李志軍，王年超，孔朋朋
（北方工業(yè)大學(xué) 現(xiàn)場總線及自動化重點實驗室，北京 100144）
摘要：針對焊裝生產(chǎn)線的物料管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理分散、缺乏物料跟蹤以及信息反饋慢的缺點，應(yīng)用面向MES的物料配送模型，設(shè)計了一種基于SIAMTIC IT的焊裝生產(chǎn)線物料管理MES系統(tǒng)，著重分析了物料跟蹤與配送開發(fā)過程、實現(xiàn)方法和運行結(jié)果，實現(xiàn)了實時記錄焊裝過程的零部件和產(chǎn)品屬性信息。
關(guān)鍵詞：SIMATIC IT;焊裝車間;物料管理
0引言
在機械產(chǎn)品制造過程中，焊裝過程作為最后一道工序，其對產(chǎn)品的質(zhì)量起著決定性作用。而在復(fù)雜產(chǎn)品裝配生產(chǎn)過程中,涉及零部件的種類和數(shù)量相對較多,只有保證零部件按時成套供應(yīng),才能按照生產(chǎn)計劃的要求完成整機產(chǎn)品的裝配［1］。為了滿足產(chǎn)品需求的不斷變化，必須保證焊裝產(chǎn)品具有成本低、質(zhì)量高且交貨期短的特點，而目前汽車消音器焊裝過程中物料管理方面存在諸多問題，比如物料清單更改多、物料管理分散、物料供貨不及時、在制品跟蹤不到位和焊裝產(chǎn)品配套困難等，使得廠家難以按時、按質(zhì)、低成本交付產(chǎn)品［2］。因此，為了能夠提高企業(yè)市場競爭力，必須加強企業(yè)內(nèi)部物料管理、完善物料配送過程。
1MES功能模型
制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacture Execute System，MES)是美國管理界于20世紀90年代提出的概念。MES的主要作用是一方面執(zhí)行計劃層制定的生產(chǎn)計劃、調(diào)度指令；另一方面采集生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、集成原料和產(chǎn)品的存儲數(shù)據(jù)、集成設(shè)備狀態(tài)信息，并將這些信息進行合并、匯總、分析等綜合處理，為生產(chǎn)計劃和排產(chǎn)提供依據(jù)，同時也為ERP提供了及時、可靠、準(zhǔn)確的生產(chǎn)經(jīng)營參考信息，實現(xiàn)了信息的全面共享，從而使企業(yè)的管理者可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行及時、準(zhǔn)確的決策。
MES作為ERP/MES/PCS 3層結(jié)構(gòu)的中間層，其充當(dāng)了ERP和PCS兩層之間的的橋梁，同時MES是面向車間級的信息管理系統(tǒng)，它不僅能夠為操作人員和管理人員提供計劃的執(zhí)行和跟蹤信息，還能提供所有資源、設(shè)備、物料、客戶需求等信息。
目前焊裝過程物料管理方面存在諸多問題，因此，焊裝過程中的物料管理系統(tǒng)尤為重要。SIAMTIC IT物料管理子系統(tǒng)對物料從需求分析到原材料配送、跟蹤、成品庫存管理、報表生成進行了全面、準(zhǔn)確、系統(tǒng)的管理。SIMATIC IT功能模型如圖1所示。
MES功能模型不僅提供了物料管理的功能，還提供了大量的其他模塊的管理，物料管理通過與其他模塊的合作能夠更好地實現(xiàn)車間管理。
2物料管理系統(tǒng)軟硬件設(shè)計
2.1系統(tǒng)設(shè)計原則
本系統(tǒng)的設(shè)計以“先進、經(jīng)濟、實用、可靠”為原則。
本系統(tǒng)分為若干功能模塊，這些功能模塊結(jié)合工廠的實際需求和生產(chǎn)線的硬件特點進行開發(fā),均采用模塊化設(shè)計；在滿足系統(tǒng)功能和性能要求的前提下,經(jīng)濟實用是硬道理,在硬件配置方面盡量利用企業(yè)原有的自動化設(shè)備,在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上添加一些硬件模塊即可滿足需求,從圖1SIMATIC IT MES功能模型
而最大程度降低系統(tǒng)開發(fā)成本。本系統(tǒng)不僅適用于新生產(chǎn)線，還適用于對老生產(chǎn)線升級生產(chǎn)管理系統(tǒng),實用性是系統(tǒng)首先要考慮的問題。本系統(tǒng)在設(shè)計時充分考慮到廠房的需求和大部分生產(chǎn)線硬件系統(tǒng)的組成特點［3］。
2.2系統(tǒng)整體方案及架構(gòu)
該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用B/S以及B/S混合網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中有一臺中心服務(wù)器CAB Server——客戶應(yīng)用構(gòu)建服務(wù)器。其主要工作是提供圖形用戶界面。它可以從不同數(shù)據(jù)源收集數(shù)據(jù)，在顯示以前，還可以完成數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作，管理人員能夠直觀地對生產(chǎn)現(xiàn)場進行監(jiān)控和管理。
采用B/S模式不但維護和升級方式簡單，還可以降低成本和選擇不同的操作系統(tǒng)來運行服務(wù)端。B/S 3層架構(gòu)如圖2所示。
系統(tǒng)硬件架構(gòu)可以分為3層。底層是數(shù)據(jù)采集層，主要由PLC、掃碼機、HMI、單點顯示屏等設(shè)備通過多站點的Profibus總線采集現(xiàn)場生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)。中間層是數(shù)據(jù)存儲層，系統(tǒng)使用Microsoft SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫對采集的數(shù)據(jù)進行存儲。上層數(shù)據(jù)監(jiān)測控制層是通過MES的各個功能模塊對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行分析、監(jiān)測并根據(jù)現(xiàn)場反饋信息重新下達生產(chǎn)指令，形成生產(chǎn)監(jiān)控閉環(huán)控制系統(tǒng)［4］。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖3所示。
2.3軟件環(huán)境
客戶端可以是任意的裝有瀏覽器的可以聯(lián)網(wǎng)的機器，系統(tǒng)不作考慮，只要穩(wěn)定性、安全性等性能基本上能滿足要求就可以。而服務(wù)端出于性能、安全性以及SIMATIC IT版本的考慮，需要使用Windows Server 2008操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008。
3物料管理系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)需求
物料管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計可以總結(jié)出MES下物料管理系統(tǒng)所需要滿足的功能，包括物料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、物料需求管理、物料跟蹤管理等。由于篇幅原因，這里只對物料配送跟蹤作出說明。
基于MES物料配送流程分為初次備料與過程送料兩個階段。在初次備料階段，車間倉庫計劃任務(wù)執(zhí)行開始的提前期內(nèi)就要對將要執(zhí)行的任務(wù)進行物料配送準(zhǔn)備，倉庫物料管理人員首先根據(jù)當(dāng)日生產(chǎn)計劃信息、產(chǎn)品BOM信息等得到物料需求計劃，得到初步的物料配送方案；在計劃任務(wù)執(zhí)行的過程中，進入到過程送料階段，生產(chǎn)人員通過物料管理系統(tǒng)向車間倉庫發(fā)出補料請求，物料配送人員根據(jù)物料提醒進行過程物料的配送［5］。
3.2物料管理跟蹤及追溯
根據(jù)系統(tǒng)需求建立圖4所示的跟蹤流程圖。車間倉庫是活動圖的起點也是活動圖的終點，活動圖從車間原料庫開始。根據(jù)生產(chǎn)車間調(diào)度下達生產(chǎn)訂單，同時物料管理系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度下達的生產(chǎn)訂單計算物料需求并向倉庫發(fā)出物料請求。當(dāng)倉庫接收到生產(chǎn)線物料請求后進行物料配送，此時系統(tǒng)進行物料跟蹤并通過現(xiàn)場監(jiān)測物料是否到達各個工位，如果沒有到達則大屏幕提醒初始缺料信息，如果物料已經(jīng)配送到各個工位則執(zhí)行下一步，生產(chǎn)設(shè)備準(zhǔn)備開始焊裝。焊裝過程中更改現(xiàn)場設(shè)備占用信息和當(dāng)前物料跟蹤信息，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)判斷加工是否完成，如果沒有完成，則查詢焊裝過程中是否缺料，不缺則繼續(xù)焊裝，否則大屏幕提醒焊裝過程缺料信息。加工完成，添加物料跟蹤完成信息、成品信息、原料消耗情況［67］。
在所有生產(chǎn)結(jié)束以后，如果發(fā)現(xiàn)成品有缺陷，則可以對現(xiàn)場使用的物料進行追溯，以查明出現(xiàn)問題的物料是哪一個，甚至是哪一批，通過追溯可以做出相應(yīng)的對策，完善生產(chǎn)管理，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，從而達到甚至超過產(chǎn)品的質(zhì)量需求。物料管理在整個生產(chǎn)管理系統(tǒng)中至關(guān)重要。
4應(yīng)用實現(xiàn)
在以上需求以及技術(shù)的基礎(chǔ)上，使用SIAMTIC IT作為開發(fā)軟件，設(shè)計并開發(fā)了基于MES的焊裝車間物料管理系統(tǒng)。MES上層管理系統(tǒng)采用的是瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，以Visual Studio 2008作為開發(fā)環(huán)境，SQL Server 2008作為數(shù)據(jù)庫。
物料追蹤不僅可以對同一批次的物料進行跟蹤，甚至可以對某一件物料進行跟蹤。物料何時入庫、何時出庫以及物料所在位置、狀態(tài)全部能夠跟蹤查看。生產(chǎn)過程物料跟蹤及回溯界面如圖5所示。
5結(jié)論
MES為實現(xiàn)敏捷化生產(chǎn)制造提供了先進的信息處理平臺，是實現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術(shù)手段。本文對物料管理進行需求分析，對物料管理系統(tǒng)應(yīng)具有的基本模塊進行了設(shè)計，并在SIMATIC IT的基礎(chǔ)上運用了此系統(tǒng)。通過企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線技術(shù)可以構(gòu)建其他的管理系統(tǒng)，具有一定的擴展性，為以后整個車間級的監(jiān)控智能化、信息集成化打下了堅實的基礎(chǔ)。系統(tǒng)將在以后的實踐中不斷完善，提高分析和處理的各種能力，使各方面的管理都能達到最佳。
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