咨詢(xún)熱線
020-38870471
咨詢(xún)熱線
020-38870471
news
對(duì)電纜行業(yè)制造車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行了研究，結(jié)合電纜行業(yè)訂單的定制型、多品種、成本高、利潤(rùn)薄等特點(diǎn)，以企業(yè)業(yè)務(wù)流為主線，分析電纜生產(chǎn)車(chē)間加工的各個(gè)環(huán)節(jié)，提出了從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、訂單任務(wù)排產(chǎn)、生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)視、生產(chǎn)看板發(fā)布、質(zhì)量追溯等幾方面的應(yīng)用解決方案。通過(guò)在典型電纜企業(yè)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了電纜生產(chǎn)任務(wù)排產(chǎn)和生產(chǎn)過(guò)程信息全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)視，生產(chǎn)全過(guò)程的無(wú)紙化辦公，大幅提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。
制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)由美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)AMR于90年代初提出的，其定義如下：由一組共享數(shù)據(jù)的程序所組成的、通過(guò)布置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的專(zhuān)用設(shè)備對(duì)從原材料上線到成品入庫(kù)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、控制和監(jiān)控的系統(tǒng)。MES控制包括物料、設(shè)備、人員、品質(zhì)、工藝、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源，提供了一種系統(tǒng)地在統(tǒng)一平臺(tái)上集成諸如質(zhì)量控制、文檔管理、生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備管理、制造物流等功能的方式，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)實(shí)時(shí)化的信息系統(tǒng)。MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)接受來(lái)自企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)(ERP)的工單、BOM、制程、供貨方、庫(kù)存、制造指令等信息，同時(shí)把生產(chǎn)方法、人員指令、制造指令等下達(dá)給人員、設(shè)備等控制層，再實(shí)時(shí)把生產(chǎn)結(jié)果、人員反饋、設(shè)備操作狀態(tài)與結(jié)果、庫(kù)存狀況、質(zhì)量狀況等動(dòng)態(tài)反饋給ERP系統(tǒng)，因此MES系統(tǒng)建立起了制造企業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)(PCS)和ERP之間的橋梁。
隨著工業(yè)4．0和智能制造時(shí)代的到來(lái)，國(guó)內(nèi)外的制造型企業(yè)對(duì)MES的應(yīng)用越來(lái)越重視，面向制造型行業(yè)的生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)的推廣是一個(gè)必然的趨勢(shì)．電纜行業(yè)其特殊的行業(yè)特點(diǎn)：定制型、多品種、成本高、利潤(rùn)薄等，無(wú)法再按照傳統(tǒng)人 工紙質(zhì)化的形式來(lái)實(shí)施生產(chǎn)，必須實(shí)施精細(xì)化管理。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的越來(lái)越成熟的應(yīng)用，使得MES在制造型企業(yè)的實(shí)現(xiàn)變得越來(lái)越容易。即依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能制造技術(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地對(duì)生產(chǎn)車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行信息化的生產(chǎn)監(jiān)視與管理。
1 電纜生產(chǎn)過(guò)程存在問(wèn)題分析
某電纜生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)車(chē)間現(xiàn)狀如下：
a．生產(chǎn)任務(wù)的排產(chǎn)、下發(fā)、監(jiān)視、質(zhì)量管理都采用人工紙質(zhì)化的管理模式，生產(chǎn)任務(wù)的一級(jí)排產(chǎn)在其已有的獨(dú)立系統(tǒng)完成，然后排產(chǎn)單下發(fā)到生產(chǎn)車(chē)間，生產(chǎn)技術(shù)人員根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)的情況來(lái)進(jìn)行二級(jí)排產(chǎn)，最后完成紙質(zhì)派工單的人工下發(fā)；
b．生產(chǎn)任務(wù)的監(jiān)視方式是車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的工人不時(shí)到各生產(chǎn)機(jī)臺(tái)去收集訂單的生產(chǎn)信息，之后根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)任務(wù)整理出當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)進(jìn)度，完成生產(chǎn)任務(wù)的監(jiān)視，并上報(bào)給企業(yè)管理層；
c．質(zhì)量管理是質(zhì)量部人員根據(jù)生產(chǎn)工藝的規(guī)定和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，定時(shí)檢查或抽檢，進(jìn)行人工紙質(zhì)化的質(zhì)量分析，具有一定的被動(dòng)性，無(wú)法保證生產(chǎn)訂單質(zhì)量信息的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)視。
可以看出：生產(chǎn)的全部過(guò)程都是采用人工采集、紙質(zhì)化分析完成的，實(shí)時(shí)性差，效率低，排產(chǎn)周期長(zhǎng)，不夠靈活，缺乏科學(xué)的管理。
2 電纜生產(chǎn)MES網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
電纜生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)包含底層的PCS系統(tǒng)和上層的MES系統(tǒng)．PCS系統(tǒng)采用西門(mén)子S7—200／S7—300 PLC連接現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備機(jī)臺(tái)，并采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；區(qū)域工作站使用winCC收集S7—300的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)視各設(shè)備的生產(chǎn)狀況，并提供OPC Server接口；MES系統(tǒng)安裝在生產(chǎn)監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)上，包含一個(gè)OPC Client模塊，與WinCC提供的OPC Server通信，獲取PCS的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)；同時(shí)，通過(guò)LED大屏看板，把生產(chǎn)過(guò)程信息和訂單進(jìn)度情況發(fā)布到生產(chǎn)看板上，方便實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)情況。
3 MES軟件設(shè)計(jì)
對(duì)于制造執(zhí)行系統(tǒng)，接收到一個(gè)生產(chǎn)訂單，須將其分解具體到生產(chǎn)設(shè)備，才能進(jìn)行生產(chǎn)。每個(gè)生產(chǎn)任務(wù)都有一個(gè)特定工藝流程和相應(yīng)工藝配方。工藝流程是一系列工序的有序集合，沒(méi)有指明怎么生產(chǎn)。每一道工序下又包含一個(gè)或多個(gè)設(shè)備，每個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)參數(shù)和原材料都應(yīng)有明確規(guī)定，才能進(jìn)行生產(chǎn)。
在軟件設(shè)計(jì)之初，必須明確原子級(jí)元素(生產(chǎn)機(jī)臺(tái)以及對(duì)應(yīng)參數(shù))，然后對(duì)這些元素像搭積木一樣構(gòu)成生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程．在MES中，先錄入一些基本參數(shù)并配置好一些常用的生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)配方，制成模板，方便以后任務(wù)分解。根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，一個(gè)典型MES軟件包含系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、訂單排產(chǎn)、生產(chǎn)監(jiān)控、看板發(fā)布、質(zhì)量跟蹤等模塊。
3．1 系統(tǒng)設(shè)置模塊
該模塊設(shè)置軟件的一些基本信息，如軟件名稱(chēng)、軟件Logo、功能模塊管理、OPC(OLE for process contr01)參數(shù)、生產(chǎn)看板系統(tǒng)顯示屬性(字體、顏色、刷新方式)等設(shè)置。
3．2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊
生產(chǎn)訂單分解需要大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持，包括設(shè)備信息及參數(shù)信息、工序信息、工藝流程信息、物料信息、人員信息等。在這些數(shù)據(jù)中，有的是原子級(jí)數(shù)據(jù)(設(shè)備信息、工序信息、人員信息、物料信息)，有的是原子級(jí)數(shù)據(jù)的組合，即非原子級(jí)數(shù)據(jù)(工藝流程、工藝參數(shù)、配方)。對(duì)于原子級(jí)數(shù)據(jù)，可以直接從ERP中獲取，也可以手工錄人。對(duì)于非原子級(jí)數(shù)據(jù)，在該模塊中，組合一些常用模板，方便訂單分解。
3．3數(shù)據(jù)采集模塊
OPC采用COM／DCOM技術(shù)，主要的作用是屏蔽PCS層的硬件。由于各硬件廠商的通訊協(xié)議不相同，國(guó)際OPC基金會(huì)提出一個(gè)通用的數(shù)據(jù)采集接口，統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集接口。0PC標(biāo)準(zhǔn)以微軟公司的0LE(object 1inking and embedding)或Active X、COM(部件對(duì)象模型)和DCOM(分布式部件對(duì)象模型)技術(shù)為基礎(chǔ)，包括一整套接口、
屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，用于過(guò)程控制和制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，為應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制應(yīng)用建立了橋梁。0PC分為OPC Server和OPC C1ient。
OPC Server由SCADA軟件提供并實(shí)現(xiàn)，OPC Client作為MES系統(tǒng)的一個(gè)模塊，采集PCS的數(shù)據(jù)。OPC server軟件大多由PLC等硬件提供商實(shí)現(xiàn)，OPC Client軟件由應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)．本系統(tǒng)為了兼容大多數(shù)的PLC等硬件，利用OPC采集過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)．?dāng)?shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)顯示從OPC Server采集來(lái)的數(shù)據(jù)，OPC Client用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)類(lèi)實(shí)現(xiàn)，放在后臺(tái)線程中，隨系統(tǒng)軟件運(yùn)行，周期 性從PCS采集數(shù)據(jù)．表1所示為2015-04-23日采集的部分?jǐn)?shù)據(jù)，品質(zhì)均良好 。
3．4訂單排產(chǎn)模塊
訂單排產(chǎn)采用人工排產(chǎn)或自動(dòng)排產(chǎn)的方式。每個(gè)任務(wù)都可匹配在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊定義好的工藝流程和工藝配方模板，并可在模板基礎(chǔ)上修改參數(shù)，達(dá)到定制要求。在配置生產(chǎn)配方之后，可進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)的排產(chǎn)，確定每道工序機(jī)臺(tái)的計(jì)劃開(kāi)始時(shí)間、計(jì)劃結(jié)束時(shí)間、加工要求、加工內(nèi)容等，如圖1所示。在生產(chǎn)計(jì)劃列表中點(diǎn)擊該生產(chǎn)計(jì)劃的某一道工序，在界面右邊中可以進(jìn)行相應(yīng)計(jì)劃開(kāi)始時(shí)間、計(jì)劃結(jié)束時(shí)間、加工要求、加工內(nèi)容的設(shè)置，為生產(chǎn)派工做準(zhǔn)備。
3．5生產(chǎn)監(jiān)控
在生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)法做到生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)度的自動(dòng)化管理，須要人工確認(rèn)生產(chǎn)進(jìn)度信息，如圖2所示，點(diǎn)擊圖2中方塊，會(huì)在其右邊顯示當(dāng)前的工藝路線、工序名稱(chēng)、計(jì)劃開(kāi)始時(shí)間、計(jì)劃結(jié)束時(shí)間、實(shí)際開(kāi)始時(shí)間、實(shí)際結(jié)束時(shí)間等具體的生產(chǎn)信息?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員，在該工序開(kāi)始的時(shí)候，點(diǎn)擊相應(yīng)工序開(kāi)始按鈕，結(jié)束時(shí)，點(diǎn)擊相應(yīng)工序的結(jié)束按鈕，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)錄入當(dāng)前工序的實(shí)際開(kāi)始開(kāi)始和實(shí)際結(jié)束時(shí)間，還可以通過(guò)作業(yè)甘特圖實(shí)時(shí)觀看訂單生產(chǎn)進(jìn)度 。
3．6生產(chǎn)看板發(fā)布
生產(chǎn)看板系統(tǒng)作為MES模塊的一個(gè)重要的功能，可以將生產(chǎn)任務(wù)重要參數(shù)，如訂單編號(hào)、客戶(hù)名稱(chēng)、計(jì)劃生產(chǎn)長(zhǎng)度、實(shí)際生產(chǎn)長(zhǎng)度、當(dāng)前工序、當(dāng)前機(jī)臺(tái)等信息顯示到LED大屏上。系統(tǒng)可以定制選擇顯示的列，靈活配置須要重點(diǎn)關(guān)注的生產(chǎn)信息，并結(jié)合不同的LED大屏物理尺寸和分辨率進(jìn)行適應(yīng)性匹配。此外，在大屏的頂部，可以發(fā)布自定義通知信息，一屏多用。
3．7質(zhì)量跟蹤模塊
制造業(yè)一直非常重視產(chǎn)品質(zhì)量，特別是近幾年頻繁出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題事件和產(chǎn)品召回事件，各制造型企業(yè)越發(fā)重視產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤與追溯．質(zhì)量跟蹤模塊通過(guò)自動(dòng)和人工的方式采集物料(原材料、半成品、成品)、人員、設(shè)備、工藝、環(huán)境、測(cè)量等信息，并存人數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。
在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，從存在質(zhì)量問(wèn)題的最終產(chǎn)品出發(fā)，反向追溯該問(wèn)題產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，通過(guò)調(diào)取該產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的所有影響產(chǎn)品質(zhì)量形成的要素信息，檢測(cè)、分析出問(wèn)題的根源，為產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的診斷提供幫助。在確定了問(wèn)題產(chǎn)品的根源后，可以通過(guò)對(duì)質(zhì)量數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)，從存在問(wèn)題的批次原料或部件出發(fā)，利用正向追溯去找到受到同樣影響的具有潛在質(zhì)量缺陷的最終產(chǎn)品，有利于防止問(wèn)題產(chǎn)品或部件的召回，避免給企業(yè)和客戶(hù)造成損失。
4 MES應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)
4．1 XML技術(shù)
即可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(XML)是一套定義語(yǔ)義標(biāo)記的規(guī)范，其目標(biāo)是能夠定義計(jì)算機(jī)和人都方便識(shí)別的數(shù)據(jù)類(lèi)型。XML應(yīng)用特別靈活，它不像數(shù)據(jù)庫(kù)那樣，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)固定，不利于數(shù)據(jù)的擴(kuò)展，又因其特定的格式規(guī)范，使得在數(shù)據(jù)查詢(xún)方面極其方便。XML在存取結(jié)構(gòu)可變的小數(shù)據(jù)方面有數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。在MES中，由于須要保存的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且格式不固定，把這些數(shù)據(jù)存人數(shù)據(jù)庫(kù)中有困難，但可以很容易存儲(chǔ)在XML中。利用文檔對(duì)象模型(DOM)可以方便讀寫(xiě)XML文件；因此，使用XML文件保存模塊信息，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了模塊的靈活可配置，保證了MES軟件的可擴(kuò)展性．
4．2反射機(jī)制技術(shù)
XML與反射技術(shù)的配合，讓軟件的靈活性和擴(kuò)展性的實(shí)現(xiàn)成為可能．反射主要是指程序可以訪問(wèn)、檢測(cè)和修改它本身狀態(tài)或行為的一種能力，是實(shí)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)模式的重要技術(shù)。在系統(tǒng)應(yīng)用中，XML文件中保存類(lèi)的相關(guān)信息以及各種類(lèi)之間的關(guān)系，在程序啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)DOM讀取XML中的類(lèi)之間的關(guān)系信息，在使用某個(gè)類(lèi)時(shí)，通過(guò)XML讀取該類(lèi)的配置信息，通過(guò)反射機(jī)制技術(shù)把該類(lèi)實(shí)例化使用。
4．3值對(duì)象技術(shù)
面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)語(yǔ)言提供一些通用容器類(lèi)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，但這些通用容器類(lèi)不適合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定制高的場(chǎng)合。在實(shí)際的使用中，使用類(lèi)來(lái)封裝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它既可包含通用容器類(lèi)，也可包含自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這些自定義類(lèi)就是值對(duì)象(value object)，這些值對(duì)象即可以保存數(shù)據(jù)，又有面向?qū)ο蟮奶匦?，這樣就便于數(shù)據(jù)的安全和擴(kuò)展。
在軟件中，值對(duì)象的應(yīng)用表現(xiàn)在以下兩方面：
a．值對(duì)象作為一個(gè)對(duì)象，有著靈活的封裝性，程序?qū)⒖梢躁P(guān)系較為緊密且使用較多的數(shù)據(jù)封裝在一起，安全性較好。程序中提供不同值對(duì)象相互轉(zhuǎn)換的Data Convert類(lèi)，使MES應(yīng)用軟件生產(chǎn)數(shù)據(jù)以不同的形式存在于程序中，方便使用。
b．一些配置信息和結(jié)構(gòu)靈活的生產(chǎn)任務(wù)信息保存在XML文件中，往往這些數(shù)據(jù)須要整取整存，經(jīng)I／O一次性讀取和DOM解析之后，儲(chǔ)存在一個(gè)值對(duì)象中，供程序使用。
5 結(jié)語(yǔ)
介紹了MES在電纜行業(yè)制造車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集、訂單任務(wù)排產(chǎn)、生產(chǎn)進(jìn)度監(jiān)視、生產(chǎn)看板發(fā)布、質(zhì)量跟蹤等幾方面。MES軟件對(duì)生產(chǎn)任務(wù)排產(chǎn)下發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)視，使生產(chǎn)過(guò)程透明化，很好地展示了生產(chǎn)進(jìn)度情況，讓現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員、管理人員能清晰、直觀地掌握每個(gè)訂生產(chǎn)任務(wù)的生產(chǎn)執(zhí)行情況，加強(qiáng)了生產(chǎn)計(jì)劃的可執(zhí)行性．通過(guò)在典型電纜企業(yè)的應(yīng)用，系統(tǒng)能夠有效地組織、協(xié)調(diào)、計(jì)劃與控制企業(yè)的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。
020-38870471
微信咨詢(xún)
