周文斌 李先珍 孫忠濤 盧旭 李斌 張旭光

摘要：通過(guò)對(duì)焊裝車間關(guān)于信息化系統(tǒng)需求分析，探討了一種智能車型管理系統(tǒng)在焊裝車間自動(dòng)化產(chǎn)線的應(yīng)用，主要闡述了該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和功能概要。智能車型管理系統(tǒng)與焊裝自動(dòng)線無(wú)縫集成，在焊裝車間實(shí)現(xiàn)信息流從上到下、從下到上貫通，減少了適應(yīng)性產(chǎn)品生產(chǎn)準(zhǔn)備電氣程序調(diào)試工作量，從根源上避免了由于人工推算造成的物料匹配錯(cuò)誤，降低自動(dòng)線停線率，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)車間的數(shù)字化、透明化、智能化。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 功能概要 物料匹配 生產(chǎn)效率 智能化

中圖分類號(hào)：TP316.8? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? ?DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20220266

Abstract： Based on the analysis of the information system requirements of the welding workshop， this paper discussed the application of an intelligent vehicle type management system in the automatic production line of the welding workshop， mainly expounded the network architecture and function outline of the system. The intelligent vehicle type management system is seamlessly integrated with the automatic welding line， realizing the information flow from top to bottom and from bottom to top in the welding workshop， reducing the workload of electrical program debugging for adaptive product production preparation， avoiding the material matching error caused by manual calculation from the root， reducing the automatic line stop rate， improving production efficiency and realizing the digitalization， transparency and intelligence of the workshop.

Key words： Network architecture， Function outline， Material matching， Production efficiency， Intelligence

1 前言

隨著工業(yè)機(jī)器人的大規(guī)模應(yīng)用，汽車行業(yè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平逐漸提高，汽車企業(yè)焊裝車間的自動(dòng)化生產(chǎn)線數(shù)量也越來(lái)越多。目前，同一平臺(tái)車型各條分總成自動(dòng)生產(chǎn)線之間的電氣程序強(qiáng)相關(guān)，一旦某條自動(dòng)線所涉及的分總成有新的適應(yīng)性產(chǎn)品導(dǎo)入，其他自動(dòng)線就要進(jìn)行相應(yīng)的電氣程序調(diào)試，工作量較大，并且各條分總成自動(dòng)生產(chǎn)線與主焊線之間的緩存數(shù)量不同，各條自動(dòng)生產(chǎn)線的上料需要由人工推算來(lái)進(jìn)行物料匹配，無(wú)作業(yè)指示，容易錯(cuò)誤匹配物料進(jìn)而導(dǎo)致自動(dòng)線停線。因此，焊裝自動(dòng)化生產(chǎn)線需要通過(guò)信息化系統(tǒng)來(lái)獨(dú)立控制各條自動(dòng)線的電氣程序，自動(dòng)分配各自動(dòng)線的生產(chǎn)任務(wù)并自動(dòng)匹配物料，進(jìn)行上料作業(yè)指示和獲取制造端數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程透明化。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

智能車型管理系統(tǒng)由應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、工控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)柜、PLC控制柜和數(shù)據(jù)模型模塊等組成。管理軟件做到應(yīng)用服務(wù)器上，應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)服務(wù)器配置如表1所示。

工控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)柜和PLC控制柜選擇西門子品牌。數(shù)據(jù)模型模塊包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、系統(tǒng)集成管理和報(bào)表及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析管理。

動(dòng)力電源采用3×380 V TN-S三相五線制，交流電源電壓為380 V±5%，頻率為50 Hz±2 Hz。網(wǎng)絡(luò)通訊形式為Profinet，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。

車間需要分配下發(fā)生產(chǎn)計(jì)劃的自動(dòng)化生產(chǎn)線如表2所示。

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及功能

3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智能車型管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。服務(wù)器與制造運(yùn)營(yíng)管理（Manufacturing Operation Management，MOM）系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接，自動(dòng)接收MOM系統(tǒng)下發(fā)的生產(chǎn)計(jì)劃和車型數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)；然后通過(guò)內(nèi)部程序自動(dòng)分配各自動(dòng)線生產(chǎn)任務(wù)及車型信息，與各條自動(dòng)線可編輯邏輯控制器（Programmable logic Controller，PLC）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)柜利用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)車型傳遞和信息反饋；智能車型管理系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)界面（Human Machine Interface，HMI）直觀顯示車型數(shù)據(jù)，便于生產(chǎn)線了解生產(chǎn)計(jì)劃情況[1]；自動(dòng)生產(chǎn)線的PLC系統(tǒng)接收生產(chǎn)計(jì)劃車型數(shù)據(jù)和生產(chǎn)隊(duì)列指令，并按其執(zhí)行加工程序，并將生產(chǎn)線實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋給智能車型管理系統(tǒng)；最后，智能車型管理系統(tǒng)把生產(chǎn)線實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋給上位MOM系統(tǒng)，由MOM系統(tǒng)統(tǒng)一展示；在智能車型管理系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，也可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)HMI直接輸入車型數(shù)據(jù)，便可變更調(diào)整車型數(shù)據(jù)。

3.2 系統(tǒng)功能

智能車型管理系統(tǒng)主要具備生產(chǎn)計(jì)劃管理、車型自動(dòng)匹配、現(xiàn)場(chǎng)可視化、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及系統(tǒng)集成管理功能。智能車型管理系統(tǒng)打通了研發(fā)端、工藝端、制造端數(shù)據(jù)，滿足了商用車市場(chǎng)定制化需求；根據(jù)產(chǎn)品物料清單（Bill of Material，BOM）數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配機(jī)器人程序，縮短定制化產(chǎn)品生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低自動(dòng)線停線率，提高生產(chǎn)效率；實(shí)時(shí)獲取制造端數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)車間數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程透明化。

3.2.1 生產(chǎn)計(jì)劃的管理

智能車型管理系統(tǒng)自動(dòng)接收MOM系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，統(tǒng)籌進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃管理[1]。如圖2所示，智能車型管理系統(tǒng)包括：車型信息、流水號(hào)、狀態(tài)字等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)功能；生產(chǎn)計(jì)劃接收、存儲(chǔ)、刪除、調(diào)整、插入、分解、自動(dòng)下發(fā)、跟蹤、查詢、生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)績(jī)監(jiān)控與顯示功能；增加產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（Computer Aided Process Planning，CAPP）系統(tǒng)與智能車型管理系統(tǒng)信息交互，實(shí)現(xiàn)八位碼、BOM清單數(shù)據(jù)交互與調(diào)用；實(shí)現(xiàn)車輛異常下線及重新上線跟蹤處理功能。

智能車型管理系統(tǒng)提供給工藝人員維護(hù)車型、流水號(hào)、狀態(tài)字功能，以便系統(tǒng)將計(jì)劃車型轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)線PLC能夠識(shí)別的代碼；確認(rèn)后的計(jì)劃通過(guò)系統(tǒng)分解傳遞給焊裝各自動(dòng)線PLC控制系統(tǒng)，不需人工錄入生產(chǎn)計(jì)劃至HMI，避免人為錄入產(chǎn)生錯(cuò)誤。生產(chǎn)線PLC系統(tǒng)每次讀取計(jì)劃后需將標(biāo)識(shí)位置后的計(jì)劃為鎖定狀態(tài)，不允許計(jì)劃員更改；通過(guò)生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)反饋的信息實(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)劃的執(zhí)行情況，通過(guò)數(shù)據(jù)采集可以跟蹤與監(jiān)控上線、下線、在線、離線車輛信息；當(dāng)發(fā)生臨時(shí)插單、試驗(yàn)車插單異常情況時(shí)，計(jì)劃人員根據(jù)實(shí)際情況在系統(tǒng)中修改生產(chǎn)計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，可一次選擇多條計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)批量調(diào)整計(jì)劃功能；相關(guān)人員可以在系統(tǒng)中查詢生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行情況，比如查詢生產(chǎn)計(jì)劃已導(dǎo)入和執(zhí)行情況。

3.2.2 車型自動(dòng)匹配

智能車型管理系統(tǒng)自動(dòng)接收MOM系統(tǒng)的焊裝生產(chǎn)計(jì)劃（圖3中的隊(duì)列F）和駕駛室圖號(hào)（圖3中的隊(duì)列A），根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃中的駕駛室圖號(hào)獲取相應(yīng)研發(fā)端PDM系統(tǒng)中的駕駛室BOM數(shù)據(jù)；下一步，智能車型管理系統(tǒng)根據(jù)各分裝自動(dòng)線站點(diǎn)（圖3中的隊(duì)列B）自動(dòng)拆分所獲取的駕駛室BOM數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)部程序自動(dòng)計(jì)算與主焊線相匹配的各自動(dòng)區(qū)生產(chǎn)任務(wù)隊(duì)列，以完成最終主焊線物料相匹配的目標(biāo)；再下一步，智能車型管理系統(tǒng)將拆分的BOM零部件圖號(hào)（圖3中的隊(duì)列C）及生產(chǎn)任務(wù)隊(duì)列自動(dòng)下發(fā)至各分裝自動(dòng)線PLC，各分裝自動(dòng)線（圖3中的隊(duì)列B）根據(jù)拆分的BOM零部件圖號(hào)自動(dòng)匹配機(jī)器人程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。

智能車型管理系統(tǒng)根據(jù)駕駛室圖號(hào)獲取工藝端CAPP系統(tǒng)中駕駛室八位碼數(shù)據(jù)（圖3中的隊(duì)列H和I），將八位碼數(shù)據(jù)下發(fā)至主焊線PLC，主焊線根據(jù)駕駛室八位碼自動(dòng)匹配機(jī)器人程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。

智能車型管理系統(tǒng)將各分裝自動(dòng)線電氣程序獨(dú)立出來(lái)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)各分裝自動(dòng)線與主焊線生產(chǎn)計(jì)劃隊(duì)列匹配，并在物料口進(jìn)行物料上料指示，后續(xù)各分裝自動(dòng)線有適應(yīng)性產(chǎn)品導(dǎo)入時(shí)，只需調(diào)試相應(yīng)分裝自動(dòng)線即可，無(wú)需所有自動(dòng)線同步調(diào)試，減少了適應(yīng)性產(chǎn)品生產(chǎn)準(zhǔn)備電氣程序調(diào)試工作量，從根源上避免了由于人工推算造成的物料匹配錯(cuò)誤，降低自動(dòng)線停線率，提高生產(chǎn)效率。

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)可視化

智能車型管理系統(tǒng)通過(guò)設(shè)備集成采集數(shù)據(jù)和生產(chǎn)計(jì)劃信息，建立仿真現(xiàn)場(chǎng)畫面，相關(guān)管理者可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器（Internet Explorer，IE）實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)績(jī)、設(shè)備狀態(tài)、車型位置、存儲(chǔ)量等。利用車間現(xiàn)有平板顯示器（Light Emitting Diode，LED）屏幕（圖4）進(jìn)行可視化展示，包括生產(chǎn)實(shí)績(jī)和設(shè)備狀態(tài)，程序?yàn)槎嗑€程，在車間中控室門口設(shè)置65寸液晶電視，由圖4中綜合大屏顯示智能車型管理系統(tǒng)整體界面；智能車型管理系統(tǒng)在關(guān)鍵工位設(shè)置工業(yè)一體機(jī)（內(nèi)置揚(yáng)聲器），工位人員可以查看生產(chǎn)計(jì)劃、作業(yè)指導(dǎo)書、BOM數(shù)據(jù)等信息，進(jìn)行上料作業(yè)指示（圖5），同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以對(duì)易錯(cuò)車型、不常生產(chǎn)車型、新車型做出聲音提示及畫面提示。

3.2.4 安東管理

智能車型管理系統(tǒng)的安東管理模塊總共包含25個(gè)呼叫點(diǎn)，每個(gè)呼叫點(diǎn)設(shè)置4位按鈕盒一套（自鎖帶燈）、黃色報(bào)警燈并蜂鳴器一套，4位按鈕的功能分別為設(shè)備、質(zhì)量、物料呼叫及維修簽到。無(wú)論何種呼叫發(fā)生，黃色報(bào)警燈亮起并蜂鳴器響起，當(dāng)維修人員到場(chǎng)按下簽到按鈕后黃燈繼續(xù)亮起但蜂鳴器停止蜂鳴，維修結(jié)束后將呼叫按鈕和簽到按鈕復(fù)位后，所有恢復(fù)正常。智能車型管理系統(tǒng)要對(duì)安東呼叫的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集工作，如圖5所示，自動(dòng)記錄呼叫工位、呼叫原因、開(kāi)始時(shí)間、簽到時(shí)間、結(jié)束時(shí)間，并形成電子報(bào)表。

3.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

智能車型管理系統(tǒng)與公司網(wǎng)絡(luò)連接，服務(wù)器作為公司MOM系統(tǒng)資源的一部分進(jìn)行管理，系統(tǒng)通過(guò)各自動(dòng)線PLC系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)制造過(guò)程中的信息（圖3中的隊(duì)列P、隊(duì)列Q、隊(duì)列R、隊(duì)列S）并將其反饋給MOM系統(tǒng)，用于生產(chǎn)調(diào)度及物流配送。各部分信息匯聚到中心服務(wù)器，智能車型管理系統(tǒng)對(duì)所有信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分類、匯總、儲(chǔ)存，生成生產(chǎn)報(bào)表（圖6）進(jìn)行生產(chǎn)分析、質(zhì)量分析、工藝分析、設(shè)備運(yùn)行分析、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)、物流及時(shí)率統(tǒng)計(jì)分析等，可以在局域網(wǎng)上共享，相關(guān)管理人員可以使用電腦查詢信息，導(dǎo)出信息。

3.2.6 系統(tǒng)集成管理

智能車型管理系統(tǒng)作為公司信息化系統(tǒng)的一部分，已預(yù)留好擴(kuò)展接口，需要與上位監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)器人預(yù)防性維護(hù)系統(tǒng)、群控系統(tǒng)及能源管理系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)連接并進(jìn)行集成管理。這些信息化系統(tǒng)軟件的供應(yīng)商要允許智能車型管理系統(tǒng)的連接，并提供相應(yīng)的技術(shù)支持（包括但不限于修改控制程序，提供滿足用戶需求的過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)簽地址清單、數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)等）。如果根據(jù)用戶確認(rèn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要對(duì)原有自動(dòng)化控制系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備功能及流程進(jìn)行部分改變，公司負(fù)責(zé)向控制廠家提供系統(tǒng)集成接口相關(guān)的數(shù)據(jù)交互需求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)解釋支持，以利于雙方開(kāi)展系統(tǒng)集成工作。

4 系統(tǒng)發(fā)展方向

目前，智能車型管理系統(tǒng)未連接焊裝車間所有線體，空中白車身緩存區(qū)（Welding Body Storge，WBS）輸送線也未接入該系統(tǒng)，會(huì)導(dǎo)致二層平臺(tái)存儲(chǔ)信息缺失，僅依靠電氣程序?qū)崿F(xiàn)白車身在焊裝車間與涂裝車間的流轉(zhuǎn)，無(wú)信息反饋，造成數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)不完善。智能車型管理系統(tǒng)后續(xù)將連接車間所有自動(dòng)化產(chǎn)線，深入挖掘分析生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)提升生產(chǎn)線產(chǎn)能，優(yōu)化排產(chǎn)方案，提升焊裝車間運(yùn)營(yíng)效率。智能車型管理系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)研發(fā)端、工藝端、制造端打通，后續(xù)將重點(diǎn)研究工藝過(guò)程數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)與市場(chǎng)端終端數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)并將其反饋給研發(fā)端，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品升級(jí)循環(huán)（PDCA）。

5 結(jié)論

智能車型管理系統(tǒng)經(jīng)歷了硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、硬件調(diào)試及軟件調(diào)試環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了在焊裝車間各自動(dòng)生產(chǎn)線應(yīng)用[2]。實(shí)現(xiàn)了智能車型管理系統(tǒng)的主要功能：生產(chǎn)計(jì)劃管理功能、車型自動(dòng)匹配功能、現(xiàn)場(chǎng)可視化功能、安東管理功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能及系統(tǒng)集成管理功能。智能車型管理系統(tǒng)上線完成后，實(shí)現(xiàn)以下價(jià)值：

a. 以BOM為主線，實(shí)現(xiàn)研發(fā)端、工藝端、制造端數(shù)據(jù)打通，縮短定制化產(chǎn)品生產(chǎn)準(zhǔn)備周期；根除由于人工干預(yù)而造成數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)錯(cuò)誤；

b. 降低適應(yīng)性產(chǎn)品生產(chǎn)準(zhǔn)備電氣程序調(diào)試工作量70%以上；

c. 滿足各分裝自動(dòng)線與主焊線車型匹配需求，從根源上避免由于人工推算而造成的物料匹配錯(cuò)誤，車型匹配防錯(cuò)率100%，降低生產(chǎn)線停線率1%；

d. 實(shí)現(xiàn)白車身唯一碼傳遞，滿足焊裝車間物料追溯需求；

e. 車型管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程透明化，滿足物流配送需求及制造過(guò)程物料追溯；

f. 智能制造成熟度評(píng)價(jià)提升，實(shí)現(xiàn)車間數(shù)字化、透明化、智能化。

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