定、結(jié)果可靠，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

［1］黃學(xué)文.制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的研究和應(yīng)用［D］.大連：大連理工大學(xué)，2003.

［2］SONG Haisheng，WANG Jiahai，ZHANG Shu.Architecture of Manufacturing Execution system in The Extended Enterprise［J］.Chinese Journal of Mechanical Engineering，2002，15（1）：90-93.

［3］閆蔚.面向裝配的CAD系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)件建庫工具［D］.天津：天津大學(xué)，2003.

［4］王德權(quán)，黃成海.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線MES中的訂單管理系統(tǒng)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013（2）：127-129.

（編輯 李秀敏）

Standard Traceability Method Research about Engine Assembly Line in the MES Information System

LIU Bin，WANG De-quan
（School of Mechanical Engineering&Automation，Dalian Polytechnic University，Dalian Liaoning 116034，China）

MES information system for engine assembly line is based on database technology，under the environment of Microsoft Visual Studio 2010.Including the system structure design，database design and interface design，etc.The system can communicate with database in real time，collecting workpieces’standard parts information.The engine assembly line can achieve the goal of form the engine assembly file which equiped with this system can complete many kinds of standard traceability.The engine assembly line which equipped w ith MES has practical application in engine production lines，running stability.

engine assembly line；MES；standard parts；trace

TH162；TG65

A

1001-2265（2015）03-0154-03 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.03.042

2014-10-09；

2014-11-20

遼寧省科技創(chuàng)新專項(xiàng)項(xiàng)目（20140801）

劉彬（1967—），女，遼寧葫蘆島人，大連工業(yè)大學(xué)副教授，研究方向?yàn)橹圃鞓I(yè)企業(yè)信息化，（E-mail）liubin@dlpu.edu.cn。