柴油机企业MES具体设计方案

在计划层,ERP系统通过运算零件BOM、工艺路线等生成生产订单,释放并传递到PDM系统;结合PDM系统对零件和工作指导的信息管理,创建和生产订单相关的生产指令(包含图纸、文档、图片

1.1柴油机企业制造数据总线
1MESERP/PDM系统的集成关系
在计划层,ERP系统通过运算零件BOM、工艺路线等生成生产订单,释放并传递到PDM系统;结合PDM系统对零件和工作指导的信息管理,创建和生产订单相关的生产指令(包含图纸、文档、图片、加工方案等信息)。生产指令下发到MES,在MES里可以进行直接浏览和现场执行,让车间使用人员在工作过程中很直观的了解生产任务和要求。在执行层,车间使用人员通过终端反馈指定工序完成确认及相关数据,工序完工确认信息反馈到ERP系统,以刷新生产订单完成状况。


2MES与底层控制系统的拓扑关系
DNC系统通过网络硬件将数控设备连接到企业以太网,搭建生产车间与公司的整体网络环境。利用DNC系统软件功能对数控设备NC程序及生产数据的集中管理,同时通过整个企业网络环境,实现生产车间执行层与公司控制层的生产信息共享。


DNC系统、MDC系统、VM系统采用C/S软件物理架构。C/S架构分为软件服务器端和客户端,在生产车间数据服务器中安装DNC、MDC系统软件服务器,实现数据的集中管理,公司控制层安装软件客户端,用来查询浏览生产车间实时数据,了解生产车间实时生产状态。MES采用B/S软件物理架构,用户通过Web网页访问方式,登录MES界面,查询浏览系统提供的相关信息。A柴油机企业制造数据总线如图5.1所示。

1.2柴油机企业MES框架
柴油机企业MES拟采用开放式体系结构,以大型关系型数据库技术为基础,以工厂数据模型为核心,采用构件技术、面向对象技术、软总线技术,建立以生产过程模型为驱动的信息集成平台,建立开放的、柔性的、敏捷的MES,从而实现对生产信息的监测、控制以及对生产过程的优化管理。柴油机企业MES框架结构如图1所示。
制造数据总线 
图1 制造数据总线

1、用户访问层:
用户访问层主要负责与用户的交互工作,是用户与MES业务逻辑平台交互的窗口。主要包括如下功能:

(1)系统配置管理:主要包括组织结构、用户管理、权限管理、流程配置以及其它系统配置功能;

(2)报表开发管理:对个性化报表进行设计与开发;

(3)用户业务操作:对MES包括的各功能模块进行系统维护,录入所需的各种数据;

(4)生产过程监控:对生产加工进度、设备状态以及报警监控、质量状态以及报警监控、物料状态以及报警。


2、业务逻辑层
业务逻辑层是MES的核心,主要包括MES的管理模式与基础平台、MES的业务框架以及MES的系统集成模式等主要内容。

(1)生产管理模式:围绕面向业务的模型驱动(MDA),对MES涉及的关键业务模型进行归纳分析,形成集成化的MES业务架构体系;

(2)业务基础平台:围绕面向服务的架构体系(SOA),对系统涉及到的业务研发过程以及关键技术进行梳理,为系统开发提供一个业务研发平台;

(3)车间管理服务:围绕车间有机生产要素人、机、料等的生产管理过程,把MES划分为生产建模管理、计划调度管理、车间作业管理、质量检验管理、设备维护管理、生产物流管理以及工装工具管理等系统模块;

(4)系统集成服务:主要实现与生产计划层系统PDM/CAPP/ERP以及生产控制层系统MDC/DNC等系统进行无缝集成。
MES框架结构 
图2 MES框架结构

3、数据采集层
通过条码枪、MDC逻辑采集仪以及工控机等多种采集手段对生产关键工位进行数据采集,可以采集如下几类信息:

(1)人:通过条码扫描或系统登录,可以采集操作人员、质量人员以及设备人员等信息;

(2)机:与DNC/MDC进行系统集成,可以获取相关的设备信息,包括设备状态、运行参数以及设备报警信息等;

(3)料:可以通过条码扫描的方式获取插件在制品的移动;
 

1.3 数据采集方案设计
柴油机企业数据采集方案有三种:

(1)宏命令采集方案
宏命令采集是自动采集方式的一种,通过在NC代码中加入宏命令,采集设备的状态信息(加工、调试等信息)。程序调用模式:将NC代码从服务器复制到控制系统内存,控制系统从内存中读取NC代码进行零件加工。该方式应用于支持宏命令的数控系统,直接通过RS232端口读出设备状态信息进入Predator MDC系统,实现设备状态信息的采集。该方式优点是能够自动准确采集设备的加工用时,避免人为因素的干扰,缺点是实施对象需具备宏命令功能并且基于RS232协议读出宏命令信息,对数控系统有要求,若NC代码大于控制系统内存,无法将NC代码存储在控制系统中,宏命令无法被执行。

(2)条码枪反馈方案
条码枪采集是非自动采集方式的一种,利用条码枪扫描代表设备状态信息及生产任务信息的条形码,实现生产数据的采集及加工程序的调用。其优点在于操作简便,能够采集设备状态信息及生产任务信息,不受设备的功能限制,实施对象广泛,缺点在于受人为因素的影响,采集的生产数据可能存在精确度偏低。

(3)MDC逻辑采集仪方案
MDC逻辑采集属于自动采集方式,通过在设备中安装MDC逻辑采集仪,读取设备输出的相关电信号(设备循环启动/结束、主轴转动/停止、冷却液开启/停止等),转换为Predator MDC系统可识别的命令,实现设备状态信息的跟踪记录。其优点在于精确采集设备的加工用时及其他设备状态信息,缺点在于设备需具备相应电信号可外接的输出点接线柱,对于集成电路板将无法进行硬件安装,且实施周期长,价格高。


1.4 NC管理流程及数据反馈流程的设计
1、NC程序管理流程设计图
第一步,机床操作人员编辑NC代码,然后将NC代码上传到DNC服务器,备份并让班组长初步审查,班组长审查通过后,将NC代码分发到制定文件夹,机床操作人员用控制器系统远程调用NC代码,DNC服务器根据调用指令发送NC代码到控制器存储,然后操作人员根据接收到的NC代码进行加工。该阶段流程图如图3所示。

第二步,消除现场操作人员编辑NC代码及上传的步骤,工艺人员编辑NC代码并经过NC代码审批流程,将NC代码分发到DNC服务器,现场操作人员根据工序要求,调用所需的NC代码,DNC服务器接受调用指令,将NC代码发送到控制器存储,操作人员加工。
 
图3 NC程序管理流程

2、生产班组长获得工票信息反馈
生产调度班组长根据排定的生产日计划,将工票分发给相关机床操作人员,工票完成,操作人员将工票返还,班组长对工票进行统计。生产班组长业务流程如图4所示。
生产班组长业务流程 
图4 生产班组长业务流程

3、现场操作人员及质检人员信息反馈
操作人员上班时,用机床旁的条码枪扫描自己的工卡号,系统记录登录时间,操作人员从班组长拿到工票,用机床旁的条码枪扫描工票编号条形码,根据工序要求,远程调用NC代码,直至NC代码下载到控制器存储结束,并根据零件加工需要,对于需要调试的零件,扫描“设备调试”条形码,无需调试的零件,直接加工NC程序。零件加工结束,扫描“拆卸”条形码,将零件卸载,继续加工下一个零件。如果该工票所有零件都已经加工完成,扫描“工票结束”条形码,到班组长办公室返还完成工票并领取下一个工票,下班时,扫描“人员退出”条形码。零件加工结束,操作人员将零件放置在零件待检区域,巡检人员进行检查,并将检验结果,通过现场放置的MES专用条码枪和电脑进行结果反馈。现场人员及质检人员信息反馈流程如图5所示。
信息反馈流程 
图5 信息反馈流程


1.5 MES各功能模块设计
现场执行系统MES用来控制和协调计划订单在车间现场的执行过程。MES既适合拉式生产的看板管理,也适合用于推式计划的订单执行管理。MES可以根据企业对产品的复杂程度以及计划控制粒度,灵活设置现场生产管理的层次和可控制点数,具有对制造单元或设备的任务排序和负荷调整能力。

MES与基于条码技术的数据采集过程、质量检查过程、故障处理过程和质量跟踪过程实现无缝集成。整个MES由车间作业管理、计划调度管理、车间资源管理、质量检验管理、查询统计分析、系统设置六大部分组成,整个模块运作是利用各数据接口从上层ERP/PDM等系统集成导入产品基础数据及生产计划,再结合下层MDC反馈的正在执行的作业任务分析得出现场作业计划,然后利用MDC将作业计划执行情况反馈到车间作业管理进行记录分析,具体各模块功能设计如下:
 

1、车间作业管理模块
车间作业管理主要是根据生产计划、工艺线路,在充分考虑车间资源能力约束的基础上,进行车间作业计划编制,下达生产工票,并据此生成车间作业计划、机台(班组)计划;在产品加工完成并经检验合格后,办理车间转交或半成品入库手续。根据对加工工票、完工入库单等信息进行统计汇总,及时反馈生产进度状况。车间作业管理流程如图6所示。
生产作业管理流程 
图6 生产作业管理流程
 
(1)作业计划管理
车间作业计划是根据生产组织部门下达的生产计划,结合车间的情况,安排本车间各班组、工作中心、操作人员的作业任务,同时可以查看相关任务的执行情况。

(2)车间调度台账
车间调度员根据车间计划员编制的车间作业计划开具工票、零部件转交单以及半成品申请入库单,同时提供按照工序、班组、操作人员等不同的查看调度台帐的方式。

(3)随件派工卡管理
建立随件派工卡台账,明确每批零件需要加工的过程和实际完成的情况,便于跟踪进度和质量信息,每道工序加工完成后,必须形成完成数量、时间和检验信息。

(4)车间工票下达
依据零件加工的工艺信息,车间调度下达工票,明确零件加工的工序、步骤、操作班组、操作员、完成时间、准备工时、加工工时等信息。

(5)车间检验台帐
车间检验员对生产工票进行反馈,在工票上填写相关的加工进度以及完工信息,最终反映到随件派工卡进行完整体现。

(6)车间统计分析
零部件加工完毕后,车间统计员以完工工票、转交单、入库单等为依据按照“工号”、“工作中心”等不同的字段统计一段时间内的实动工时、定额工时、产值、工资等内容,作为车间内部管理以及上报的依据。


2、计划调度管理
该模块接收上层ERP的车间生产任务,对其进行精细化分解,指定车间级详细的短期生产计划,然后由调度员将详细作业计划分派给相应的生产单元以便迅速组织生产。车间计划调度管理流程如图7所示。
计划调度管理流程 
图7 计划调度管理流程

(1)生产建模
生产建模是以产品为对象,对产品制造的加工过程通过生产模型进行过程模拟,构建一个数字化的生产模型,该生产模型为计划排产、生产派工以及质量检验等提供一个参照模型。

1)基础数据
执行制造系统是集成企业各种资源,贯穿生产制造全过程的计算机管理系统。基础数据根据在制造执行系统所起的作用可以细分为管理类与资源类等不同的类别。为统一企业的数据源头,基础数据可以在本系统维护也可以从其它系统直接提取。管理类包括工程代码、物资代码、产品代码、车间班组、班组人员、工厂日历、班次设置等;资源类主要包括生产所属各种资源的信息,如设备台帐、工装台帐、刀具台帐以及量具台帐等生产资源,上述各类资源可以分散到各子系统进行维护。

2)生产资源
工作中心是一个基本生产单元,是一些生产资源的组合,主要用来完成特定的作业。工作中心以设备为主要资源,是生产管理过程中最小的生产制造单位,包括生产任务派工、生产进度跟踪以及车间成本核算等。

3)产品模型
产品模型主要从产品加工的角度出发,把产品加工所需的各种技术资料进行定义,主要包括产品BOM、加工路线、工艺规程、定额工时、材料定额等信息。

4)零部件主工艺路线维护
按照企业装机所需要的零件,定义每个零件所需经过的制造单元,以及零件制造周期,为后面自动形成外购、铸造、机加、热处理、部装件计划提出数据依据。

(2)作业计划分解
接收来自上层ERP系统的生产任务和零星的加工任务,根据生产模型和资源约束状况,利用ASP自动模拟排产,得到精确的可执行的车间作业计划,具体到工作中心和班组,形成工作日历。同时对工艺流程进行动态管理,包括物料约束,考虑BOM的工序用量及物料的可用量;优先级约束,考虑任务约束和资源约束。

(3)排产结果交互
支持手工调整,维护MES优化后的任务列表,包括修改数量和工作中心,调整优先级别,控制任务状态。

(4)作业调度
该功能涉及到的工序任务信息是由上层车间主计划分解下达而来,因此需要事先维护好车间计划工作台。任务派工过程中用到的工作中心、班组信息及资源设备也需要事先在工程数据中进行维护。调度员接收到未派工的工序任务,选择调度策略,设置好调度参数,对其进行任务分派,可以派到该工序对应的一个或多个工作中心。派工时可以对某道工序任务进行分批多次派工,防止任务呆滞。系统可以通过与VM及其他系统的接口建立虚拟数字化车间,通过模拟现场,从而进行现场视觉管理,以便监控派工的执行状况。


3、车间资源管理
该模块包括对设备和刀具的管理与维护。

(1)设备管理
设备管理包括设备台账管理、设备变动管理、设备保养管理、设备维修管理等。其中,设备台账管理主要负责基础数据的维护,如添加新设备的基础数据、修改和删除已有设备的基础数据等;设备变动管理记录设备的转入/出、封存/启封、报废、评估等操作,设备管理人员将设备的变动信息记录到数据库中,并且能够实现设备变动信息的查询;设备保养管理主要对设备进行周期性保养维护,包括保养计划维护、计划审核、保养结果录入等;设备维修管理是将设备维修情况进行入库管理,记录并审核维修数据。

(2)刀具管理
刀具管理包括刀具编码维护、刀具档案管理、刀具出/入库管理、刀具维修、刀具报废、统计分析等。

4、质量检验管理
该模块主要对柴油机关键件的工序进行检验管理,质量管理在数字化加工车间项目中处于非常重要的地位,帮助管理产生的各种质量问题、分析故障原因、及时反馈质量问题,并采用必要的手段处理质量问题,从而有效的监控物料的质量,实现对检验全过程的跟踪与追溯,提高质量管理水平。工序过程检验主要通过在线检测与手工两种方式对计数型与计量型质量数据进行采集,检验手段以手工检测为主,存在少量的自动检测与判断。工序过程检验管理流程如图8 所示。
工序过程检验流程 
图8 工序过程检验流程

质量统计分析系统能够通过质量数据的自动实时采集,以分析任务的形式检索检验数据并生成相关控制图。系统提供对收集的历史数据进行统计分析,可以从大量、随机产生的检验过程数据中挖掘出有用的信息和知识,并且通过对关键工序的监控,实时地监督和分析工序加工的状况,将事后检验变为事前预防控制。质量统计分析数据逻辑接口如图9所示。
质量统计分析数据接口 
图9 质量统计分析数据接口

5、查询统计分析
(1)计划台帐查询
可以实时查看月度生产计划、周生产计划、日作业计划等各种计划的反馈信息,用以跟踪生产进度,合理安排后期生产计划、控制交货期。

(2)生产进度跟踪查询
通过MES与DNC系统的数据接口,动态提取在制品各生产状态信息。可查看生产任务信息:工单号、零件号、工序号、用户号、零件合格数、零件报废数、质检原因、设备停机原因;设备状态信息:加工时间、调试时间、拆卸时间、停机时间、空闲时间等。

(3)质量统计
系统可以进行质检工序定义及零件完成时的合格零件、报废零件统计反馈,以此可以对每个零件、每道工序进行质量监控,实现质量的全程监控。
 
6、系统设置
该模块提供系统各类参数的维护及授权设置。




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