汽车装配线MES实时数采和控制系统的实现及优化李伟

李伟苗立双

长城汽车股份有限公司技术中心河北保定071000

摘要：20世纪90年代初，工业界开始认识到需要一个可以将业务系统和控制系统集成在一起的中间层。同时，企业信息化建设的过程又是变革管理思想、改进管理模式、优化管理流程、提高员工素质的过程，是提升企业经营管理水平、缩小企业目标与资源能力之间缺口的有力手段。在基于ERP/MES/PCS的三层体系结构中，ERP完成从销售订单到生产订单的转化，而从生产订单投入到产品完成的整个生产过程中生产订单信息在各级系统中流动，经各级系统的不同处理，直到产品完成的整个订单在制造执行阶段的管理任务由MES实现。

关键词：制造执行系统（MES）；数据采集；可视化

引言

制造执行系统（MES）近年来在车间生产管理信息化进程中发挥了令人瞩目的作用，是实现企业科学管理的关键支撑工具之一。借助MES的实施，企业可实现车间生产过程的可视化、实时化及精细化管理，从而显著提升车间生产成品合格率、制造效率及产品质量。

1MES系统的实施需求

1）生产过程的透明化。车间生产过程的“黑盒”阻碍了生产决策的及时、准确下达，要从产品的进度跟踪、产品异常分析、产品质量追溯、产品数据看板等方面着手，实现生产过程的透明化，使相关部门和相关人员共享车间生产信息，准确、及时地掌握车间生产状况。2）生产管理的实时化。车间生产是一个复杂的运行系统，不仅包括设备、物料、生产人员等一系列生产因素，还涉及诸多环境因素和其他非生产性因素。因此，在这样的动态运行系统中，实时反馈生产因素的变动、实时处理生产事件的发生、实时采集产品装配的信息对车间实时调度和车间生产计划跟进至关重要，对系统资源的优化配置也具有重要意义。3）生产过程的无纸化。减少车间纸质文件的使用，为车间生产管理开发新的电子化管理工具，特别是针对车间生产计划、车间调度、物料配送、工时统计、产品质量追踪等数据要求统一和准确的模块提供精确、同一、共享的数据资源，减少人为因素造成的失误，提高工作效率和信息传递速度的同时，逐步实现车间制造绿色化。

2总装生产线信息建模技术研究

2.1工位信息模型

一个完整的汽车总装线是由操作工人、装配设备、物料配送及多个装配工位等构成的，其中工位是生产线的最小组成单元，工位地址提供物料运送的位置，安排加工操作人员并提供服务，同时合理安排工具和设备，工位也是数据采集活动的主要承担对象。对于混线生产模式，工位信息模型必须具备两个特性：（l）逻辑属性:即系统中定义的工位是属于针对某一种车型生产线的。对于这种车型，系统可定义该工位在生产线中的位置及需要采集的数据项。（2）物理唯一性：即系统中定义的工位最终都要映射到实际的工位上，逻辑工位和物理工位必定存在一个对应关系。这种对应关系将用于数据采集的正确性校验，例如在发动机装配工位只能采集发动机号，而不能输入其他信息。工位的这一特性限定了工位信息采集必须是逻辑统一且顺次进行的，不能出现跳跃或次序变更，装配生产中的装配次序一定程度上也决定了最终的装配性能。同时，这一特性使得出现装配问题时不滞留、不把问题带到下一个工位点，保证了产品一次下线合格率。

2.2生产线组织模式

在混流装配生产车间，一条生产线上要进行多种车型产品组装。和工位一样，生产线同样有其逻辑属性和物理属性，逻辑属性规定每种车型都有其自身的装配线，进行顺序无障碍地流动，而物理属性则代表现实生产车间实际生产线的工作流状态。因此系统中可以针对各种车型定义多条逻辑生产线，其中每一条逻辑生产线包含至少一个工位。总体来讲，一辆车的整装从总装上线点到完成检测出一返点，要经过一系列零部件的安装，主要包括：车身储存工段、底盘装配工段、车门分装输送工段、最终装配工段、动力总成分装工段、前梁分装工段、后桥分装工段、仪表板总成工段、发动机总装工段等。

3MES的设计与实现

3.1系统数据库设计

1）数据库的逻辑结构设计。在概念结构设计阶段，设计好的系统全局E一R图表示的是一种信息模型，它独立于任何一种数据模型。逻辑结构设计的主要任务是将概念模型的全局E一R图转换为与某种DBMS所支持的数据模型相符合的逻辑结构（数据库的模式和外模式）；2）数据库的物理设计。数据库的物理设计是与已设计的逻辑结构相对应的，其过程为利用特定数据库管理系统所提供的方法和技术来确定数据库文件的存储结构和存取路径，以获得各种数据库应用最佳性能；3）数据库的实施、运行和维护。数据库的实施是指根据逻辑结构设计和物理设计的结果，在计算机上安装特定的数据库管理系统、建立实际的数据库、装入数据、测试和试运行的过程。在运行若干时间后，由于记录不断增、删、改，会使得数据库的物理存储情况变差，降低数据的存取效率，造成数据库性能的下降，这时就需要对数据库进行重组织或者说进行重新构造，称为维护。

3.2系统基础设置界面设计

该系统提供了一套基础的信息设置功能，在该功能模块中，可以设置系统的使用人员以及相应的使用权限，同时为系统的安全性能和系统参数提供了一套完整的设置。系统基础设置包括分厂信息、车间信息、部门信息、人员信息、系统功能、角色发布、角色信息以及系统权限等。

3.3产品跟踪模块

MES系统在各区域的出入口和上下线点安装了MES车身识别系统，工件车身到达某一识别点时，MES识别系统从载码体中读取工件车身数据，并将其发送给MES系统产品跟踪管理系统，因此用户可通过此中央控制MES系统实时地跟踪产品。

3.4自动导入订单模块设计与实现

建立SQLServer2008数据库与Oracle数据库之间的连接后，本系统会监测到Oracle数据库中的新生成的订单信息并把订单信息自动导入到本系统的后台SQLServer2008数据库中，订单信息导入到本系统的SQLServer2008数据库时，需要检测该订单在本系统数据库中的合法性（包括订单计划是否已经存在，发动机号是否存在，工位号是否存在，装配指南的订单号是否有重号，发动机类型是否正确等），因此并没有实际导入到实际表中，而存储在数据库所在的计算机内存中的临时表里，此过程由数据库来负责检测。如果检测成功数据库把订单信息导入到实际表中，同时把订单导入成功结果反馈给Oracle数据库。如果检测失败则把导入失败信息反馈给Oracle数据库以便于SAP计划员根据此信息维护订单信息。

结语：我国汽车业近几年来有了突飞猛进的发展，外观造型设计方面己经达到相当高的水平，然而在性能及质量上，与国外的一些品牌相比，仍有相当长的路要走。装配工艺成为我国汽车发展的主要瓶颈，因此，汽车装配过程的控制极为重要。目前大多数汽车厂家都己建立并成功应用上层计划信息系统ERP，及底层执行系统，MES因其在信息化管理中的特殊桥梁地位而倍受关注。

参考文献：

[1]PBN讯.李培根院士提出2010中国制造业信息化十大热点[J].石油工业计算机应用，2011（2）：6.

[2]金忠孝，刘峰，高磊.集成的支持柔性生产的汽车制造执行软件系统架构研究与实践[J].中国制造业信息化，2011，40（17）：6-10.