基于面向智能制造的汽車生產控制系統研究與應用探討

路慧喜，劉洋

（長興吉利汽車部件有限公司，浙江 長興 313100）

作為汽車制造業得以振興并實現轉型的關鍵，智能制造已成為社會各界關注的重點。雖然智能制造的定義及內涵始終處于演進狀態，但其希望達成的目標，始終是通過對生產質效進行提高的方式，使企業獲得更為可觀的效益，隨著產品成本、能源消耗量有所降低，制造業自然能夠具備實現持續發展的先決條件。由此可見，充分利用智能特征控制車間裝配線與物流是大勢所趨，本文所研究課題的社會價值有目共睹。

1 分析系統需求

基于智能制造對生產控制系統進行研發的目的，主要是確保用戶可通過移動端、計算機端，對平衡裝配、調度物流和其他重要功能加以應用，從而保證產品生產質量與效率。由此可見，在研發系統的過程中，有以下幾方面需求應當得到滿足。

1.1 管理訂單

汽車生產車間所用生產模式為準時生產，對生產計劃加以確定的依據，通常以市場需求為主，由此可見，要想實現智能制造，控制系統應具備查詢訂單的功能，此功能的作用，主要是為平衡裝配線提供便利。另外，對物料進行管理的重要性同樣不容小覷，本系統應做到結合訂單需求，對產品占比、所需零部件具體數量進行計算，在為企業購入物料提供參考的基礎上，使調度物料的操作具有更為堅實的基礎。

1.2 平衡裝配線

以汽車產品生產工序、工作站數量還有市場需求為依據，基于MATLAB程序對數學模型進行正確求解，經由系統前端對計算結果進行展示，所展示內容應包括工序信息、平衡率、分配方案以及生產節拍，確保無論是車間管理員，還是一線工人，均可在系統前端所展示信息的指導下，對產品進行快速且高效的生產。

1.3 動態展示優化結果

調度物流所依托周期驅動，通常是混流裝配線特有的生產節拍，擾動產品生產的因素以事件驅動為主。以上情況對系統所提出要求，主要是應具備比對物流在優化前后所具有運行效率的功能，確保即便有生產擾動發生，本系統也能第一時間調整裝配線，使其重回平衡狀態，為后續調度工作的開展提供有效指導。

1.4 賦予系統理想通用性

本系統的定位不應是僅適配流水車間的系統，而是具有良好拓展性的系統，企業只需以實際情況為依據對參數進行修改，便可對本系統進行應用，從而達到智能制造的目的。

2 總體設計方案

2.1 功能需求

本文所探討系統由五個功能模塊構成，各模塊均有不同功能對應。確保系統得以長期、穩定運行的模塊為訂單管理，用戶可通過該模塊輸入相關參數，在實現裝配線平衡的基礎上，確保調度物流的工作能夠得到有序開展。核心模塊為平衡裝配，該模塊強調以MATLAB算法為依托，通過平衡裝配線的方式，確定符合工作站情況的裝配方案，經由系統前端對最佳方案進行直觀展示，從側面說明了本系統的人性化與智能化。在調度物流前，先要平衡裝配線，通過將平衡結果轉換成任務序列并輸入控制系統的方式，確保系統運行效率得到顯著優化。而管理系統的模塊，主要分為使用幫助和用戶管理兩部分，使用幫助所服務對象為用戶，用戶管理的作用則是降低管理員修改用戶信息的難度，使其日常工作更具效率。

2.2 數據庫

本系統后臺數據庫所存儲信息，主要涉及訂單、物料、用戶和產品等方面，各類信息均有信息表對應，具體如下：

2.2.1 訂單信息（表1）

表1 訂單信息

2.2.2 物料信息（表2）

表2 物料信息

2.2.3 用戶信息（表3）

表3 用戶信息

2.2.4 產品信息（表4）

表4 產品信息

3 運行流程說明

第一步，登錄系統，根據工位狀態、訂單生產情況，對計劃生產的產品進行選擇。第二步，用算法參數替代上述內容并輸入，由系統后臺利用平衡算法確定最佳分配方式。第三步，對產品物料及其他信息進行計算，結合平衡結果完成調度物流的操作。如果汽車車間生產線有異常擾動存在，則需要再次平衡裝配線并調整調度方案，確保車間能夠充分發揮出自適應、自決策等功能。

4 系統功能應用

4.1 登錄系統

將計算機連入車間局域網，固定IP連接，對系統進行運行。此時，系統所顯示界面即為登錄界面，這表明對本系統加以應用前，先要對用戶身份進行驗證，用戶需要按照順序輸入自己的ID、密碼及驗證碼，而新增驗證碼的目的，主要是為系統安全提供雙重保護。在準確輸入以上信息后，用戶可以單擊登錄按鈕，系統的任務是比對用戶所輸入信息、數據庫所存儲字段的異同，若以上信息無異常情況存在，便可向主界面進行跳轉，反之，如果存在信息不匹配的問題，系統應發出“密碼輸入錯誤”的提示，用戶連續三次輸入錯誤密碼，則需要提示用戶對ID進行注冊。待用戶完成注冊流程，本系統會自動將相關信息存儲在數據庫內，同時，系統前端跳轉至登錄界面，指導用戶根據注冊信息完成登錄。

4.2 管理訂單

該模塊主要用來查看數據庫訂單、記錄交貨日期和產品生產數量，確保在當前生產周期內，裝配線始終處于平衡運行狀態。另外，用戶還可以利用該模塊，在顯示界面新增與市場需求相符的訂單信息，信息檢查無誤并單擊保存按鈕后，以上信息就會被上傳至數據庫。此外，與該模塊功能相近的模塊，還有管理物料，此模塊主要被用來對完成訂單所需物料的類型及數量進行管理，用戶只需將產品數量輸入系統，此模塊便能夠結合數據庫所提供物料信息表，對生產所需物料進行計算。待計算結果經由前端界面得到展示，車間物流就可以開始配送零部件的工作。當然，此模塊所具有功能，還包括對產品占比進行計算，這對平衡裝配線的操作具有重大意義。

4.3 平衡裝配線

該模塊不僅是系統基礎與核心，還是系統所顯示主界面。主界面由三部分組成，分別是裝配示意圖，輸入參數，求解結果。裝配示意圖在界面右上方，其作用是對裝配布局進行直觀且精準的展示；模型所輸入參數有常規的產品類型與訂單，還有作業時間、工序和工作站數量，其中，工作時間及工序均由數據庫提供，用戶可視情況對相關信息進行修改，通過單擊保存按鈕的方式，確保修改后信息被存儲在數據庫內，工作站數量通常由查詢模塊提供；求解結果模塊展示的內容，主要有工作內容、分配方案，還有線平衡率。準確輸入上述參數后，用戶可單擊運行按鈕，由系統后臺完成求解計算，并通過前端界面對計算結果進行展示，供用戶參考。

4.4 調度物流

該模塊強調以物料所形成極端結果、平衡結果為依據，在調度裝配物流的基礎上，促使優化所得分配方案向地圖站點號進行轉換，在任務序列信息輸入后，由系統后臺分配物流運送路徑，經由系統前端對分配結果進行展示。該模塊的創新之處是以現有調度系統為基礎，通過新增運行時間、路徑長度等物料信息的方式，降低用戶追蹤運行效率的難度。事實證明，經過平衡優化的裝配線，其運行效率更接近理想水平，裝配車間對物流智能程度所提出需求，因此而得到了充分滿足。

4.5 管理系統

該模塊所提供功能，主要涉及系統幫助、用戶管理兩方面。系統幫助又分為系統介紹、操作說明，其作用是降低用戶掌握系統操作方法的難度，為用戶提供科學指導，對系統所具有人性化特征進行凸顯。用戶管理所服務對象為管理員，旨在提高管理員修改用戶信息的效率。

5 結語

文章結合裝配車間所具有共性特征和需求，在不確定具體需求的前提下，從作業時間波動規律的角度出發，圍繞平衡裝配、優化物流調度展開了討論，并研發了符合智能制造發展趨勢的控制系統，以期可使企業所提出增益減耗目標得到實現。