陸 遠(yuǎn) 胡 瑩 夏芳臣

(南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,江西 南昌 330031)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集是制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System,MES)的核心功能之一,就是根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型,實(shí)時(shí)地采集生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù),為生產(chǎn)計(jì)劃排程、產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供依據(jù)[1]。隨著汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈,在同一生產(chǎn)線上生產(chǎn)單一車(chē)型已不能滿足日益多變的市場(chǎng)需求,因此混線生產(chǎn)成為各個(gè)汽車(chē)制造企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。在混線生產(chǎn)模式下,生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的有效重用是提高整個(gè)MES系統(tǒng)適用性的關(guān)鍵。標(biāo)準(zhǔn)的MES產(chǎn)品是一個(gè)龐大的系統(tǒng),它們包含了很多的功能。但是,當(dāng)這樣的系統(tǒng)面對(duì)千變?nèi)f化的客戶需求時(shí),很難擺脫已經(jīng)預(yù)先在產(chǎn)品中設(shè)置好的執(zhí)行邏輯。通常情況下,這些預(yù)設(shè)的執(zhí)行邏輯是無(wú)法根據(jù)特定需求進(jìn)行修改的,隨著產(chǎn)品的升級(jí)換代和相應(yīng)應(yīng)用的不斷擴(kuò)展,這種矛盾就尤為突出[2]。此外,各個(gè)生產(chǎn)線之間存在一定的物流關(guān)系,影響著上線順序及線與線之間的采集信息傳遞及共享,當(dāng)存在混線生產(chǎn)時(shí),這些信息的傳遞就要基于不同的產(chǎn)品類(lèi)型了。

總之,為擴(kuò)展整個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的適用性,一種可配置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集方案就顯得十分必要,即可根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型自適應(yīng)地采用不同的數(shù)據(jù)采集方案,包括采集點(diǎn)的動(dòng)態(tài)配置、采集信息的動(dòng)態(tài)設(shè)定及上線順序的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

1 混線生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集特性

對(duì)于不同型號(hào)的車(chē),生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集存在一定的差異性。例如通常情況下,VIN碼(車(chē)輛唯一標(biāo)識(shí)碼)可以作為從焊裝線到涂裝線直至總裝線的唯一標(biāo)識(shí)碼。而事實(shí)上也存在另一種情況,即對(duì)于某些特殊的車(chē)型(例如陸風(fēng)的SUV),其白車(chē)身在上總裝線之前仍無(wú)法確定其具體的車(chē)型配置,使得數(shù)據(jù)采集和車(chē)輛信息的跟蹤標(biāo)識(shí)變得更加復(fù)雜,具體體現(xiàn)在:

(1)采集內(nèi)容 車(chē)型信息是決定一條生產(chǎn)線所需采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)項(xiàng)的關(guān)鍵因素,對(duì)于一條特定的生產(chǎn)線,需要采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可分為兩類(lèi)。第一類(lèi)是與車(chē)型無(wú)關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù),例如上線時(shí)間、下線時(shí)間、關(guān)鍵件信息(對(duì)于總裝線來(lái)說(shuō),一般情況下,發(fā)動(dòng)機(jī)都是作為關(guān)鍵件處理);第二類(lèi)是與車(chē)型相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù),例如車(chē)輛的標(biāo)識(shí)、關(guān)鍵工序記錄、關(guān)鍵工位點(diǎn)達(dá)到時(shí)間等等;

(2)采集工位 車(chē)型之間的差異性將導(dǎo)致需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的工位發(fā)生變化。例如同一個(gè)工位對(duì)不同類(lèi)型的車(chē),采集的數(shù)據(jù)項(xiàng)可能不一致,或者對(duì)于不同類(lèi)型的車(chē),同一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)在不同的工位上進(jìn)行采集。

(3)流轉(zhuǎn)順序 對(duì)于一條特定的生產(chǎn)線,可生產(chǎn)車(chē)型的多樣性將導(dǎo)致車(chē)輛完工下線后的半成品傳遞存在多種可能,即要根據(jù)車(chē)輛的具體型號(hào),確定下一條生產(chǎn)線。因此從整個(gè)制造流程上看,各個(gè)車(chē)型的線流轉(zhuǎn)順序存在一些差異性。

根據(jù)以上分析,生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須具備一定的柔性,一個(gè)物理工位對(duì)應(yīng)一個(gè)邏輯工位(所謂邏輯工位即系統(tǒng)中設(shè)定的工位)的傳統(tǒng)方法將不再適用,一個(gè)邏輯工位固定采集若干數(shù)據(jù)項(xiàng)的模型已不能滿足混線生產(chǎn)多變的需求。因此構(gòu)建一個(gè)二維可變的生產(chǎn)線信息模型就顯得十分必要了,即工位可配置,包括采集的數(shù)據(jù)項(xiàng),生產(chǎn)線可配置,包括該生產(chǎn)線包含的工位信息以及與其他生產(chǎn)線之間的流轉(zhuǎn)關(guān)系;最終實(shí)現(xiàn)一條實(shí)際的生產(chǎn)線在系統(tǒng)中可根據(jù)車(chē)型的變化對(duì)應(yīng)多條邏輯生產(chǎn)線。

2 生產(chǎn)線信息模型的構(gòu)建

2.1 工位模型

工位是生產(chǎn)線的最小組成單元,是數(shù)據(jù)采集活動(dòng)的主要承擔(dān)對(duì)象。對(duì)于混線生產(chǎn)模式,工位信息模型必須具備兩個(gè)特性:(1)邏輯從屬性;即系統(tǒng)中定義的工位是屬于針對(duì)某一種車(chē)型的生產(chǎn)線的。對(duì)于這種車(chē)型,系統(tǒng)可定義該工位在生產(chǎn)線中的位置及需要采集的數(shù)據(jù)項(xiàng)。(2)物理唯一性:即系統(tǒng)中定義的工位最終都要映射到實(shí)際的工位上,邏輯工位和物理工位必定存在一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系將用于數(shù)據(jù)采集的正確性校驗(yàn),例如在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工位只能采集發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào),而不能輸入其他信息。

基于以上特性,工位信息模型如圖1所示。

工位信息模型分為三大屬性:物理屬性、邏輯屬性及管理屬性。物理屬性中的IP地址及MAC地址用于將現(xiàn)實(shí)世界中的工位與系統(tǒng)定義的工位相對(duì)應(yīng),從而使系統(tǒng)可以分辨實(shí)際正在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作的工位。工位管理屬性中的班組信息及人員信息可根據(jù)生產(chǎn)排程信息,對(duì)登錄當(dāng)前系統(tǒng)的用戶進(jìn)行身份識(shí)別,從而實(shí)現(xiàn)確保正確的人,在正確的工位,做正確的操作。工位的邏輯屬性將工位抽象成一個(gè)數(shù)據(jù)采集組件,該組件擁有自身的對(duì)象ID,并按照順序號(hào)“裝配”在指定的一條生產(chǎn)線上。當(dāng)工位“組件”與某一條生產(chǎn)線的關(guān)聯(lián)建立之后,系統(tǒng)可設(shè)置這個(gè)“組件”所能進(jìn)行的采集項(xiàng)目,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的車(chē)型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2.2 生產(chǎn)線組織模式

在進(jìn)行混線生產(chǎn)時(shí),一條生產(chǎn)線上要進(jìn)行多種車(chē)型產(chǎn)品的加工,因此系統(tǒng)可以針對(duì)各種車(chē)型定義多條邏輯生產(chǎn)線,其中每一條邏輯生產(chǎn)線包含至少一個(gè)工位。一般一輛車(chē)的制造要經(jīng)過(guò)焊裝、涂裝和總裝這三條線,而企業(yè)的混線改造需要一個(gè)過(guò)程。因此,盡管可以根據(jù)車(chē)型劃分多個(gè)邏輯線,但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程存在一定的 “并線”現(xiàn)象(表1)。

表1 不同車(chē)型在邏輯生產(chǎn)線上的流轉(zhuǎn)

表2 不同車(chē)型在物理生產(chǎn)線上的流轉(zhuǎn)

從表1、2中不難看出,涂裝線實(shí)現(xiàn)了混線生產(chǎn),盡管系統(tǒng)為各個(gè)車(chē)型定義了有3條邏輯線(T01,T02,T03),但是僅有“t01”一條物理生產(chǎn)線與之相對(duì)應(yīng)。因此數(shù)據(jù)采集人員在工位采集點(diǎn)執(zhí)行采集操作時(shí),必須先確定當(dāng)前的車(chē)輛類(lèi)型,系統(tǒng)通過(guò)當(dāng)前用戶的IP地址,可以鎖定該用戶所屬的邏輯工位,再根據(jù)系統(tǒng)中邏輯生產(chǎn)線的工位配置信息查詢到該工位所屬的邏輯生產(chǎn)線,最后依據(jù)表1的關(guān)聯(lián)信息校驗(yàn)待采集車(chē)輛的上線順序以及本工位點(diǎn)是否為合法的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。

2.3 生產(chǎn)線的控制

在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中,當(dāng)客戶需求發(fā)生臨時(shí)變化、或者在線庫(kù)存出現(xiàn)缺件時(shí),往往會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線臨時(shí)停線,待問(wèn)題排除或處理后再恢復(fù)運(yùn)行。然而在混線生產(chǎn)模式下,這種直接停線的方式存在著極大的弊端,它將直接影響到在線的其他類(lèi)型的車(chē)輛。本文采用對(duì)邏輯生產(chǎn)線進(jìn)行邏輯停線的方式,替代原有的直接停止物理生產(chǎn)線的方法。車(chē)間管理員根據(jù)實(shí)際情況對(duì)某一邏輯條線進(jìn)行“停線”操作,通過(guò)邏輯生產(chǎn)線與具體車(chē)型的關(guān)聯(lián),可知這一操作僅影響某一種車(chē)型。當(dāng)該車(chē)型通過(guò)具體的工位點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)可自動(dòng)顯示這一車(chē)型的停線通知,而其他的車(chē)型可順利通過(guò)不受影響。除“停線”操作外,管理者還可下達(dá)“掛起”、“恢復(fù)”等操作,從而既保證了生產(chǎn)線的柔性,又保持了對(duì)不同車(chē)型的精細(xì)控制粒度。

3 動(dòng)態(tài)平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)

客戶不斷變化的個(gè)性化需求影響著企業(yè)的生產(chǎn)模式。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)建周期長(zhǎng)、柔性差、難以適應(yīng)當(dāng)前的變化趨勢(shì)。構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)、可配置數(shù)據(jù)采集平臺(tái)是解決這一問(wèn)題的一個(gè)有效途徑,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在這一方面做出了探索性的研究[3－6]。根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況,理想中的平臺(tái)如圖2所示。

動(dòng)態(tài)平臺(tái)構(gòu)建采用了如下的實(shí)現(xiàn)技術(shù):(1)工作流引擎驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的表單流轉(zhuǎn)。系統(tǒng)采用微軟的WWF(Windows Workflow Foundation)作為工作流引擎,根據(jù)具體業(yè)務(wù)創(chuàng)建相應(yīng)的WebService,以SOA(面向服務(wù)的架構(gòu))思想為指導(dǎo)創(chuàng)建業(yè)務(wù)邏輯平臺(tái);(2)代碼自動(dòng)生成技術(shù)。在研究常見(jiàn)的幾種界面交互方式的基礎(chǔ)上,定義了基于交互方式的界面模板文件,從而實(shí)現(xiàn)頁(yè)面表示層文件的自動(dòng)生成;(3)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)層代碼自動(dòng)生成技術(shù)。通過(guò)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)表,獲取表以及相關(guān)字段信息,基于一套成熟的商業(yè)化七層架構(gòu),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)訪問(wèn)代碼的自動(dòng)生成。

利用動(dòng)態(tài)平臺(tái)構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)可大大縮短開(kāi)發(fā)周期,規(guī)范代碼風(fēng)格,提高代碼質(zhì)量;對(duì)于混線生產(chǎn)模式下多變的業(yè)務(wù)流程更能輕松應(yīng)對(duì)。目前由該平臺(tái)生成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)某汽車(chē)制造廠總裝線上試用,該總裝線主要承擔(dān)CV7/CV9兩種車(chē)型的生產(chǎn)。由于客戶需求變更頻繁,生產(chǎn)計(jì)劃更改情況時(shí)常發(fā)生,極易出現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的“漏采”與“錯(cuò)采”。由于采用了基于IP地址的工位對(duì)應(yīng)機(jī)制,采集系統(tǒng)內(nèi)的邏輯工位能依據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型與實(shí)際物理工位正確的對(duì)應(yīng)起來(lái),避免了工人遺漏重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集,同時(shí)也限定了采集地點(diǎn),從而規(guī)范了整個(gè)數(shù)據(jù)采集工作的過(guò)程,提高了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性,為產(chǎn)品質(zhì)量追蹤提供了支撐信息。試用表明,生產(chǎn)采集系統(tǒng)在產(chǎn)品完工順序檢驗(yàn)、關(guān)鍵信息分類(lèi)采集、關(guān)鍵工序控制、生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤等方面使車(chē)間的綜合生產(chǎn)管理水平提高到一個(gè)新的層次。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,混線生產(chǎn)模式不同于傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式,其生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的信息模型和控制方法都必須具備一定的柔性。本文通過(guò)動(dòng)態(tài)平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向混線生產(chǎn)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),利用IP地址作為邏輯工位與物理工位的對(duì)應(yīng)依據(jù),規(guī)范了整個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程,提高了車(chē)間生產(chǎn)管理的水平。雖然目前的工位模型可應(yīng)對(duì)不同的車(chē)型,但對(duì)在線物料的實(shí)時(shí)管理支撐力度不夠。因此,下一步的研究是進(jìn)一步完善工位信息模型,使之具備依據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型進(jìn)行在線物料實(shí)時(shí)管理的功能。

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