杜 斌，王 殿

(中國電子科技集團(tuán)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(chǎn)工藝流程越來越復(fù)雜，以及電鍍產(chǎn)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(chǎn)設(shè)備、車間管理、信息技術(shù)等方面達(dá)到更高層次的自動(dòng)化、智能化。但就我國電鍍生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)狀來看，在電鍍生產(chǎn)自動(dòng)化方面，主要采用PLC 或PC 機(jī)控制，也存在著自動(dòng)化功能單一，沒有充分利用工業(yè)控制PLC 技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、設(shè)備通訊技術(shù)等；而在電鍍車間數(shù)字化控制方面也僅僅局限于對工藝工序設(shè)置存儲(chǔ)和對生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)的監(jiān)控、采集、存儲(chǔ)、瀏覽層次，并不能夠滿足對生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)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(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和現(xiàn)場作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，難以緊密聯(lián)系車間環(huán)境，和車間的生產(chǎn)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(dǎo)車間生產(chǎn)作業(yè)。

據(jù)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(chǎn)管理技術(shù)，利用實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)指導(dǎo)、響應(yīng)并及時(shí)反饋給車間發(fā)生的各項(xiàng)活動(dòng)，對車間變化條件做出快速反應(yīng)，努力減少非增值活動(dòng)，以最終達(dá)到高效的車間生產(chǎn)為目標(biāo)。該系統(tǒng)可以提高庫存周轉(zhuǎn)期，增加毛利率，提高資金的使用效益，操作設(shè)備的回報(bào)，做到準(zhǔn)時(shí)交付；而且MES 系統(tǒng)通過對信息層和物理層雙向的通信，實(shí)現(xiàn)了在生產(chǎn)活動(dòng)中的信息監(jiān)視一體化，它對生產(chǎn)方式、管理方式，組織結(jié)構(gòu)有重要影響。

本文依據(jù)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求，從電鍍行業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)出發(fā)，研發(fā)出一套在電鍍企業(yè)能夠?qū)嶋H應(yīng)用的電鍍車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)（Electroplating Product Workshop Management System，EPM），該系統(tǒng)通過采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、車間現(xiàn)場總線技術(shù)和PLC 控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電鍍生產(chǎn)過程的自動(dòng)化管理和自動(dòng)化控制。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

EPM 系統(tǒng)通過接口實(shí)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(jìn)行計(jì)劃與調(diào)度，對物料與車間工裝設(shè)備等資源進(jìn)行跟蹤管理，并對生產(chǎn)制造過程中的計(jì)劃進(jìn)度、物流、資源進(jìn)行狀態(tài)跟蹤，實(shí)現(xiàn)電鍍車間生產(chǎn)過程的信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化。

1.1 系統(tǒng)總體框架

根據(jù)現(xiàn)有電鍍生產(chǎn)管理的特點(diǎn)和存在的實(shí)際問題，通過對EPM 功能進(jìn)行分析，提出了系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)，即企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）、電鍍車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)（EPM）、過程控制系統(tǒng)（PCS）。其中，ERP 系統(tǒng)主要進(jìn)行生產(chǎn)決策和生產(chǎn)計(jì)劃，以及生產(chǎn)工藝的編制和優(yōu)化。EPM 主要負(fù)責(zé)電鍍車間作業(yè)計(jì)劃的制定、鍍液管理、工藝管理、生產(chǎn)加工，并且負(fù)責(zé)生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)控、生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)車間物料使用信息和加工成品的質(zhì)檢信息。PCS 系統(tǒng)負(fù)責(zé)電鍍生產(chǎn)加工的過程控制，采集生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)，并對加工過程中的異常進(jìn)行初步處理。

ERP 系統(tǒng)和EPM 系統(tǒng)之間通過車間局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，EPM 系統(tǒng)和PCS 系統(tǒng)通過車間現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。生產(chǎn)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系如圖1所示。

圖1 EPM 系統(tǒng)總體框架圖

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享及網(wǎng)絡(luò)部署設(shè)計(jì)

EPM 系統(tǒng)是基于服務(wù)器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是整個(gè)車間管理系統(tǒng)所有功能和報(bào)告的核心部件，服務(wù)器計(jì)算機(jī)依靠以太網(wǎng)和歐姆龍PLC、操作終端進(jìn)行通訊。主系統(tǒng)將會(huì)裝備一臺(tái)打印機(jī)，放置于控制室，它將通過以太網(wǎng)連接到主系統(tǒng)。車間內(nèi)生產(chǎn)線上各個(gè)槽位分布控制器通過以太網(wǎng)與主計(jì)算機(jī)連接。

由于EPM 系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server 2005 數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的共享是通過系統(tǒng)授權(quán)管理實(shí)現(xiàn)的。電鍍生產(chǎn)車間管理系統(tǒng)（EPM）的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 EPM 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署圖

1.3 系統(tǒng)可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)

EPM 系統(tǒng)具有在橫向與縱向的擴(kuò)展能力，該系統(tǒng)在不影響到現(xiàn)有模塊運(yùn)行的基礎(chǔ)上添加或刪除功能模塊，使其具有平滑擴(kuò)展的能力，而且各個(gè)模塊既可以進(jìn)行分布式運(yùn)行，也可以進(jìn)行集中式運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)接口，從而實(shí)現(xiàn)對接口的統(tǒng)一管理。

2 電鍍車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 電鍍車間管理系統(tǒng)架構(gòu)

圖3所示為電鍍車間系統(tǒng)架構(gòu)。

2.2 電鍍車間管理系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

電鍍車間的管理與控制由三個(gè)層次的控制結(jié)構(gòu)組成，如圖4所示。各個(gè)控制結(jié)構(gòu)之間，分工明確，各具不同功能，但又互相聯(lián)系，在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持下，實(shí)現(xiàn)EPM 的功能。

（1）生產(chǎn)管理層：主要完成生產(chǎn)任務(wù)的接受與協(xié)調(diào)、電鍍處理計(jì)劃的編制與任務(wù)進(jìn)度跟蹤查詢等；

（2）制造計(jì)劃層：主要完成生產(chǎn)計(jì)劃的編制、關(guān)鍵工序節(jié)點(diǎn)計(jì)劃的編制、生產(chǎn)進(jìn)度的控制與跟蹤、生產(chǎn)作業(yè)與裝配作業(yè)計(jì)劃的編制、物料的配套、零件的加工與裝配；

（3）計(jì)劃執(zhí)行層：主要完成生產(chǎn)派工、生產(chǎn)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(zhì)量檢測等。

2.3 電鍍車間管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

通過對EPM 系統(tǒng)功能需求進(jìn)行分析，其主要表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)電鍍車間安全高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)上對生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)時(shí)控制和管理從生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)到電鍍生產(chǎn)車間到生產(chǎn)計(jì)劃加工完成的全過程，實(shí)現(xiàn)電鍍生產(chǎn)過程的合理調(diào)控，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，完成生產(chǎn)計(jì)劃。車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能如圖5所示。

圖3 EPM 系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖4 EPM 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖

3 電鍍車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 軟件總體結(jié)構(gòu)

圖6所示為軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

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(jī)與局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)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(jié)構(gòu)中的兩端硬件環(huán)境優(yōu)勢，將對應(yīng)的任務(wù)在局域客戶PC機(jī)與局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)器之間進(jìn)行合理的分配，從而實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)中各個(gè)模塊的功能，同時(shí)降低了軟件系統(tǒng)的內(nèi)存開銷。

圖5 EPM 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖6 EPM 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

B/S（Browser/Server）系統(tǒng)模式，也稱為網(wǎng)絡(luò)瀏覽器Web 與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)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(gè)模塊的改進(jìn)而產(chǎn)生的一種新型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模式。

通過上述對B/S 和C/S 系統(tǒng)模式的認(rèn)識(shí)、理解，可以采用在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之下把C/S 模式和B/S 模式進(jìn)行最大程度地融合，做到任何一個(gè)數(shù)據(jù)變化都能夠使在B/S 和C/S 系統(tǒng)模式下所有客戶端數(shù)據(jù)的同步調(diào)整。其根本方法是把這兩種模式連接到同一數(shù)據(jù)庫中，再以數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)兩種模式下的數(shù)據(jù)同步。EPM 系統(tǒng)混合模式結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

3.3 軟件系統(tǒng)運(yùn)行流程

通過對EPM 系統(tǒng)流程的運(yùn)作模式進(jìn)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(jìn)行了研究、分析，提出了相應(yīng)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(yùn)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(jié)構(gòu)圖

EPM 系統(tǒng)能實(shí)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(bào)表打印、物件序號(hào)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(shè)有多級操作權(quán)限控制，通過權(quán)限控制來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的訪問控制和信息共享，提高系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的安全性；對使用本系統(tǒng)的用戶角色及其所具有的權(quán)限可以進(jìn)行定義、修改、查詢、刪除等功能；對用戶登錄系統(tǒng)時(shí)的狀態(tài)、登錄系統(tǒng)后的操作進(jìn)行實(shí)時(shí)錄入，目的是增強(qiáng)對系統(tǒng)進(jìn)行問題追溯的能力。

圖8 EPM 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

3.4.2 生產(chǎn)計(jì)劃編制管理功能

生產(chǎn)計(jì)劃編制管理功能是生產(chǎn)計(jì)劃員錄入每天安排的電鍍?nèi)蝿?wù)、電鍍工件序號(hào)、數(shù)量、次數(shù)、銅管的基本屬性等方面的信息。同時(shí)，在錄入電鍍工件基本信息后，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)條形碼，該條形碼是唯一與工件進(jìn)行匹配的。車間電子看板通過讀取生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際生產(chǎn)狀況和計(jì)劃等重要信息以電子看板方式簡潔明了、動(dòng)態(tài)方式顯示在大屏幕和電腦上。

3.4.3 物料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能

物料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能是完成對電鍍工件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的管理，對生產(chǎn)過程中所涉及到電鍍工件的基本屬性數(shù)據(jù)（包括工件的序號(hào)（主字段）、條形碼、通關(guān)上下口尺寸、弧度、R 角大小、長度等）進(jìn)行定義、修改、維護(hù)與查詢。電鍍工件的基本信息首先應(yīng)導(dǎo)入到MES 系統(tǒng)中，然后由生產(chǎn)計(jì)劃管理人員根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要添加一些計(jì)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(shù)參數(shù)設(shè)定管理功能

工藝技術(shù)參數(shù)管理：在計(jì)劃員下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)的同時(shí)，技術(shù)工藝人員必須對該電鍍工件在各個(gè)槽內(nèi)的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，包括：反解電流密度和時(shí)間、電鍍電流密度和電鍍時(shí)間、整流器給電方式、溫度控制以及相關(guān)外設(shè)等。

3.4.5 工藝技術(shù)外設(shè)管理功能

溫度設(shè)置界面：單擊導(dǎo)航按鈕“溫度設(shè)置”，進(jìn)入溫度監(jiān)控界面。實(shí)時(shí)顯示整條生產(chǎn)線中各個(gè)工位槽內(nèi)溫度當(dāng)前值?？稍O(shè)置修改各工藝槽的溫度報(bào)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(jìn)行監(jiān)控?？刹榭椿驈?fù)位各工藝槽的安時(shí)累計(jì)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(jié) 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(shè)計(jì)，實(shí)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(yùn)行到實(shí)際生產(chǎn)測試中。該EPM 系統(tǒng)在實(shí)際電鍍生產(chǎn)控制中運(yùn)行良好，能夠穩(wěn)定的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、控制和傳輸，并達(dá)到理想的采樣精度。經(jīng)多條大中型電鍍、磷化自動(dòng)化生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用，運(yùn)行可靠，提高了生產(chǎn)效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且提高了產(chǎn)品質(zhì)量。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于需進(jìn)行電鍍車間管理系統(tǒng)及工業(yè)底層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，有比較好的發(fā)展前景。

[1]張勝濤著.電鍍工藝及其應(yīng)用[M].北京：中國紡織出版社，2009.

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

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