變速箱生產線物料裝配擰緊防錯系統*

李佳林，楊繼新，王德權，王 鵬

(1.大連工業大學 機械工程與自動化學院，遼寧 大連 116034;2.東北電業管理局第二工程公司, 沈陽 110000)

變速箱生產線物料裝配擰緊防錯系統*

李佳林1，楊繼新1，王德權1，王 鵬2

(1.大連工業大學 機械工程與自動化學院，遼寧 大連 116034;2.東北電業管理局第二工程公司, 沈陽 110000)

汽車變速箱生產線物料裝配擰緊防錯系統以.NET為開發平臺、使用C#為開發語言，基于數據庫和OPC技術，結合變速箱裝配工藝流程，利用MES、ANDON為載體，將擰緊裝配工藝以信息化方式應用到實際的變速箱生產過程，并實現對擰緊數據采集、報警顯示、歷史數據查詢、報表管理等功能，是汽車變速箱裝配線質量管理的有效方式。該系統已經實際運行并通過技術鑒定, 達到了設計要求，運行穩定，效果良好。

變速箱生產線;擰緊防錯;MES;ANDON

0 引言

目前隨著MES、ANDON等一系列軟件的有效普及，加之制造業網絡硬件基礎的配備，使得制造業企業在車間管理層面具有了一定的信息化基礎和規模[1]。MES是位于上層的計劃管理系統與底層的工業控制之間的面向車間層的管理信息系統[2]，ANDON是一套專業的汽車生產線上的柔性自動化質量、物料控制、呼叫和看板管理系統[3]。物料裝配擰緊防錯系統正是基于這樣的信息化平臺，并結合電氣控制方法，實現了裝配擰緊過程的可控、可追溯。

變速箱生產線擰緊防錯系統要求每一個操作員在其工位上按時、按質、按量完成對變速箱的正確裝配，防止將當前工位質量問題傳遞到下一工位，從而提高了一次性通過合格率并減少下線后的返修和整改工作。目前廣泛應用于汽車發動機、變速箱及整車生產等領域。

擰緊防錯系統向工位的裝配工人實時指示擰緊次數信息，從而防止發生錯擰、漏擰的情況，同時對整個擰緊過程進行監控，并對裝配過程中的數據進行采集，實現數據管理、數據查詢、報表、追溯、人員權限管理等功能。從根本上提高了擰緊效率和準確率。對企業的生產運營、供應鏈管理、品質控制等方面具有重要意義。

1 系統結構設計

1.1技術平臺基礎

系統選擇SQL Server 2008數據庫，以.NET為開發平臺、使用C#為編程語言。系統通過OPC技術與底層設備進行通訊，OPC(OLE for process control)是嵌入式過程控制標準，是用于服務器/客戶端鏈接的統一而開放的接口標準和技術規范[4]。

系統采用基于C/S與B/S混合結構的多層分布式信息平臺，由于B/S結構具有便捷靈活的特點，在數據追溯及報表、系統管理等模塊、采用B/S 結構模式。由于C/S結構具有交互性、安全性、響應速度及數據傳輸速率高等方面的優點[5]，因此在面向生產層的MES、ANDON主要采用C/S結構。

1.2 網絡結構設計

在網絡架構上，采用工業以太網進行通訊。服務器、上位機、PLC通過工業以太網連接，MES與ANDON通過OPC Server與底層設備進行信息的交互，實現上層的數據采集，信號傳遞等功能，具體的網絡結構如圖1所示。

圖1 網絡拓撲圖

1.3 信息層結構設計

MES服務器、防錯系統上位機、數據庫服務器都處于信息層，信息層各個終端通過工業以太網與PLC進行連接，對物流裝配擰緊防錯系統及主控PLC的運行狀態進行集中管理及監測。

信息層的防錯服務器接收來自MES傳遞的生產計劃信息；并將車型信息及配置信息向下傳遞到控制層的PLC；控制層收集報警信息及擰緊數據傳遞給信息層，信息層將數據保存以便將來的報表查詢和數據分析。系統整體結構如圖2所示。

圖2 系統結構圖

1.4 控制層結構設計

控制單元PLC處于控制層，控制層是整個防錯系統的電控核心，在系統中起著承上啟下的作用。

控制層主控PLC接收防錯系統傳遞過來車型信息、配置信息，經過PLC內部邏輯判斷后生成擰緊裝配指令，并將指令下達給設備。在擰緊過程中如產生報警信息，PLC會實時采集并將信息上傳到信息層。每次擰緊完成后，PLC將擰緊次數指令傳遞給式樣器，變速箱流水號以及擰緊次數顯示在式樣器中，擰緊扳手每次成功擰緊后系統對擰緊次數進行扣減，直到全部螺絲擰緊完成。

1.5 執行層結構設計

執行層處于整個系統的最底層，主要包括式樣器、擰緊扳、確認按鈕、指示燈等。

執行層接收控制層下達的擰緊指令并執行，同時將擰緊數據及報警信號反饋給PLC。執行層式樣器工作示意圖如圖3所示。

圖3 防錯式樣器工作示意圖

2 系統功能實現

物料裝配擰緊防錯系統由基礎數據模塊、裝配擰緊模塊、系統監控模塊、數據追溯及報表管理模塊、系統管理模塊等組成，系統功能模塊如圖4所示。

圖4 系統功能模塊圖

2.1 基礎數據模塊

基礎數據模塊對扳手與工位信息、車型信息、擰緊次數對應的關系進行設定。配置完成后的基礎信息，可以通過OPC通訊技術下載到PLC對應的DB表中。該模塊還具有批量導入、導出配置信息功能，可以通過Excel模板的形式對基礎數據進行批量設置，減輕基礎數據維護工作量。

2.2 裝配擰緊模塊

MES服務器將生產計劃信息發送給監控層PLC。監控層PLC收到變速箱托盤到位信號后，向防錯服務器發送信號，防錯服務器得到當前工位變速箱號后查詢機型，并將機型反饋給PLC，PLC根據機型在DB表中查詢子局號、擰緊扳手號、擰緊次數，并通過輸入輸出模塊傳遞給子局面板及指示燈。擰緊操作完成后，如果擰緊正常，則子局完工指示燈亮，如果有延遲，則報警燈的蜂鳴器響，同時ANDON屏幕畫面上顯示該工位的報警信息，但此時ANDON不發出報警聲音。如果有延遲報警，則蜂鳴器每隔0.5s響一次，此時ANDON屏畫面上顯示該工位作業延遲報警信息，同時ANDON發出報警聲音，ANDON向MES服務器及線體PLC發出停線請求信號，線體PLC響應后線體停止運行。

2.3 監控系統模塊

監控系統可以對系統進行網絡連接狀態監控、設備運行狀態監控、現場終端進行監控。通過現場觸摸屏提供點檢畫面，用戶可以檢查系統各部分運行狀況。如圖5所示。

2.4 數據追溯和報表管理模塊

數據追溯模塊可查詢變速箱在裝配擰緊過程中的異常信息，包括報警停線時間，因作業延遲而導致的預警以及作業延遲次數。

報表模塊包括異常歷史記錄、系統配置信息等。所有報表均支持Excel導出。

2.5 系統管理模塊

物料裝配擰緊防錯系統通過Web方式向管理人員及操作人員提供用戶管理、部門管理、權限設置等功能。

用戶管理：用戶信息維護，包括員工ID、用戶名、工位、用戶類別、所屬部門、用戶密碼、角色等；員工ID即工號；每個ID可以有多個工位和角色信息。

權限管理：指定角色人員所能操作軟件模塊范圍，并可對角色進行維護，例如可設置以下角色：公司領導、車間管理員、車間操作員等。領導可查看所有軟件模塊，車間管理員可查看當前車間的信息，車間操作工人只能查看自己錄入信息以及當前工位對應軟件模塊。

3 結束語

變速箱生產線物料裝配防錯系統，可以對機型自動匹配，將不同機型的擰緊信息傳遞給當前工位操作人員，防止工人在操作過程中產生錯擰、漏擰情況，在擰緊過程中，系統可對整個擰緊過程進行監控，當發生延遲或異常操作時系統可進行報警，以此提高裝配效率。通過使用該系統，操作工人不需要像過去通過人工觀察的方法確認機型，人工控制擰緊次數，從根本上保證了擰緊裝配過程的高效性和準確性，保證了變速箱裝配過程的生產效率和生產質量。

[1] LEE W B. Digital Factory—Manufacturing in the Information Age[J]. Journal of the Chinese Mechanical Engineering, 2000, (1/2) (11) :93-96.

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[4] 吳薇. 基于OPC的柔性制造系統中的MES數據采集研究 [J].機械制造與自動化,2012, 41 (4):140-143.

[5] 廖志英. 基于C/ S 和B/ S 混合結構的管理信息系統運行模式[J]. 計算機工程與應用, 2002,38(2) :184-185.

[6] 王德權, 黃成海. 汽車發動機裝配線MES中的訂單管理系統[J]. 組合機床與自動化加工技術,2013, 3 (2):127-129.

[7] 謝印成. 數字化工廠概論[M].北京:中國礦業大學出版社,2013.

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[11] 王志新. 制造執行系統MES及應用[M]. 北京:中國電力出版社,2006.

(編輯 李秀敏)

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——本刊編輯部

Gearbox Production Line Materials Assembly and Tighten Error-proofing System

LI Jia-Lin1, YANG Ji-xin1, WANG De-quan1, WANG Peng2

(1.School of Mechanical Engineering & Automation, Dalian Polytechnic University, Dalian Liaoning 116034, China;2.Northeast NO.2 Electric Power Construction Company , Shengyang 110000, China)

The automobile gearbox production line materials assembly and tighten error-proofing system is developed on .NET platform, using c# as development language, based on database and OPC technology, combined with the gearbox assembly process, the use of MES, ANDON as the carrier to tighten the assembly process by informationization method is applied to the actual transmission process, and realizes tighten data acquisition, alarm display, historical data query, report management and other functions, is an effective way of automobile transmission assembly line quality control. The system has been running and passed technical appraisal, meet the design requirements, stable operation and good effect.

gearbox production line; screw error proofing; MES; ANDON

1001-2265(2014)05-0151-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2014.05.041

2013-12-01；

2014-01-08

遼寧省科技廳基金資助項目(2011020090);遼寧省教育廳基金資助項目(LR2013023,2009A086,20061214,05L 071);大連市科技局基金資助項目(2011A17GX075,2010A16GX087,2005A10GX104,2003A1GX172)

李佳林(1987—)，男，遼寧大連人，大連工業大學碩士研究生，研究方向為制造業企業信息化，(E-mail)johnleerunner@gmail.com。

TH164;TG65

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