陆 远 胡 莹 夏芳臣

(南昌大学机电工程学院,江西 南昌 330031)

生产数据采集是制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)的核心功能之一,就是根据产品类型,实时地采集生产过程中的各项数据,为生产计划排程、产品质量追溯提供依据[1]。随着汽车行业竞争越来越激烈,在同一生产线上生产单一车型已不能满足日益多变的市场需求,因此混线生产成为各个汽车制造企业关注的焦点。在混线生产模式下,生产数据采集系统的有效重用是提高整个MES系统适用性的关键。标准的MES产品是一个庞大的系统,它们包含了很多的功能。但是,当这样的系统面对千变万化的客户需求时,很难摆脱已经预先在产品中设置好的执行逻辑。通常情况下,这些预设的执行逻辑是无法根据特定需求进行修改的,随着产品的升级换代和相应应用的不断扩展,这种矛盾就尤为突出[2]。此外,各个生产线之间存在一定的物流关系,影响着上线顺序及线与线之间的采集信息传递及共享,当存在混线生产时,这些信息的传递就要基于不同的产品类型了。

总之,为扩展整个制造执行系统的适用性,一种可配置的生产数据采集方案就显得十分必要,即可根据产品类型自适应地采用不同的数据采集方案,包括采集点的动态配置、采集信息的动态设定及上线顺序的动态调整。

1 混线生产的数据采集特性

对于不同型号的车,生产数据的采集存在一定的差异性。例如通常情况下,VIN码(车辆唯一标识码)可以作为从焊装线到涂装线直至总装线的唯一标识码。而事实上也存在另一种情况,即对于某些特殊的车型(例如陆风的SUV),其白车身在上总装线之前仍无法确定其具体的车型配置,使得数据采集和车辆信息的跟踪标识变得更加复杂,具体体现在:

(1)采集内容 车型信息是决定一条生产线所需采集生产数据项的关键因素,对于一条特定的生产线,需要采集的生产数据可分为两类。第一类是与车型无关的生产数据,例如上线时间、下线时间、关键件信息(对于总装线来说,一般情况下,发动机都是作为关键件处理);第二类是与车型相关的生产数据,例如车辆的标识、关键工序记录、关键工位点达到时间等等;

(2)采集工位 车型之间的差异性将导致需要进行数据采集的工位发生变化。例如同一个工位对不同类型的车,采集的数据项可能不一致,或者对于不同类型的车,同一个数据项在不同的工位上进行采集。

(3)流转顺序 对于一条特定的生产线,可生产车型的多样性将导致车辆完工下线后的半成品传递存在多种可能,即要根据车辆的具体型号,确定下一条生产线。因此从整个制造流程上看,各个车型的线流转顺序存在一些差异性。

根据以上分析,生产数据采集系统必须具备一定的柔性,一个物理工位对应一个逻辑工位(所谓逻辑工位即系统中设定的工位)的传统方法将不再适用,一个逻辑工位固定采集若干数据项的模型已不能满足混线生产多变的需求。因此构建一个二维可变的生产线信息模型就显得十分必要了,即工位可配置,包括采集的数据项,生产线可配置,包括该生产线包含的工位信息以及与其他生产线之间的流转关系;最终实现一条实际的生产线在系统中可根据车型的变化对应多条逻辑生产线。

2 生产线信息模型的构建

2.1 工位模型

工位是生产线的最小组成单元,是数据采集活动的主要承担对象。对于混线生产模式,工位信息模型必须具备两个特性:(1)逻辑从属性;即系统中定义的工位是属于针对某一种车型的生产线的。对于这种车型,系统可定义该工位在生产线中的位置及需要采集的数据项。(2)物理唯一性:即系统中定义的工位最终都要映射到实际的工位上,逻辑工位和物理工位必定存在一个对应关系。这种对应关系将用于数据采集的正确性校验,例如在发动机装配工位只能采集发动机号,而不能输入其他信息。

基于以上特性,工位信息模型如图1所示。

工位信息模型分为三大属性:物理属性、逻辑属性及管理属性。物理属性中的IP地址及MAC地址用于将现实世界中的工位与系统定义的工位相对应,从而使系统可以分辨实际正在进行数据采集工作的工位。工位管理属性中的班组信息及人员信息可根据生产排程信息,对登录当前系统的用户进行身份识别,从而实现确保正确的人,在正确的工位,做正确的操作。工位的逻辑属性将工位抽象成一个数据采集组件,该组件拥有自身的对象ID,并按照顺序号“装配”在指定的一条生产线上。当工位“组件”与某一条生产线的关联建立之后,系统可设置这个“组件”所能进行的采集项目,从而实现对不同的车型进行数据采集。

2.2 生产线组织模式

在进行混线生产时,一条生产线上要进行多种车型产品的加工,因此系统可以针对各种车型定义多条逻辑生产线,其中每一条逻辑生产线包含至少一个工位。一般一辆车的制造要经过焊装、涂装和总装这三条线,而企业的混线改造需要一个过程。因此,尽管可以根据车型划分多个逻辑线,但实际生产过程存在一定的 “并线”现象(表1)。

表1 不同车型在逻辑生产线上的流转

表2 不同车型在物理生产线上的流转

从表1、2中不难看出,涂装线实现了混线生产,尽管系统为各个车型定义了有3条逻辑线(T01,T02,T03),但是仅有“t01”一条物理生产线与之相对应。因此数据采集人员在工位采集点执行采集操作时,必须先确定当前的车辆类型,系统通过当前用户的IP地址,可以锁定该用户所属的逻辑工位,再根据系统中逻辑生产线的工位配置信息查询到该工位所属的逻辑生产线,最后依据表1的关联信息校验待采集车辆的上线顺序以及本工位点是否为合法的数据采集点。

2.3 生产线的控制

在实际的生产过程中,当客户需求发生临时变化、或者在线库存出现缺件时,往往会导致生产线临时停线,待问题排除或处理后再恢复运行。然而在混线生产模式下,这种直接停线的方式存在着极大的弊端,它将直接影响到在线的其他类型的车辆。本文采用对逻辑生产线进行逻辑停线的方式,替代原有的直接停止物理生产线的方法。车间管理员根据实际情况对某一逻辑条线进行“停线”操作,通过逻辑生产线与具体车型的关联,可知这一操作仅影响某一种车型。当该车型通过具体的工位点时,系统可自动显示这一车型的停线通知,而其他的车型可顺利通过不受影响。除“停线”操作外,管理者还可下达“挂起”、“恢复”等操作,从而既保证了生产线的柔性,又保持了对不同车型的精细控制粒度。

3 动态平台构建技术

客户不断变化的个性化需求影响着企业的生产模式。传统的数据采集系统构建周期长、柔性差、难以适应当前的变化趋势。构建一个动态、可配置数据采集平台是解决这一问题的一个有效途径,国内外许多学者在这一方面做出了探索性的研究[3－6]。根据企业的实际情况,理想中的平台如图2所示。

动态平台构建采用了如下的实现技术:(1)工作流引擎驱动系统的表单流转。系统采用微软的WWF(Windows Workflow Foundation)作为工作流引擎,根据具体业务创建相应的WebService,以SOA(面向服务的架构)思想为指导创建业务逻辑平台;(2)代码自动生成技术。在研究常见的几种界面交互方式的基础上,定义了基于交互方式的界面模板文件,从而实现页面表示层文件的自动生成;(3)数据库访问层代码自动生成技术。通过读取数据库的系统表,获取表以及相关字段信息,基于一套成熟的商业化七层架构,实现了数据访问代码的自动生成。

利用动态平台构建应用系统可大大缩短开发周期,规范代码风格,提高代码质量;对于混线生产模式下多变的业务流程更能轻松应对。目前由该平台生成的数据采集系统已在国内某汽车制造厂总装线上试用,该总装线主要承担CV7/CV9两种车型的生产。由于客户需求变更频繁,生产计划更改情况时常发生,极易出现生产数据的“漏采”与“错采”。由于采用了基于IP地址的工位对应机制,采集系统内的逻辑工位能依据产品类型与实际物理工位正确的对应起来,避免了工人遗漏重要生产数据的采集,同时也限定了采集地点,从而规范了整个数据采集工作的过程,提高了数据采集的准确性,为产品质量追踪提供了支撑信息。试用表明,生产采集系统在产品完工顺序检验、关键信息分类采集、关键工序控制、生产进度跟踪等方面使车间的综合生产管理水平提高到一个新的层次。

4 结语

综上所述,混线生产模式不同于传统的生产模式,其生产数据采集的信息模型和控制方法都必须具备一定的柔性。本文通过动态平台构建技术快速实现了一个面向混线生产的生产数据采集系统,利用IP地址作为逻辑工位与物理工位的对应依据,规范了整个数据采集过程,提高了车间生产管理的水平。虽然目前的工位模型可应对不同的车型,但对在线物料的实时管理支撑力度不够。因此,下一步的研究是进一步完善工位信息模型,使之具备依据产品类型进行在线物料实时管理的功能。

[1]洪鸿,张维,何卫平,等.制造执行系统中可配置自动采集技术的研究[J].现代制造工程,2008(8):14－18.

[2]张志檩.MES的应用与发展[J].中国制造业信息化,2006(4).

[3]冯毅萍,荣冈.流程工业MES体系结构及模型设计[J].化工自动化及仪表,2006,33(1):1－5.

[4]闫欢,张宜生,李德群.规则引擎在制造企业MES中的研究与应用[J].计算机工程,2007,33(7):210－212.

[5]覃宇,马铁军.Hibernate数据持久化技术在轮胎企业MES中的应用[J].计算机工程与应用,2006(35):208－210.

[6]尚文利,彭慧,史海波,等.基于生产模型的制造执行系统平台研究[J].微计算机信息,2009,25(8－3):12－13.