張吳波

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，湖北十堰442002）

隨著汽車發(fā)動機排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高，發(fā)動機的設(shè)計要求、零件加工和裝配質(zhì)量要求也越來越高。在汽車生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大、生產(chǎn)節(jié)拍不斷提高的背景下，發(fā)動機裝配大多己實現(xiàn)混流裝配。由于不同型號發(fā)動機的共線生產(chǎn)，裝配線上每天都要更換產(chǎn)品型號，而每種產(chǎn)品所搭配的零件物料及工藝要求各不同，使得發(fā)動機裝配過程錯綜復(fù)雜[1]。

外協(xié)件裝配是發(fā)動機的重要組成部分。雖然發(fā)動機裝配線應(yīng)用了在線自動裝配、自動檢測等技術(shù)功能，但如果采用人工目測、人工分檢等傳統(tǒng)的預(yù)防方法，當(dāng)發(fā)動機大批量、連續(xù)混流生產(chǎn)時，操作者受視覺疲勞和勞動強度的影響、裝配過程中分辨效率低下等原因而容易出錯[2]。因此需要在發(fā)動機外協(xié)件的裝配過程中采用一些防錯技術(shù)，以有效地控制發(fā)動機的制造質(zhì)量，保證發(fā)動機高精度、高效率、高質(zhì)量的裝配。

1 系統(tǒng)要求

發(fā)動機外協(xié)件裝配線根據(jù)生產(chǎn)計劃，將發(fā)動機裝配所需的外購件按裝配需求，輸送到指定工位，并按照要求裝配，如圖1所示。

圖1 發(fā)動機外協(xié)件裝配線示意圖

1#工控機位于發(fā)動機轉(zhuǎn)配線的噴漆下線處，當(dāng)發(fā)動機下線時，需要登記發(fā)動機的標(biāo)識號，用以指示外協(xié)件庫的物料管理員，按照下線的發(fā)動機型號將需要集配的零件裝到物料小車。裝車后的物料被送往外協(xié)件裝配線，操作工人按照看板，選取相應(yīng)零件進行集配。

在外協(xié)件裝配中容易因人為因素導(dǎo)致發(fā)生錯裝、漏裝：1）在選取集配零件時，操作工人可能將裝車物料選錯；2）在裝配工位上，操作工人從物料小車中選取零件時，可能將零件選錯；3）在裝配時可能將零件裝錯，或者安裝不到位。防錯系統(tǒng)應(yīng)對這些易出錯的環(huán)節(jié)進行監(jiān)控和管理。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

外協(xié)件裝配防錯系統(tǒng)，開發(fā)采用基于.NET 架構(gòu)的C#語言開發(fā)，采用C/S（客戶端/服務(wù)器）模式，各個工控機作為客戶端，完成數(shù)據(jù)的采集、顯示；服務(wù)器端完成數(shù)據(jù)的存儲?？蛻舳碎_發(fā)工具采用VS2005，服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫采用Sql Server 2000。根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

裝配線上的各工控機通過局域網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通過交換機與MES 服務(wù)器交互，定時從MES系統(tǒng)提取發(fā)動機裝配零件數(shù)據(jù)。1#工控機對下線的發(fā)動機條碼進行掃描，并將發(fā)動機的條碼與發(fā)動機型號對應(yīng)，并保存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。2#工控機和3#工控機根據(jù)裝配的發(fā)動機標(biāo)識號，提示操作工人正確選擇裝車的零件。當(dāng)2 臺集配小車上的零件全部掃面合格后，物料小車才能送往裝配線。4#工控機安裝在外裝上線，用于比對物料小車的條碼和發(fā)動機條碼是否吻合。

圖2 拓撲結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)流程

根據(jù)裝配線要求，防錯系統(tǒng)的處理流程設(shè)計如圖3所示。系統(tǒng)定時從MES系統(tǒng)中下載機型信息以及BOM信息等，并將其保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，實現(xiàn)與MES系統(tǒng)的無縫連接。在1#工控機掃描完發(fā)動機條碼后，從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中提取發(fā)動機所屬機型，操作員確認后，保存進數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)裝配的先后順序?qū)Υb配發(fā)動機進行排序。2#、3#工控機按照發(fā)動機的排序選擇裝配的發(fā)動機，然后提示發(fā)動機所需裝配的零件。在將零件裝車時，掃描零件的條碼，并判斷其是否符合發(fā)動機的裝配條件。裝車完畢后，打印發(fā)動機裝車清單，掃描裝零件的物料小車條碼，建立小車與發(fā)動機對應(yīng)信息。在4#工位掃描發(fā)動機條碼、小車條碼，如果發(fā)動機條碼和小車條碼匹配，進入工人裝配環(huán)節(jié)，完成裝配。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

對系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)進行抽象、建模，設(shè)計出如圖4所示的E-R圖。

圖3 系統(tǒng)流程

圖4 系統(tǒng)E-R圖

發(fā)動機型號表示裝配線需要裝配的發(fā)動機機型，具體裝配的發(fā)動機具有唯一的條碼，通過生產(chǎn)計劃與發(fā)動機型號對應(yīng)。每種類型的發(fā)動機機型都有一個物料裝配清單BOM，指明生產(chǎn)實際使用的BOM，即實際生產(chǎn)按照什么樣的工藝，需要哪些材料，在什么設(shè)備上生產(chǎn)，安排多少工人等等信息。具體安裝在發(fā)動機上的零件具有唯一的條碼，在安裝完成后，每臺發(fā)動機有一個具體的安裝清單表。其中關(guān)鍵的物理表設(shè)計如表1～2所示。

表1 發(fā)動機表

表2 BOM表

2.4 功能設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)功能與系統(tǒng)流程圖，系統(tǒng)設(shè)計的主要功能如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1）發(fā)動機BOM 數(shù)據(jù)管理 定時從MES系統(tǒng)下載機型數(shù)據(jù)，并保存到本地數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。提供根據(jù)發(fā)動機型號，查詢所需裝配的零件、安裝工位等信息。

2）發(fā)動機條碼管理 完成對發(fā)動機的掃描，登記發(fā)動機所屬的型號，并按照掃描順序?qū)Πl(fā)動機進行排序。將掃描的發(fā)動機條碼推送到下一工位。

3）零件選取管理根據(jù)選擇的發(fā)動機條碼，完成對零件條碼的掃描，并根據(jù)定義的發(fā)動機BOM 數(shù)據(jù)比對所選擇的零件號和發(fā)動機型號，匹配成功的零件提示裝入小車，不成功的提示錯誤，并記錄發(fā)動機條碼和零件號的對應(yīng)。完成對已經(jīng)裝車完畢的小車條碼掃描，并記錄其和發(fā)動機條碼的對應(yīng)關(guān)系。只有所有需裝配的零件裝車完畢后才能對小車條碼掃描，并送入下一工位進行裝配，并打印所裝配的零件清單以及裝車號。

4）發(fā)動機裝配管理 掃描發(fā)動機條碼、小車條碼，根據(jù)裝配清單進行對比。比對成功的送入裝配線進行裝配。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)同步

防錯系統(tǒng)中的核心數(shù)據(jù)——BOM 數(shù)據(jù)，是在其上游的MES系統(tǒng)中設(shè)計、管理，為了保證在裝配過程裝配零件的正確性，并指示操作工能正確選取裝車零件，系統(tǒng)需提取MES系統(tǒng)中的BOM數(shù)據(jù)，并與其保持一致，因此需要定時從MES系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)。定時任務(wù)使用Quartz.NET實現(xiàn)。

Quartz.NET是一個開源的作業(yè)調(diào)度框架，是OpenSymphony的Quartz API的.NET移植。它提供了巨大的靈活性而不犧牲簡單性。

在Quartz.NET框架代碼中，通過創(chuàng)建一個調(diào)度器構(gòu)造工廠StdSchedulerFactory，并通過GetScheduler（）函數(shù)構(gòu)造調(diào)度器，定義任務(wù)（JobDetail）和觸發(fā)器（trigger），在任務(wù)中指定需要定時執(zhí)行類，觸發(fā)器設(shè)定定時執(zhí)行的時間。再將任務(wù)與觸發(fā)器添加到調(diào)度器中，并啟動調(diào)度器。SynJob是一個實現(xiàn)了IJob 接口和Execute（）方法的數(shù)據(jù)同步類，在調(diào)度器的管理下按照定時器的時間設(shè)定，定時執(zhí)行其實現(xiàn)的Execute（）。

在SynJob中，首先連接MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，根據(jù)生產(chǎn)計劃表，查找當(dāng)天需要裝配的發(fā)動機型號，根據(jù)發(fā)動機型號，將BOM 數(shù)據(jù)表中的相關(guān)記錄下載到本地。根據(jù)物料號，在本地數(shù)據(jù)庫的BOM 數(shù)據(jù)表中查詢是否存在該物料的信息，如果存在則更新，如果不存在則將其插入到數(shù)據(jù)庫中。

3.2 物料提取防錯

在發(fā)動機裝配中，存放各式零部件和物料，物料管理員需要根據(jù)裝配的發(fā)動機要求，按需提取物料進行裝配操作。物料的提取過程存在錯拿、漏裝等人為失誤，這些人為失誤將直接影響到發(fā)動機的裝配效率品質(zhì)。因此將倉庫中的各個零件，打上不同條形碼，其格式為“廠代碼+零件號+流水號”，其中流水號為零件的唯一碼，不可重復(fù)。系統(tǒng)通過條形碼辨識具體的零件和發(fā)動機。

零件入庫時，為每一個零件制作、打印、粘貼一個條碼，用條碼掃描槍對零件條碼進行逐件掃描，讀取掃描槍掃描的零件號，將其保存在數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)發(fā)動機從噴漆線下來后，對發(fā)動機的條碼進行掃描，發(fā)動機條碼送入待裝配的發(fā)動機排序表，并從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的BOM表中，根據(jù)其發(fā)動機型號進行查找，得到需要裝配的零件號、安裝工位、數(shù)量和裝配要求。物料管理員在待裝配的發(fā)動機排序表中選擇一臺發(fā)動機后，工控機上顯示該發(fā)動機需要裝配的零件號和個數(shù)。管理員選取相應(yīng)的物料小車，使用掃描槍掃描小車上的條碼，將其與發(fā)動機的條碼對應(yīng)后，保存數(shù)據(jù)庫中。在選取的零件中，逐一掃描零件上的條形碼，根據(jù)條形碼確定零件所屬型號，判斷零件是否屬于BOM 數(shù)據(jù)表中提取發(fā)動機的零件裝配清單中的零件，如果是提示正確，否則提示錯誤。系統(tǒng)根據(jù)掃描的零件型號，對裝車零件數(shù)量進行計數(shù)。只有所有零件正確地裝入物料小車后，物料小車被送往裝配線裝配。在裝配線進行裝配時，操作人員先對物料小車條碼和發(fā)動機條碼進行掃描，判斷物料小車是否為在選料時發(fā)動機對應(yīng)的小車條碼，二者匹配才能進行裝配。

4 結(jié)論

防錯系統(tǒng)依托上游MES系統(tǒng)的BOM 數(shù)據(jù)，根據(jù)需要裝配的發(fā)動機型號，指示操作工正確選擇裝車零件，并對裝車零件進行有效判斷，可以減少物料提取的錯誤；對裝車的零件進行保存，可以有效地追溯零件，從而防止物料裝配過程的失誤。

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