汽車零部件制造過程優(yōu)化運行模式及支持系統(tǒng)研究

1、汽車零部件制造過程優(yōu)化運行模式及支持系統(tǒng)研究為了實現(xiàn)汽車零部件制造過程無紙化、實時化和集成化等優(yōu)化運行的目標，提出了一種基于MES的車間制造過程優(yōu)化運行模式，在此基礎(chǔ)上，又提出了支持該運行模式的制造執(zhí)行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)部署方案。最后，基于上述的研究成果，在重慶市某汽車零部件制造企業(yè)的數(shù)控車間進行了應(yīng)用試點，取得了較好的應(yīng)用效果車間是制造企業(yè)物流、信息流及資金流的匯聚點，是產(chǎn)品制造的場所。隨著市場競爭的加劇以及客戶多樣化的需求，客觀上要求制造企業(yè)在制造過程中能夠低成本、高質(zhì)量生產(chǎn)出客戶需要的產(chǎn)品，并能夠敏捷地對外界的需求快速地作出響應(yīng)。通過實施信息化戰(zhàn)略來提升制造企業(yè)管理水平已經(jīng)被汽車零部件制

2、造企業(yè)認同和采用。目前汽車零部件制造企業(yè)的信息化應(yīng)用主要集中在CADCAMCAPPPDM、ERP、OA等方面，車間制造過程的信息化涉及較少，制造過程和設(shè)備層的信息化還存在很大的盲區(qū)，車間制造過程中的實時信息不能及時地向上層的ERP反饋，嚴重影響了制造管理的效率和企業(yè)制造執(zhí)行的能力。針對汽車零部件制造過程精益化、敏捷化、可視化等實際需求，如何有效提高車間的制造執(zhí)行能力已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車零部件制造企業(yè)所面臨的一項重大課題，圍繞著車間制造執(zhí)行能力和管理，學(xué)術(shù)界和企業(yè)界進行了大量的研究和應(yīng)用實踐， HYPERLINK /wikipage/200812/entry3285.htm 制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manuf

3、acturing Exeeution Systein，MES)的研究及相關(guān)的應(yīng)用實踐就是其中典型的代表。目前的研究大部分還側(cè)重與制造執(zhí)行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)構(gòu)建、系統(tǒng)集成及應(yīng)用實踐相關(guān)的研究。但是，如何應(yīng)用MES及其相關(guān)哲理，有效集成車間中的相關(guān)信息系統(tǒng)及生產(chǎn)裝備，建立一種適合于汽車零部件制造企業(yè)車間制造運作管理的數(shù)字化優(yōu)化運行模式，目前還較少涉及，相關(guān)的研究成果也不多。1 汽車零零部件制制造過程程優(yōu)化運運行需求求分析 HYPERLINK /wikipage/200811/entry2361.htm 企企業(yè)資源源計劃(ERPP)系統(tǒng)統(tǒng)、 HYPERLINK /wikipage/200811/en

4、try2267.htm 產(chǎn)品品數(shù)據(jù)管管理(PPDM)系統(tǒng)等等制造信信息化系系統(tǒng)為現(xiàn)現(xiàn)代汽車車零部件件制造企企業(yè)提供供了一個個從產(chǎn)品品設(shè)計、工工藝規(guī)劃劃、企業(yè)業(yè)經(jīng)營管管理的數(shù)數(shù)字化制制造環(huán)境境。極大大地提高高了制造造車間的的制造管管理水平平和信息息共享程程度，但但是由于于汽車零零部件制制造過程程的復(fù)雜雜性，如如工藝流流程復(fù)雜雜、工程程變更頻頻繁、現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)據(jù)量大以以及制造造過程可可視化和和透明化化程度低低，相關(guān)關(guān)車間信信息化系系統(tǒng)的潛潛力還有有待挖掘掘，這就就要求有有效整合合車間的的制造流流程和相相關(guān)信息息化系統(tǒng)統(tǒng)，建立立一種數(shù)數(shù)字化制制造環(huán)境境下的制制造優(yōu)化化運行模模式，以以實現(xiàn)車車間信息息化

5、系統(tǒng)統(tǒng)與生產(chǎn)產(chǎn)裝備的的有效集集成，實實現(xiàn)制造造過程的的無紙化化生產(chǎn)和和制造過過程的實實時化和和集成化化，優(yōu)化化汽車零零部件制制造系統(tǒng)統(tǒng)的運行行，具體體過程如如下： 11)實現(xiàn)現(xiàn)生產(chǎn)過過程的精精益化。由于汽車零部件制造企業(yè)主要為汽車制造廠商配套，汽車制造企業(yè)的JIT生產(chǎn)和供貨模式要求其配套商也采用JIT的供貨模式；同時為了降低生產(chǎn)成本和管理效率，在經(jīng)營管理、生產(chǎn)制造等領(lǐng)域，實施精益生產(chǎn)已經(jīng)成為汽車零部件制造企業(yè)獲得競爭優(yōu)勢的重要手段。 22)實現(xiàn)現(xiàn)制造過過程的無無紙化生生產(chǎn)。車車間的工工作任務(wù)務(wù)單、二二維三維維圖、加加工工藝藝單、變變更信息息等均用用電子文文檔的形形式下達達到生產(chǎn)產(chǎn)裝備和和工人，

6、同同時采用用電子化化的方式式從生產(chǎn)產(chǎn)裝備和和車間中中采集到到的相關(guān)關(guān)實時信信息進行行上報，以以提高信信息傳遞遞的效率率和減少少紙張浪浪費。 33)實現(xiàn)現(xiàn)制造過過程的實實時化。通過車間的信息化系統(tǒng)以及與裝備的集成，能夠?qū)崟r地把上層的計劃和相關(guān)制造資料傳遞給操作者和車間管理人員，同時為操作者提供實時的與裝備集成的信息交互平臺，進行制造過程的實時信息采集，并反饋給車間管理層和上層的信息系統(tǒng)，以敏捷地實現(xiàn)對制造企業(yè)內(nèi)外部變化的快速響應(yīng)。 44)實現(xiàn)現(xiàn)制造過過程的集集成化。在制造過程中實現(xiàn)與車間中的人、技術(shù)及加工裝備的集成化運行，通過與ERP系統(tǒng)、SFC系統(tǒng)(車間控制系統(tǒng))以及生產(chǎn)裝備的垂直集成，實現(xiàn)制

7、造企業(yè)內(nèi)部雙向的信息集成和過程集成，通過實時的信息集成實現(xiàn)信息共享和快速傳遞，從而提高制造效率和效益。2 基于制制造執(zhí)行行系統(tǒng)的的汽車零零部件制制造過程程優(yōu)化運運行模式式 針針對汽車車零部件件制造過過程精益益化、無無紙化、實實時化及及集成化化等優(yōu)化化運行需需求，本本文提出出了一種種基于制制造執(zhí)行行系統(tǒng)的的汽車零零部件制制造過程程優(yōu)化運運行模式式，如圖圖1所示示。圖1 基于于制造執(zhí)執(zhí)行系統(tǒng)統(tǒng)的汽車車零部件件制造過過程優(yōu)化化運行模模式 基基于制造造執(zhí)行系系統(tǒng)的汽汽車零部部件制造造過程優(yōu)優(yōu)化運行行模式的的基本思思路，以以制造過過程精益益化、無無紙化、實實時化和和集成化化為目標標，在制制造執(zhí)行行系統(tǒng)的

8、的支持下下實現(xiàn)車車間制造造執(zhí)行過過程的優(yōu)優(yōu)化運行行。該模模式由目目標層、制制造執(zhí)行行系統(tǒng)(包括制制造執(zhí)行行鏈層、MMES功功能服務(wù)務(wù)層及基基于裝備備集成的的實時數(shù)數(shù)據(jù)與信信息交互互層)、生生產(chǎn)設(shè)備備層和資資源層構(gòu)構(gòu)成。 其其中，目目標層對對數(shù)字化化制造環(huán)環(huán)境下汽汽車零部部件制造造過程優(yōu)優(yōu)化目標標進行描描述，包包括車間間制造過過程的精精益化、無無紙化、實實時化和和集成等等目標。制制造執(zhí)行行系統(tǒng)是是實現(xiàn)制制造過程程優(yōu)化運運行模式式的核心心，它在在傳統(tǒng)的的制造執(zhí)執(zhí)行系統(tǒng)統(tǒng)的基礎(chǔ)礎(chǔ)上進行行了擴展展，由基基于裝備備集成的的實時數(shù)數(shù)據(jù)采集集與信息息交互層層、MEES功能能服務(wù)層層和制造造執(zhí)行鏈鏈層構(gòu)成成。

9、通過過汽車零零部件制制造企業(yè)業(yè)的系統(tǒng)統(tǒng)集成框框架，接接受來自自ERPP的生產(chǎn)產(chǎn)計劃、PPDM的的產(chǎn)品數(shù)數(shù)據(jù)等信信息，經(jīng)經(jīng)過調(diào)度度安排后后下達到到生產(chǎn)裝裝備層，同同時實時時采集生生產(chǎn)過程程及生產(chǎn)產(chǎn)裝備的的相關(guān)信信息，進進行分析析處理后后通過集集成框架架傳遞到到其它信信息系統(tǒng)統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)實時的的信息雙雙向集成成和共享享。同時時，通過過基于裝裝備集成成的實時時數(shù)據(jù)采采集與信信息交互互層，實實現(xiàn)了與與各類車車間生產(chǎn)產(chǎn)裝備的的直接雙雙向數(shù)據(jù)據(jù)交互，并并為車間間操作者者提供了了人機交交互的數(shù)數(shù)據(jù)輸入入和信息息交互的的平臺，從從而支持持車間制制造過程程的無紙紙化生產(chǎn)產(chǎn)。生產(chǎn)產(chǎn)裝備層層包括車車間的各各類設(shè)備備，

10、如數(shù)數(shù)控機床床、加工工中心和和普通機機床等，它它接受擴擴展MEES的加加工任務(wù)務(wù)和加工工程序，并并實時地地把相關(guān)關(guān)的狀態(tài)態(tài)信息通通過集成成框架傳傳遞到擴擴展MEES。制制造資源源層包括括MESS數(shù)據(jù)庫庫、NCC程序庫庫以及刀刀具信息息庫等車車間制造造所需要要的相關(guān)關(guān)資源和和數(shù)據(jù)信信息。3 支持汽汽車零部部件制造造過程優(yōu)優(yōu)化運行行的制造造執(zhí)行系系統(tǒng) 33.1 制造執(zhí)執(zhí)行系統(tǒng)統(tǒng)的體系系結(jié)構(gòu) 從從上面的的研究可可以看出出。支持持汽車零零部件制制造過程程優(yōu)化運運行模式式的運行行過程離離不開信信息技術(shù)術(shù)和信息息化系統(tǒng)統(tǒng)的支撐撐。制造造執(zhí)行系系統(tǒng)作為為車間制制造系統(tǒng)統(tǒng)運作的的信息化化管理平平臺，承承擔(dān)著支

11、支持車間間制造系系統(tǒng)優(yōu)化化運行的的職責(zé)，但但是傳統(tǒng)統(tǒng)的制造造執(zhí)行系系統(tǒng)面對對敏捷化化的制造造業(yè)務(wù)、集集成化的的制造過過程等因因素顯得得有些力力不從心心。因此此，為了了更好地地支持汽汽車零部部件制造造過程的的優(yōu)化運運行。有有必要結(jié)結(jié)合車間間的實際際需求對對傳統(tǒng)的的制造執(zhí)執(zhí)行系統(tǒng)統(tǒng)功能進進行必要要的擴展展，在支支持車間間制造過過程業(yè)務(wù)務(wù)管理功功能的基基礎(chǔ)上，能能夠通過過汽車零零部件制制造企業(yè)業(yè)服務(wù)總總線，無無縫地與與ERPP、PDDM、SSFC等等企業(yè)其其它信息息系統(tǒng)的的集成，支支持車間間的制造造過程運運行管理理和多目目標的優(yōu)優(yōu)化運行行。支持持汽車零零部件制制造過程程優(yōu)化運運行的制制造執(zhí)行行系統(tǒng)如

12、如圖2所所示。圖2 支持持汽車零零部件制制造過程程優(yōu)化運運行的制制造執(zhí)行行系統(tǒng)體體系結(jié)構(gòu)構(gòu) 支支持車間間優(yōu)化運運行的制制造執(zhí)行行系統(tǒng)，由由車間資資源層、支支撐工具具層、MMES功功能服務(wù)務(wù)層、服服務(wù)集成成層、制制造執(zhí)行行鏈層及及應(yīng)用界界面層構(gòu)構(gòu)成。其其中，車車間資源源層是MMES運運行相關(guān)關(guān)的基礎(chǔ)礎(chǔ)資源，包包括MEES數(shù)據(jù)據(jù)庫、制制造過程程相關(guān)的的制造文文檔、制制造知識識庫以及及車間的的設(shè)備資資源等。支支撐工具具層是MMES業(yè)業(yè)務(wù)功能能實現(xiàn)的的支撐環(huán)環(huán)境，其其中包括括流程引引擎、業(yè)業(yè)務(wù)規(guī)則則引擎、服服務(wù)組合合引擎等等制造執(zhí)執(zhí)行鏈構(gòu)構(gòu)建工具具，也包包括事務(wù)務(wù)管理、系系統(tǒng)安全全管理等等基礎(chǔ)性性服務(wù)

13、和和T具。MMES功功能服務(wù)務(wù)層除了了包含標標準MEES所包包括的制制造業(yè)務(wù)務(wù)管理功功能外，還還包含支支持與設(shè)設(shè)備集成成的集成成服務(wù)以以及支持持制造過過程優(yōu)化化運行的的制造過過程管理理服務(wù)。服服務(wù)集成成層則通通過車間間服務(wù)總總線實現(xiàn)現(xiàn)MESS與設(shè)備備、ERRP、PPDM等等企業(yè)其其它信息息系統(tǒng)基基于服務(wù)務(wù)的無縫縫集成。制制造執(zhí)行行鏈層根根據(jù)制造造車間的的業(yè)務(wù)流流程通過過服務(wù)的的編排與與合成構(gòu)構(gòu)建制造造執(zhí)行鏈鏈，進行行車間制制造業(yè)務(wù)務(wù)的運行行和管理理，它包包括制造造執(zhí)行鏈鏈建模、制制造執(zhí)行行鏈執(zhí)行行、制造造執(zhí)行鏈鏈監(jiān)控以以及制造造執(zhí)行鏈鏈重構(gòu)等等功能，同同時，能能夠把成成功執(zhí)行行的制造造執(zhí)行鏈鏈

14、作為流流程案例例存入流流程案例例庫，以以供以后后調(diào)用和和參考。MMES應(yīng)應(yīng)用界面面層則是是MESS系統(tǒng)提提供的人人機交互互界面，用用戶可以以通過GGUI、WWeb瀏瀏覽以及及無線接接人等方方式進行行系統(tǒng)的的訪問和和使用。 33.2 系統(tǒng)部部署方案案 系系統(tǒng)部署署是制造造執(zhí)行系系統(tǒng)MEES實施施和運行行的基礎(chǔ)礎(chǔ)，也是是實現(xiàn)汽汽車零部部件制造造企業(yè)車車間制造造過程優(yōu)優(yōu)化運行行的重要要保證。結(jié)結(jié)合某汽汽車零部部件制造造企業(yè)的的實際車車間環(huán)境境，MEES系統(tǒng)統(tǒng)的部署署如圖33所示。圖3 MEES系統(tǒng)統(tǒng)部署方方案 11)車間間局域網(wǎng)網(wǎng)。車間間局域網(wǎng)網(wǎng)采用有有線以太太網(wǎng)，通通過車間間交換機機與企業(yè)業(yè)的核心

15、心交換機機相連，車車間的基基于多功功能信息息終端的的數(shù)據(jù)采采集與信信息交互互平臺通通過管理理端計算算機直接接與車間間局域網(wǎng)網(wǎng)相連接接，MEES數(shù)據(jù)據(jù)庫服務(wù)務(wù)器和應(yīng)應(yīng)用服務(wù)務(wù)器可與與主交換換機或者者車間交交換機相相連。 22)車間間數(shù)據(jù)采采集點及及采集方方式的設(shè)設(shè)置。在在每條產(chǎn)產(chǎn)品裝配配線及釬釬焊線設(shè)設(shè)置2臺臺基于多多功能信信息終端端的數(shù)據(jù)據(jù)采集與與信息交交互平臺臺。其中中，人口口的信息息終端用用于生產(chǎn)產(chǎn)任務(wù)的的確認、生生產(chǎn)任務(wù)務(wù)調(diào)整、生生產(chǎn)線故故障信息息采集、作作業(yè)指導(dǎo)導(dǎo)書查詢詢、加工工示教等等功能；生產(chǎn)線線出口處處的終端端用于生生產(chǎn)進度度信息的的采集，可可按下線線一臺或或滿一個個貨架進進行進

16、度度信息的的輸入。另另外，每每條機加加工線配配備一臺臺多功能能信息終終端，用用于生產(chǎn)產(chǎn)任務(wù)確確認、完完工匯報報、在制制品搬運運確認等等功能。 33)車間間需配置置少量的的PC機機，用于于生產(chǎn)任任務(wù)的調(diào)調(diào)度、車車間LEED顯示示屏幕的的控制等等。 44)MEES系統(tǒng)統(tǒng)需至少少配備22臺服務(wù)務(wù)器，分分別用于于數(shù)據(jù)庫庫服務(wù)器器和Weeb及終終端應(yīng)用用服務(wù)器器，另外外，需要要配備相相應(yīng)的數(shù)數(shù)據(jù)備份份設(shè)備。 55)系統(tǒng)統(tǒng)提供異異地用戶戶及客戶戶通過互互聯(lián)網(wǎng)在在權(quán)限許許可的情情況下對對相關(guān)信信息的查查詢和訪訪問。4 應(yīng)用案案例 基基于上述述的研究究成果，在在重慶市市某汽車車零部件件制造企企業(yè)的數(shù)數(shù)控加工工

17、車間，對對車間制制造管理理精益化化、無紙紙化、實實時化和和集成化化的需求求，基于于J2EEE開發(fā)發(fā)架構(gòu)和和Webb Seerviicess技術(shù)，開開發(fā)了支支持汽車車零部件件制造過過程優(yōu)化化運行的的制造執(zhí)執(zhí)行系統(tǒng)統(tǒng)，并進進行了應(yīng)應(yīng)用試點點，該制制造執(zhí)行行系統(tǒng)由由基于高高端嵌入入式系統(tǒng)統(tǒng)的實時時數(shù)據(jù)采采集和信信息交互互平臺、制制造業(yè)務(wù)務(wù)管理系系統(tǒng)和車車間系統(tǒng)統(tǒng)集成框框架構(gòu)成成，通過過系統(tǒng)的的應(yīng)用，有有效地實實現(xiàn)了車車間制造造信息的的快速集集成和交交互，并并實現(xiàn)了了生產(chǎn)過過程的精精益化、無無紙化、實實時化和和集成化化，其運運作過程程如圖44所示。圖4 某制制造企業(yè)業(yè)基于MMES的的汽車零零部件制制造過程程運行案案例 目目前，在在MESS的支持持下，該該模式在在車間數(shù)數(shù)據(jù)設(shè)備備的生產(chǎn)產(chǎn)運行過過程中取取得了良良好的應(yīng)應(yīng)用效果果。工人人可以通通過生產(chǎn)產(chǎn)設(shè)備的的信息終終端，直直接查看看加工任任務(wù)的設(shè)設(shè)計圖紙紙和工藝藝信息，結(jié)結(jié)合生產(chǎn)產(chǎn)設(shè)備的的加工能能力，與與技術(shù)部部門進行行直接的的信息交交流，初初步實現(xiàn)現(xiàn)了無紙紙化生產(chǎn)產(chǎn)；在生生產(chǎn)管理理效率方方面，生生產(chǎn)部門門通過平平臺實時時了解加加工任務(wù)務(wù)的生產(chǎn)產(chǎn)狀況及及設(shè)備運運行狀況況，合理理制定生生產(chǎn)計劃劃安排生生產(chǎn)，并并可根據(jù)據(jù)快急件件的插入入靈活地地調(diào)整生生產(chǎn)；在在設(shè)備的的運行效效率方面面，