普 輝， 楊 繼 新， 王 德 權(quán)， 王 慧 慧， 呂 艷， 陶 學(xué) 恒

( 大連工業(yè)大學(xué) 國(guó)家海洋食品工程技術(shù)研究中心, 遼寧 大連 116034 )

變速箱生產(chǎn)線對(duì)故障工件的快速處理技術(shù)

普 輝， 楊 繼 新， 王 德 權(quán)， 王 慧 慧， 呂 艷， 陶 學(xué) 恒

( 大連工業(yè)大學(xué) 國(guó)家海洋食品工程技術(shù)研究中心, 遼寧 大連 116034 )

故障工件的快速處理技術(shù)結(jié)合變速箱生產(chǎn)企業(yè)的業(yè)務(wù)流程特點(diǎn)，采用Microsoft Visual Studio 2010環(huán)境下的 .NET開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用WebSocket(瀏覽器與服務(wù)器全雙工通信協(xié)議)、OPC工業(yè)通信控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在MES信息系統(tǒng)指導(dǎo)下的變速箱生產(chǎn)線對(duì)故障工件的快速處理。對(duì)于故障工件，通常通過(guò)MES信息系統(tǒng)中的整體返修模塊功能進(jìn)行處理，整體返修模塊包括在線返修和離線返修兩大模塊。通過(guò)這2個(gè)模塊可以完成變速箱生產(chǎn)線對(duì)故障工件的快速處理，簡(jiǎn)化生產(chǎn)線對(duì)于故障工件的操作流程，提高生產(chǎn)效率。

變速箱生產(chǎn)線；制造執(zhí)行系統(tǒng)；PLC；離線返修

0 引 言

隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于現(xiàn)代化的變速箱生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，雖然已經(jīng)都采用了自動(dòng)化程度很高的生產(chǎn)線，并且引進(jìn)了信息化的管理系統(tǒng)，但還是不能達(dá)到100%的精確度，還是會(huì)出現(xiàn)不符合要求的變速箱，如：扭矩不合格、部件裝配不符合要求，或者出廠后，出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，這時(shí)就要求對(duì)故障變速箱進(jìn)行返修，或者重新組裝，這些故障變速箱被統(tǒng)稱為返修件，這種情況下企業(yè)就迫切需要一個(gè)系統(tǒng)來(lái)專門處理這些返修件[1-2]。對(duì)于傳統(tǒng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，處理這些返修件，通常通過(guò)人工操作的方式判斷和處理這些返修件，但是人工操作存在很多問(wèn)題。如無(wú)法實(shí)時(shí)查詢當(dāng)前工件的質(zhì)量數(shù)據(jù)，從而無(wú)法準(zhǔn)確地控制變速箱的生產(chǎn)質(zhì)量，如果處理不及時(shí)還會(huì)造成生產(chǎn)線堵塞，從而影響生產(chǎn)。還有，無(wú)法做到產(chǎn)品的質(zhì)量追溯，對(duì)ERP分析數(shù)據(jù)、工廠管理都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，無(wú)法提高企業(yè)工作效率，從而影響企業(yè)效益[3-5]。

本研究結(jié)合作者參與的轎車變速箱生產(chǎn)線自身的特點(diǎn)，根據(jù)相應(yīng)的業(yè)務(wù)需求，從系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、在線返修和離線返修等方面提出了變速箱生產(chǎn)線對(duì)于故障工件的快速處理技術(shù)，為企業(yè)故障工件的處理提供了良好的技術(shù)解決方案。該系統(tǒng)可以有效地簡(jiǎn)化變速箱返修的流程，從而提高生產(chǎn)效率。

1 技術(shù)基礎(chǔ)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，主要應(yīng)用OPC技術(shù)以及Microsoft Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)環(huán)境中的 .NET技術(shù)、Winform開(kāi)發(fā)技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)由前后臺(tái)系統(tǒng)分別進(jìn)行管理。后臺(tái)各個(gè)服務(wù)器程序采用C/S(客戶端/服務(wù)器)架構(gòu)模式，通信協(xié)議采用TCP/IP通信協(xié)議和UDP通信協(xié)議；前臺(tái)IPC采用B/S架構(gòu)模式，使IPC(工業(yè)電腦)盡量輕量化運(yùn)行，IPC程序與后臺(tái)服務(wù)器之間的通信采用先進(jìn)的WebSocket(瀏覽器與服務(wù)器全雙工通信)技術(shù)完成網(wǎng)頁(yè)與后臺(tái)程序的實(shí)時(shí)通信，所有業(yè)務(wù)邏輯的處理都交給后臺(tái)性能比較好的服務(wù)器運(yùn)行[6-7]。

SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)與Microsoft Visual Studio 2010前臺(tái)編程環(huán)境以及C#語(yǔ)言都有很好的集成性[8]。用戶可以輕松完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)過(guò)程、觸發(fā)器、公共函數(shù)以及用戶自定義的聚合函數(shù)的操作。

2 系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件架構(gòu)采用分布式的架構(gòu)模式，充分利用分布式軟件架構(gòu)的高內(nèi)聚、低耦合特點(diǎn)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了充分保證。

系統(tǒng)軟件架構(gòu)模塊一共分為五大模塊，分別為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、OPC服務(wù)器、業(yè)務(wù)處理服務(wù)器、通信服務(wù)器和現(xiàn)場(chǎng)IPC。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器主要用來(lái)保存現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)以及訂單數(shù)據(jù)等工位信息。OPC服務(wù)器主要負(fù)責(zé)與PLC之間進(jìn)行通信，對(duì)存在PLC中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。業(yè)務(wù)處理服務(wù)器，主要負(fù)責(zé)MES信息系統(tǒng)與整個(gè)生產(chǎn)線設(shè)備之間的業(yè)務(wù)邏輯處理，控制設(shè)備動(dòng)作，完成生產(chǎn)線的整個(gè)裝配過(guò)程，涉及的技術(shù)有OLE/COM技術(shù)[9]。通信服務(wù)器主要負(fù)責(zé)OPC服務(wù)器和業(yè)務(wù)處理服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)IPC之間的通信。涉及的通信協(xié)議有UDP通信協(xié)議、TCP/IP通信協(xié)議。通過(guò)通信服務(wù)器，可以實(shí)時(shí)將設(shè)備狀態(tài)和數(shù)據(jù)處理結(jié)果發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)IPC上。現(xiàn)場(chǎng)IPC主要負(fù)責(zé)顯示工件信息[10]。人工還可以通過(guò)IPC完成對(duì)設(shè)備的操作，WebSocket技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與通信服務(wù)器通信，通過(guò)通信服務(wù)器，進(jìn)而與業(yè)務(wù)處理服務(wù)器和OPC服務(wù)器完成通信，完成對(duì)設(shè)備的操作。

系統(tǒng)架構(gòu)能夠很好地保證變速箱生產(chǎn)線的穩(wěn)定性，并且各個(gè)系統(tǒng)之間各司其職，分工明確，具有很強(qiáng)的獨(dú)立性[11]。具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 在線返修模塊設(shè)計(jì)

在線返修是指當(dāng)前工件正在線體上，由于壓機(jī)工作不正常、擰緊機(jī)扭矩不合格或者人為因素導(dǎo)致工件質(zhì)量不符合要求，系統(tǒng)判斷故障工件需要在當(dāng)前生產(chǎn)線上直接進(jìn)行返修，從而進(jìn)入在線返修模塊。變速箱生產(chǎn)線主要的返修區(qū)域包括軸系返修和總裝擰緊返修兩大部分。

3.1 軸系返修

軸系線在分裝線的線尾設(shè)置了一段返修環(huán)線，壓裝不合格的零件通過(guò)輸送線體直接進(jìn)入返修環(huán)線，數(shù)據(jù)管理通過(guò)返修工位的IPC，根據(jù)托盤號(hào)，從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取相關(guān)信息并在線外進(jìn)行返修，軸系返修壓機(jī)可以進(jìn)行輸入軸、輸出軸的拆解和壓裝。具體工位布局如圖2所示。外圈輸送后發(fā)生的故障工件涉及3個(gè)工位：OP1100、OP1120F、OP1130F這3個(gè)工位任何一個(gè)工位出現(xiàn)不合格，總線、分線工件都需下線。

軸系返修流程如圖3所示。軸系線工件到達(dá)A處停止器，A處停止器配備RFID(射頻識(shí)別技術(shù))讀寫頭，系統(tǒng)判斷B工位處是否等待返修上線，如果B等待返修上線，則工件不放行到C處，等待返修工件從D處返修上線，D處IPC顯示需要上線的托盤號(hào)，操作人員按照系統(tǒng)指導(dǎo)進(jìn)行返修上線；如果B工位處沒(méi)有等待返修上線，則軸系線工件繼續(xù)流轉(zhuǎn)。工件到達(dá)C處停止器，RFID讀寫頭讀取工件信息，如果工件狀態(tài)為合格，工件繼續(xù)流轉(zhuǎn)到機(jī)器人轉(zhuǎn)線工位。如果工件狀態(tài)為不合格，軸系線工件在D處返修下線并通知總線配套工件返修下線。當(dāng)工件返修完畢時(shí)，總裝線工件先上線，返修上線工件在總裝線流轉(zhuǎn)到B工位時(shí)，給B工位發(fā)出請(qǐng)求匹配指令，正常流轉(zhuǎn)工件在A處停止，等待D處工件返修上線，完成軸系返修。

圖2 軸系返修布局圖

圖3 軸系返修流程圖

3.2 總裝擰緊返修

對(duì)于在線擰緊工位，在每臺(tái)多軸擰緊機(jī)后面都布置了一個(gè)擰緊返修工位，用于螺栓的在線返修。返修工位配備有電動(dòng)擰緊軸、帶位置檢測(cè)的平衡機(jī)械臂以及IPC。當(dāng)需要返修的工件進(jìn)入返修工位時(shí)，IPC會(huì)自動(dòng)顯示需要返修螺栓的位置，這時(shí)操作者移動(dòng)擰緊軸帶動(dòng)機(jī)械臂進(jìn)行返修，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)機(jī)械臂的位置，如果擰緊軸不是位于正確的位置上，系統(tǒng)將不會(huì)啟動(dòng)擰緊軸運(yùn)行，防止在返修過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤。具體工位布局圖如圖4所示。

圖4 擰緊工位布局圖

4 離線返修模塊設(shè)計(jì)

離線返修是指工件已經(jīng)下線，下線后發(fā)現(xiàn)工件不合格，需要重新上線進(jìn)行裝配，或者是對(duì)于已經(jīng)出廠的變速箱，客戶發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有質(zhì)量問(wèn)題需要退回原生產(chǎn)廠商進(jìn)行返修。離線返修包括離線返修工位重新上線和不合格下線打印不合格條碼兩大模塊。

4.1 離線返修工位重新上線

此模塊的主要功能是對(duì)于已經(jīng)下線的不合格品或者三包產(chǎn)品進(jìn)行重新上線。當(dāng)不合格品或者三包產(chǎn)品在擁有返修上線功能的工位進(jìn)行上線時(shí)，操作人員使用掃描槍，掃描工件上的不合格條碼，返修模塊會(huì)自動(dòng)根據(jù)條碼信息查詢出該工件的質(zhì)量數(shù)據(jù)。

對(duì)于半自動(dòng)工位產(chǎn)生的不合格品，需要人工在上線工位選擇工作工位，后續(xù)半自動(dòng)工位就會(huì)按照這個(gè)順序?qū)ぜM(jìn)行處理。對(duì)于手動(dòng)工位產(chǎn)生的不合格品來(lái)說(shuō)，到位后提示是否需要返修，如果用戶選擇需要返修，在此手動(dòng)工位則需要工作，工作完成后，工件放行。反之，不需要干活，選擇直接放行，工件放行。

對(duì)于上線選擇返修工位操作來(lái)說(shuō)，由人工選擇需要工作工位，MES信息系統(tǒng)為每個(gè)返修工位都賦值一個(gè)唯一的十進(jìn)制碼。然后系統(tǒng)將用戶選擇的工位對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制值，根據(jù)相應(yīng)的算法，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼，PLC(可編程邏輯控制器)根據(jù)二進(jìn)制中的0(不工作)和1(工作)決定本工位是否工作。具體選擇界面如圖5所示。

圖5 返修界面

4.2 下線打印條碼

此模塊的主要功能是當(dāng)不合格工件流轉(zhuǎn)到此工位后，MES信息系統(tǒng)收到工件到位信號(hào)后，自動(dòng)查詢工件的不合格的質(zhì)量數(shù)據(jù)信息，然后根據(jù)工件的流水號(hào)、機(jī)型以及從數(shù)據(jù)庫(kù)查詢到的不合格工位信息，將這些信息打印到條碼上。

5 結(jié) 論

通過(guò)返修模塊的離線返修和在線返修兩大功能模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)故障工件的及時(shí)處理，并且能夠及時(shí)記錄故障工件的質(zhì)量數(shù)據(jù)，供ERP軟件進(jìn)行分析，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

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Fast processing technology of fault parts in transmission line

PU Hui, YANG Jixin, WANG Dequan, WANG Huihui, LYU Yan, TAO Xueheng

( National Engineering Research Center of Seafood, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China )

Combined rapid processing technology of fault parts with the business process characteristics of gearbox manufacturing enterprise, the rapid processing of fault parts under the guidance of MES information system was realized based on WebSocket (The full duplex communication protocol between the browser and the server) page real-time communication technology and OPC communication control technology under Microsoft Visual Studio 2010 with .NET development platform. The fault treatment was usually through the whole repair function of MES in the information system, including online and offline repair. Through two modules of online and offline repair, it could complete the gearbox production line on the failure of the rapid processing of the fault parts, simplify the production line for the failure of the fault parts operation process, and improve production efficiency.

transmission lines; manufacturing execution systems; PLC; offline rework

2015-07-06.

國(guó)家海洋食品工程技術(shù)研究中心開(kāi)放課題(2012FU125X03)；海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201505029)；遼寧省科技廳基金項(xiàng)目(2014026003，2013205001)；遼寧省教育廳重大平臺(tái)項(xiàng)目(遼教發(fā)[2011]191號(hào))，遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀科技人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(LR2013023).

普 輝(1990-)，男，碩士研究生；通信作者：楊繼新(1969-)，女，教授.

TH186

A

1674-1404(2017)02-0143-04

普輝,楊繼新,王德權(quán),王慧慧,呂艷,陶學(xué)恒.變速箱生產(chǎn)線對(duì)故障工件的快速處理技術(shù)[J].大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,36(2):143-146.

PU Hui, YANG Jixin, WANG Dequan, WANG Huihui, LYU Yan, TAO Xueheng. Fast processing technology of fault parts in transmission line[J]. Journal of Dalian Polytechnic University, 2017, 36(2): 143-146.