基于MES的变速箱数字化柔性装配线的应用研究.pdf

第6 5 卷第4 期2024年2 月自动化应用Automation ApplicationVol.65 No.4Feb 2024基于MES的变速箱数字化柔性装配线的应用研究裴朝华1,袁金鹏1,张佳媛1张?希1,白明磊（1.北京机械工业自动化研究所有限公司，北京10 0 12 0;2.北自（北京）检测科技发展有限公司，北京10 0 12 0）摘要：主要介绍了变速箱生产线的柔性化、信息化与数字化的深度结合的生产方式。利用MES系统管理生产线的运行，结合产品的工艺装配步骤无缝切换生产状态，提高生产线对多型号产品的兼容性与生产效率。柔性数字化生产线由MES服务器、PLC和RFID系统、下位执行与感知系统组成，能实时采集生产过程的数据，并记录生产状态。MES系统的人机交互功能使生产线操作员的操作更简便。关键词：数字化，柔性化生产，变速箱生产线中图分类号：TP278Application and Research on Digitalized Flexible Assembly Line of Gearbox Based on MES(1.Beijing Research Institute of Automation for Machinery Industry Co.,Ltd.,Beijing 100120,China;2.Beizi(Beijing)Testing Technology Development Co.,Ltd.,Beijing 100120,China)Abstract:This paper mainly introduces the deep integration of flexibility,informatization,and digitization in the productionline of transmission.Utilizing the MES system to manage the operation of the production line,combined with the processassembly steps of the product,to achieve seamless switching of production status,improve the compatibility and productionefficiency of the production line for multiple models of products.The flexible digital production line consists of MES server,PLC and RFID system,and lower level execution and perception system,which can collect real-time data of the productionprocess and record the production status.The human-machine interaction function of MES system makes the operation ofproduction line operators more convenient.Key words:digitalization,flexible production,gearbox production line文献标识码：APEI Zhaohua,YUAN Jinpeng,ZHANG Jiayuan,ZHANG Xi,BAI Minglei?D0I:10.19769/j.zdhy.2024.04.0030引言1条传统变速箱生产线通常只能生产1种产品，无法兼容不同型号的产品。要生产不同型号的产品，需投人较高的成本建设多条生产线，并投入成倍的人力、物力，但这会降低生产线设备的利用效率。传统生产线往往与信息化的结合度不高，只能单独采集数据或通过人工记录，工艺更换不方便，单调固化，不能应对产品升级和换型。随着智能制造不断发展，生产线逐渐与数字化、信息化深度结合。利用先进信息管理模式将生产线信息化与数字化阶段前移，使信息化与柔性自动化生产线配合更密切，提前分析生产线的建设并查漏补缺,是建设智能柔性生产线的基础。本文将结合变速箱柔性自动生产线位，介绍智能化生产线。1变速箱智能柔性生产线的结构变速箱生产线系统如图1所示。基金项目：北京市西城区财政科技专项项目（STI-2023-1503作者简介：裴朝华，男，19 9 6 年生，工程师，研究方向为汽车变速箱、发动机自动化智能装配和在线检测技术。8中央服务器关系数据库SOLServer历史数据查询交换机工厂网络管理系统生产线的数据管理工位电脑工位操作指导现场设备自动化装配过程生产线分为网络层、感知层、处理层、执行层、展示层。其中，网络层是中央服务器与管理系统，服务器可采集与记录生产线产生的所有过站数据，包括对质量数据的ID绑定追溯、操作员对装配问题的处理记录、返修过程的操作记录等；感知层通过安装在生产线中的传感器与射频识别（RadioFrequency Identification,RFID）获取生产中产生的数据；处理层为PLC对计划解析的获取；执行层为现场设备实现装配自动化；展示层借助可视化发布与展示生产线的任务与装配过程信息以及数据分析与生产信息。Web服务PLC生产线看板生产任务的监控与信息发布图1变速箱生产线系统第4 期制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)统一下发生产计划,各工位的电脑会根据当前计划显示操作指导内容，包括物料的差异、工艺装配指导文字内容与图片 2。2变速箱柔性生产线的建设2.1工艺装配流程柔性生产线的工艺流程是可配置的，工作人员能根据产品特性配置装配工艺。例如，变速箱的手动档型号与自动挡型号的装配工艺在OPXXX工位的安装和物料存在差异，在配置文件中配置每种型号的工艺顺序，并导人系统，当变速箱在生产线上流动到OPXXX工位时，系统会根据产品型号，查找对应的装配流程并发送至PLC,执行终端会根据指令直接改变工艺流程。与传统单一型号量产完成后再更换型号的装配方式相比，所提装配流程效率更高。2.2数据信息采集生产线的装配工位配有RFID系统。产品托盘存有当前产品的订单与ID信息，托盘到达装配工位时,RFID系统读取托盘信息，并将拧紧枪、伺服、压机、测量等质量数据传输至PLC,PLC再将ID信息与质量数据传输到MES中进行绑定存储。2.3数字化工厂通过局域网络，系统能获取生产线实时数据。通过可视化方式和车间看板，为管理人员与操作员提供层次清晰的画面，实时了解当前生产线的运行状态与设备异常状态。车间看板不仅可显示生产线的数字李生全貌，还便于工作人员查看整条生产线设备的运行、停止、故障、当班生产计划产量和实际产量、订单执行、生产效率等信息。点击对应设备，工作人员可深入查看该设备详细运行情况，包括故障信息、计划产量、完工状态等。车间看板还可显示当班的生产任务、发布的管理信息、采集数据的分析图、效率分析图像，工作人员可根据可视化信息调整设备运行状况 3。3MES管理系统MES管理系统是整条柔性生产线的管理核心，也是整条生条线工作的任务核心。其包括工厂人员管理与角色模块、生产计划管理模块、工艺管理模块、质量数据管理模块、设备运行分析模块、车间看板信息维护模块等。通过该系统,工作人员能够更详细地了解生产线的运行状态。3.1工厂人员管理与角色人员管模块需生产经理导人操作员工的身份信息与工号密码，根据员工掌握的装配技能分配相应工位的操作权限。有操作权限的员工才允许在工位登录设备进行装配，以保证生产产品的装配质量。人员信息的导人不仅涉及人员管理，还涉及人员角色分配。操作员角色不同，对应的权限不同。例如，调整生产计划的顺序时,需生产经理的审批系统解决方案自动化应用许可,许可通过时,调整的计划会更新。与传统生产计划管理相比,此管理方法更规范，可降低错误率，提高生产效率。3.2生产计划管理传统的生产计划较单一，生产完一个订单后需人工更换订单或安排新生产订单,切换生产计划繁琐。管理系统的生产计划管理模块可安排一段时间内多种型号的订单，生产计划与生产状态一目了然,型号切换方便。生产计划开始时,计划会处于锁定状态,可减少误删与丢失意外的发生。管理系统的电脑旁设有打印机，生产计划排序完成后，可打印产品的唯一生产编号。产品上线时，扫描产品的唯一编号,并写人产品托盘中,在生产过程中,RFID终端读取生产编号，便于绑定生产过程信息，并将信息存入系统。3.3工艺管理柔性工艺具备相似性、尺寸在一定范围内不同产品制造加工机装配的能力，通过设备的兼容性，以更换工装方式，制造生产多种型号的产品。通过管理系统，一键调配不同产品的装配工艺，包括拧紧螺栓数量及扭矩、物料先后安装顺序，以及不同工位之间的工艺互换，使得生产任务快速响应到产线，快速换产。生产设备的加工能力是一定的，提高设备利用率须通过信息化手段优化设备装配环节，以最大发挥柔性生产线的生产能力 4。3.4设备操作指导工序内容及关键操作步骤可用于指导操作员的装配。操作指导图片会详细指示产品的物料装配位置与换型差异。关键工序的弹窗提示包括换型首台质量抽检提示、换型物料差异提示、工序内容改变提示、关键步骤提示等。以上操作指导可使生产线更人性化，减少产品错误率。4结语本文介绍了基于MES的柔性化生产方式在变速箱生产线中的应用。数字化智能柔性生产线是综合性工程，未来需利用先进信息化手段，结合仓储、物流、搬运、工艺以及转运等方式，使生产线更具先进性，打造多线合一、统一管理的智能生产线。自动化的生产模式对制造工艺、装配工艺、物料的统一性有较高要求,因此,在自动化升级柔性生产线的同时，企业也应升级自身产品的生产工艺。1刘旭颖,张新星,王慧捷.一种汽车总装柔性生产线的车型识别系统设计 J.汽车与驾驶维修（维修版）,2 0 2 2(9)：2 7-2 9.2任燕，许辉.基于柔性生产线的数字化工厂系统搭建 J.现代制造技术与装备,2 0 2 1,5 7(2)：8 1-8 2.3顾磊，金凌芳.一种智慧工厂系统架构设计与实现 J.电子世界,2 0 19(2):16 1-16 3.4汉俊梅,李靖，刘晓东.基于工业总线技术智能生产控制系统的分析 J.汽车工艺与材料,2 0 16(6):4 3-4 6.（责任编辑：李慧）9参考文献