車間級生產線控制系統設計與實現

何彬 蔣帥 李凱 郭宗鵬

摘 ?要：隨著我國經濟社會的快速發展和科技水平的進一步提升，各行各業在良好歷史機遇下得到了較大的進步，車間自動化生產行業同樣如此。而隨著激烈市場競爭對大批量生產高效率要求及單件生產靈活性要求的不斷提升，如何科學合理地設計車間級生產線控制系統以實現相關功能成為高層管理人員關注的重要問題。在此背景下，文章從系統設計的目的出發，綜合考慮了系統整體設計、作業細則、功能需求和計劃管理等設計方案，旨在給提升我國車間級生產線控制系統設計能力帶來更多的思考和啟迪。

關鍵詞：車間級;生產線控制系統;設計

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）28-0096-02

Abstract： With the rapid development of China's economy and society and the further improvement of the level of science and technology， various industries have made great progress under the good historical opportunity， as well as the workshop automation production industry. With the increasing requirements for high efficiency and flexibility of mass production in the fierce market competition， How to design the workshop-level production line control system scientifically and reasonably in order to realize the related functions has become an important issue concerned by senior managers. In this context， starting from the purpose of system design， this paper comprehensively considers the overall design of the system， operation details， functional requirements and plan management. The purpose of this paper is to bring more thinking and enlightenment to the improvement of the design ability of workshop production line control system in our country.

Keywords： workshop level; production line control system; design

引言

隨著現代社會工業生產效率的進一步提升，自動化生產技術在實際生產過程中所占比例越來越大，而車間級生產線控制系統作為自動化生產技術得以科學實行的基礎，其對工業生產的重要作用不容忽視，關于車間級生產線控制系統的設計與功能實現的相關研究與探討也就具備了極其重要的理論價值和現實意義。

1 系統設計目的

隨著市場需求的不斷變化，企業需要不斷調整生產任務。有的企業產品種類繁多、調整頻繁，而生產過程中的設備、物流系統已難以滿足實際生產要求，那些采用傳統機群布局的生產車間或落后的生產形式都面臨著改造。許多機械加工企業通常非常重視生產工藝知識，而對設備布局、物流搬運系統（包括工件、工藝裝備）的設計則局限于經驗水平，沒有從專業理論或科學角度進行系統設計，從而制約了生產效率的提高。因此，對生產車間系統及其設備布局的研究具有重要意義。

基于自動化生產的車間級生產線控制系統的建設是以信息化為基礎，以精細化管理為重要指導，以本企業檢修車間為重要試點對象，在搭建基于自動化車間及生產線控制系統的基礎上，打通生產運營層和過程控制程的信息通道，進而形成從檢修計劃到檢修執行的整個一體化業務模式，最大程度上提升車間工作人員的工作效率，為實現檢修工作的高質量與及時交付奠定堅實的基礎。

2 系統整體設計方案

2.1 整體設計

車間級生產線控制系統旨在嚴密監管面向檢修廠房的所有動車機組檢修業務，在此過程中，該生產線控制系統的建設旨在填補上層檢修業務系統與底層自動化設備之間的管理空缺，將業務層的檢修工單分解推送到過程控制層的自動線，進而實現自上而下的落實檢修生產精細化管理要求，并在此過程中借助于成熟可靠的信息通訊技術和工業控制網絡實時采集生產實際數據。該系統業務流程的設計和功能設計方面緊緊圍繞著檢修工藝策劃-檢修作業執行-生產實際反饋-部件履歷生成這一主線，以檢修系統中檢修工單為重要載體，搭建了一套既能夠支撐自動化生產線運行，又能夠滿足手工作業工序管理要求的信息系統（圖1）。

在車間級生產線控制系統的整體架構中，頂層設計主要以產品運維管理系統為主要載體，檢修系統負責向下層系統提供相應的檢修工藝數據、質量數據等業務數據，為下層系統盡可能快速高效地完成檢修工作奠定一定的基礎。中間層設計則是該生產線控制系統建設的關鍵性內容，主要包括基于有限能力的計劃管理、檢修工單執行管理、設備管理、質量追溯管理、生產異常管理、生產可視化管理等眾多模塊。就系統服務的對象而言，它包含了自動化生產線和手工作業工序兩大類型。針對自動化生產線而言，生產線的控制系統一方面將業務數據下發給各條生產線，并在其現場作業完成后收集各條生產線的工單執行狀況、生產進度以及物料消耗數據等。針對手工作業工序而言，生產線控制系統從頂層檢修系統接收到相應的業務數據后，在排產模塊進行了基于設備、物料、異常等約束條件的有限產能排產，并在此基礎上將相應的工單下發到下游系統，進而完成手工作業工序的相關工作。底層依靠下游產線附帶的控制系統驅動生產線中的設備在自動化生產線臺位進行運轉，而系統則負責將生產數據進行搜集、匯總和整理，并反饋給上層生產線控制系統進行車間全局層面的監控管理，更為上游業務系統中的工單結算、部件履歷生成等提供相應的數據信息。

2.2 作業細則

車間級生產線控制系統主要由基礎數據模塊、人員管理模塊等六大模塊組成?；A數據模塊主要負責下游生產線及兩條手工生產線的定義，負責接上游檢修系統的業務數據，完成維護修理進程、車型類型對應主工序和子產線的目的，進而將主工序對應到子產線上。人員管理模塊主要包括組織架構和人員信息等兩部分。組織架構負責檢修廠區內所有的組織架構信息及廠區的可擴展信息，并在此基礎上記錄人員的基本數據、資質信息等。計劃管理模塊則主要包括工單接收、工作日歷設置、上線計劃、計劃調整和上線計劃查詢等五大部分。其中，工單接收主要負責生產運維系統的工單數據信息接收和查詢;工作日歷設置部分可根據車間級生產控制系統的規則生成相應的日歷，并在需要時進行調整和更換;上線計劃則負責廠區內計劃員工的錄入及計劃的導入等，并在此基礎上進行生效計算;計劃調整則負責廠區內計劃工作人員對計算完成的上線計劃的微調和優化;上線計劃查詢則主要負責查詢已生效的上線計劃。報工管理則主要分為工時提報、報工反饋和工時統計等三大內容，工時提報填報下發到手工產線的工單，并在填報完成后將系統中的相關數據同步到檢修系統，該系統返回工單報工是否成功的信息。報工反饋則在接收到生產線的報工數據時將其同步到檢修系統，系統返回工單報工是否成功信息。工時統計則按班組、工段和區域統計工人實際工作時間。展示中心則主要分為設備狀態監控、能耗數據監控和計劃進度監控等三大部分。

2.3 功能需求

車間級生產控制系統的功能需求主要包括檢修工藝及檢修質量策劃、計劃管理與排產、現場執行管理、生產異常管理、生產可視化管理、人員資質管理和其他系統的接口管理等重要內容。以生產可視化管理為例探究生產控制系統的功能，通常而言，生產可視化主要考慮公司和車間不同層次的管理需求，并借助控制室設置大屏幕、廠房內設置顯示屏等方式實現各級生產線和各單元工位的全面、實時監控與展示等目標。在此過程中，生產可視化界面大多采用矢量圖形設計，同時支持三維仿真設計和平面設計相結合的方式，以最大程度上保證投放到超大屏幕時的圖像質量。車間級生產控制系統的生產可視化管理過程主要包括了生產線及設備狀態全監控可視化、生產作業情況全監控可視化、工位整體監控可視化和統計分析圖表可視化等四大部分。生產線及設備狀態全監控可視化界面采用多級監控模式，能夠有效監管整個廠區內的生產計劃及執行情況信息，更能夠辨識各生產線及手工產線系統的生產計劃和執行信息。

2.4 計劃管理

計劃管理作為車間級生產系統設計的重要內容，主要包括了計劃維護、計劃下達、計劃反饋和計劃變更等重要模塊，是公司檢修業務中作業任務發起的重要源頭，更是滿足公司計劃編制、人員月度計劃與生產計劃分別進行排產的業務需求。在生產計劃的實際編制過程中，有關工作人員須嚴格遵循公司月度推移計劃的交出節點進行有限能力的排產，從檢修系統中接收到相應的檢修工單，在基于人員、物料、設備等生產要素的基礎上進行約束條件下的有限產能排產運算，最大程度上保證生產計劃的可執行性。

3 結束語

總之，車間級生產控制系統相關功能的設計和計劃目標的實現等都在極大程度上直接關系著工業生產效率的提升和企業經濟效益的獲得，因此，企業可在明確生產控制系統整體架構的基礎上，對其功能模塊進行一定的研討，盡可能地設計出符合企業實際生產情況的車間級生產控制系統，為提升本企業的經濟效益做出應有的貢獻，更為我國車間級生產控制系統設計能力的強化提供一定的參考。

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