復雜產品裝配執行控制系統研究

王宏光

摘要：構建復雜產品裝配執行控制系統的整體框架與結構，結合裝配工藝流程圖轉化為裝配節點的控制，定義裝配數據元與裝配狀態。將工藝流程節點與裝配狀態一一映射，并提出基于時間軸下的裝配執行狀態控制算法，實現裝配執行狀態進行實時的監控與管理。通過實驗驗證該裝配執行控制系統可靠性與可行性。

關鍵詞：復雜產品；裝配執行；控制；流程圖

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A

1引言

裝備制造行業中越來越重視復雜產品的生產與裝配，復雜產品指的客戶需求發雜、產品組成復雜、產品技術復雜、制造過程復雜、項目管理復雜的一類產品[1，2]。在當前的制造行業，復雜產品的裝配是整個生產環節最為重要的內容之一，必須充分的重視復雜產品的裝配過程。由于受到諸多內外在因素的影響，當前的裝備生產制造行業面臨著諸多的問題，裝配流程控制不足，生產節點掌控不足，管理機制下降[3]，統一化的流程機制不夠完善，生產任務的準確度與可靠性需進行有效的提升。

針對復雜產品的裝配執行過程存在的問題，本文構建復雜產品裝配執行過程系統框架與架構，以裝配工藝流程圖為基點，結合裝配狀態定義，提出裝配數據元的概念，以時間為狀態控制點在裝配執行環節完成裝配狀態的動態監控與管理。通過實驗證明，該控制機制與管理手段切實可行。

2復雜產品裝配架構分析

針對復雜產品裝配過程的特點與用戶需求，滿足更好的響應速度和安全性，如圖1所示，本文建立了復雜產品裝配執行控制系統，該系統的整體架構與企業的ERP、PDM、TDM等其他信息化系統

相互關聯，以四臺數據服務器作為大數據處理中心。其中系統的最底層為車間作業層，直接的對整個產品的裝配環節進行有效的監控與實時的管理控制。

如圖2所示，將企業的ERP、PDM等系統相互集成后，使得整個車間的作業能夠很好地在界面顯示，敏捷化、可視化以及透明化的對裝配過程進行管理。功能邏輯層對整個裝配過程進行控制，管理裝配任務的下達與監控，管控整個生產信息流，對裝配過程所產生的裝配質量數據，生產信息進行查詢與追溯。數據存儲對裝配過程所產生的數據信息、資源信息、計劃與過程管理信息提供數據支持。

3裝配執行過程控制技術

3.1裝配工藝流程圖與裝配狀態的建立

對于復雜產品來講，其通過部件與零件組合而成，部件由一系列零件或者組件組合，然后經過部件裝配到總裝完成整個裝配環節。如圖3所示，本文建立了一個產品樹形結構，頂級節點為產品P，中間節點為部件或者組件A1，A2，…AN，根節點為零件AiBj（i=1，2，…，N；j=1，2，…，m），針對整個裝配過程與約束單元，將裝配任務下達到部件作業單元后，完成整個產品的裝配。通過建立產品數結構，然后通過裝配工藝流程圖的構建將裝配的工序節點進行關聯，表達了產品的工序節點的先后順序。復雜產品主要由不同的部件裝配與裝配主線結構構成，裝配工序節點，完成節點與裝配開始節點共同構成了產品的工藝過程，當車間作業任務下達后，虛擬的工藝流程圖建立完成后，當進行某個產品的裝配生產的過程中，映射出一個新的實體裝配流程，主要包含了裝配工位、順序與關鍵指標信息。如圖4所示，展示了新的裝配實例，開始-M1-M2-M3-M4-是整個裝配主流程，M7-M4與M5-M6-M2是分支流程。裝配過程只有一個開始與結束節點。每一個節點代表了每個裝配工序所具有的裝配信息。

裝配執行過程的控制實質上是進行裝配流程節點的控制，當完成一個裝配節點后，通過互檢與專檢后，下一個節點才可以實施，由于受到裝配生產不確定因素的影響，針對這些因素需要一個動態的響應機制，本文通過定義裝配節點狀態來完成對裝配執行的控制，定義的五個裝配狀態如下：

等待：前一個工序還沒有裝配完成，此裝配工序任務處于等待狀態。

在裝配：操作員接收裝配工序任務，開始裝配。

掛起：當裝配中出現異常或者錯誤，包括裝配中出現異常，技術文件不準確、零部件不合格等因素，此工序不能進行裝配，此操作處于掛起狀態。

裝配完成：工序任務完成，裝配處于靜止狀態，等待檢驗通過。

專檢完成：當裝配完工之后，檢驗員檢驗合格，此裝配活動結束，進行下一個裝配活動

為了更好的對裝配過程進行實時的監控與管理，定義裝配數據元，指的是將影響裝配活動的人、產品信息、裝配節點狀態、裝配工位組合在一起，共同構成裝配活動的最小單元，定義為ad，其中裝配數據元的集合為AD={C，G，GW，ZT，T}，C代表裝配產品的集合、G代表進行裝配產品相關聯的人員，GW代表裝配工位信息，ZT代表裝配節點狀態，T代表裝配時間點。這個裝配數據源描述的是在裝配時間T內，在裝配工位gwj操作者gk進行產品ci的裝配狀態ztij，集合中各個元素都是一一對應的。當下達生產任務，分解到各個班組，進入到各個工位后，會產生產品的裝配狀態，主要有著未裝配、等待裝配、開始裝配、裝配完成四個狀態，定義為：

ztij=0未到達工位1等待裝配2正在裝配3完成裝配

3.2裝配過程執行控制監控算法設計

在復雜產品裝配任務開始之前，下達任務后，產品的生產計劃周期為T0，當開始裝配后，開始裝配時間為T1，在裝配的時間為TNow，TNow

SymbolcB@ Δt，Δt為裝配時間。當進行裝配過程中，監控每一個裝配節點屬于五種狀態哪一種，當專檢完成后，后自動的對裝配工藝流程圖進行填充。定義填充的開始時間點為當前時間TNow，與相應的T1作比對分析，得到整個產品的裝配進度。該監控的算法如下所示：

具體實現步驟如下：

Step1：對裝配過程的數據采集后，得到裝配數據元的信息adi1={ci，gk，gwij，1，Tbuffer}，當某個工序開始裝配后，adi2={ci，gk，gwij，2，Tstart}數據元產生，Δti=|Tstart-Tbuffer|緩沖時間；endprint

Step2：工序交驗完成后，當前日期TNow存儲后，形成一個adi2={ci，gk，gwij，3，Tnow}存儲裝配數據元；

Step3：判斷TNow-Tstart+Δti與T0的大小，如果大于T0，轉到Step4；反之，轉到Step5；

Step4：通過紅色填充流程圖節點，以TNow-Tstart-T0+ΔtT0i×100%百分比的方式顯示裝配進度。下一步轉到Step6；

Step5：當裝配過程完成后，以藍色填充流程節點，填充的比例為TNow-Tstart+ΔtT0×100%

下一步轉到Step6；

Step6：結束。

4系統實現

本文采用Client/Server模式（C/S結構）的架構、SQLServer2008數據庫處理，開發開發工具采用MicrosoftVisualStudio2010，利用ADO.NET技術進行數據庫訪問，設計工具采用的是WCF與WPF工具，構建復雜產品裝配執行控制系統。以某型號復雜產品裝配為實例，對整個裝配過程進行執行與控制。如圖6所示，為該部件裝配的過程中整個的裝配進度（完成人、完成時間）以及裝配大節點進度。如圖7所示，顯示了整個產品的工序的裝配進度狀態。

5結論

復雜產品的制造與生產可以提高我國綜合的裝備制造水平與能力，產品的裝配執行過程的控制與管理直接關系到產品的質量與生產節點和周期。為此，本文通過建立復雜產品裝配執行控制系統來完成對裝配過程的控制，基于工作流與裝配工藝流程圖節點，定義了裝配狀態與裝配數據元的概念后，以時間軸為主線建立了節點控制算法，實現了裝配節點狀態的動態管理與控制，裝配執行控制結果驗證了該方法的有效性，在生產管理中具有重要的指導意義。

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第35卷第1期2016年3月計算技術與自動化ComputingTechnologyandAutomationVol35，No1Mar.2016第35卷第1期2016年3月計算技術與自動化ComputingTechnologyandAutomationVol35，No1Mar.2016endprint