汽车零部件制造过程优化运行模式及支持系统研究31867.docx

汽车零部件制造过程优化运行模式及支持系统研究为了实现汽车零部件制造过程无纸化、实时化和集成化等优化运行的目标，提出了一种基于MES的车间制造过程优化运行模式，在此基础上，又提出了支持该运行模式的制造执行系统体系结构和系统部署方案。最后，基于上述的研究成果，在重庆市某汽车零部件制造企业的数控车间进行了应用试点，取得了较好的应用效果车间是制造企业物流、信息流及资金流的汇聚点，是产品制造的场所。随着市场竞争的加剧以及客户多样化的需求，客观上要求制造企业在制造过程中能够低成本、高质量生产出客户需要的产品，并能够敏捷地对外界的需求快速地作出响应。通过实施信息化战略来提升制造企业管理水平已经被汽车零部件制造企业认同和采用。目前汽车零部件制造企业的信息化应用主要集中在CADCAMCAPPPDM、ERP、OA等方面，车间制造过程的信息化涉及较少，制造过程和设备层的信息化还存在很大的盲区，车间制造过程中的实时信息不能及时地向上层的ERP反馈，严重影响了制造管理的效率和企业制造执行的能力。针对汽车零部件制造过程精益化、敏捷化、可视化等实际需求，如何有效提高车间的制造执行能力已经成为现代汽车零部件制造企业所面临的一项重大课题，围绕着车间制造执行能力和管理，学术界和企业界进行了大量的研究和应用实践，制造执行系统(Manufacturing Exeeution Systein，MES)的研究及相关的应用实践就是其中典型的代表。目前的研究大部分还侧重与制造执行系统体系结构、系统构建、系统集成及应用实践相关的研究。但是，如何应用MES及其相关哲理，有效集成车间中的相关信息系统及生产装备，建立一种适合于汽车零部件制造企业车间制造运作管理的数字化优化运行模式，目前还较少涉及，相关的研究成果也不多。1 汽车零零部件制制造过程程优化运运行需求求分析    企企业资源源计划(ERPP)系统统、产品品数据管管理(PPDM)系统等等制造信信息化系系统为现现代汽车车零部件件制造企企业提供供了一个个从产品品设计、工工艺规划划、企业业经营管管理的数数字化制制造环境境。极大大地提高高了制造造车间的的制造管管理水平平和信息息共享程程度，但但是由于于汽车零零部件制制造过程程的复杂杂性，如如工艺流流程复杂杂、工程程变更频频繁、现现场数据据量大以以及制造造过程可可视化和和透明化化程度低低，相关关车间信信息化系系统的潜潜力还有有待挖掘掘，这就就要求有有效整合合车间的的制造流流程和相相关信息息化系统统，建立立一种数数字化制制造环境境下的制制造优化化运行模模式，以以实现车车间信息息化系统统与生产产装备的的有效集集成，实实现制造造过程的的无纸化化生产和和制造过过程的实实时化和和集成化化，优化化汽车零零部件制制造系统统的运行行，具体体过程如如下：    11)实现现生产过过程的精精益化。由于汽车零部件制造企业主要为汽车制造厂商配套，汽车制造企业的JIT生产和供货模式要求其配套商也采用JIT的供货模式；同时为了降低生产成本和管理效率，在经营管理、生产制造等领域，实施精益生产已经成为汽车零部件制造企业获得竞争优势的重要手段。    22)实现现制造过过程的无无纸化生生产。车车间的工工作任务务单、二二维三维维图、加加工工艺艺单、变变更信息息等均用用电子文文档的形形式下达达到生产产装备和和工人，同同时采用用电子化化的方式式从生产产装备和和车间中中采集到到的相关关实时信信息进行行上报，以以提高信信息传递递的效率率和减少少纸张浪浪费。    33)实现现制造过过程的实实时化。通过车间的信息化系统以及与装备的集成，能够实时地把上层的计划和相关制造资料传递给操作者和车间管理人员，同时为操作者提供实时的与装备集成的信息交互平台，进行制造过程的实时信息采集，并反馈给车间管理层和上层的信息系统，以敏捷地实现对制造企业内外部变化的快速响应。    44)实现现制造过过程的集集成化。在制造过程中实现与车间中的人、技术及加工装备的集成化运行，通过与ERP系统、SFC系统(车间控制系统)以及生产装备的垂直集成，实现制造企业内部双向的信息集成和过程集成，通过实时的信息集成实现信息共享和快速传递，从而提高制造效率和效益。2 基于制制造执行行系统的的汽车零零部件制制造过程程优化运运行模式式    针针对汽车车零部件件制造过过程精益益化、无无纸化、实实时化及及集成化化等优化化运行需需求，本本文提出出了一种种基于制制造执行行系统的的汽车零零部件制制造过程程优化运运行模式式，如图图1所示示。图1 基于于制造执执行系统统的汽车车零部件件制造过过程优化化运行模模式    基基于制造造执行系系统的汽汽车零部部件制造造过程优优化运行行模式的的基本思思路，以以制造过过程精益益化、无无纸化、实实时化和和集成化化为目标标，在制制造执行行系统的的支持下下实现车车间制造造执行过过程的优优化运行行。该模模式由目目标层、制制造执行行系统(包括制制造执行行链层、MMES功功能服务务层及基基于装备备集成的的实时数数据与信信息交互互层)、生生产设备备层和资资源层构构成。    其其中，目目标层对对数字化化制造环环境下汽汽车零部部件制造造过程优优化目标标进行描描述，包包括车间间制造过过程的精精益化、无无纸化、实实时化和和集成等等目标。制制造执行行系统是是实现制制造过程程优化运运行模式式的核心心，它在在传统的的制造执执行系统统的基础础上进行行了扩展展，由基基于装备备集成的的实时数数据采集集与信息息交互层层、MEES功能能服务层层和制造造执行链链层构成成。通过过汽车零零部件制制造企业业的系统统集成框框架，接接受来自自ERPP的生产产计划、PPDM的的产品数数据等信信息，经经过调度度安排后后下达到到生产装装备层，同同时实时时采集生生产过程程及生产产装备的的相关信信息，进进行分析析处理后后通过集集成框架架传递到到其它信信息系统统，实现现实时的的信息双双向集成成和共享享。同时时，通过过基于装装备集成成的实时时数据采采集与信信息交互互层，实实现了与与各类车车间生产产装备的的直接双双向数据据交互，并并为车间间操作者者提供了了人机交交互的数数据输入入和信息息交互的的平台，从从而支持持车间制制造过程程的无纸纸化生产产。生产产装备层层包括车车间的各各类设备备，如数数控机床床、加工工中心和和普通机机床等，它它接受扩扩展MEES的加加工任务务和加工工程序，并并实时地地把相关关的状态态信息通通过集成成框架传传递到扩扩展MEES。制制造资源源层包括括MESS数据库库、NCC程序库库以及刀刀具信息息库等车车间制造造所需要要的相关关资源和和数据信信息。3 支持汽汽车零部部件制造造过程优优化运行行的制造造执行系系统     33.1 制造执执行系统统的体系系结构    从从上面的的研究可可以看出出。支持持汽车零零部件制制造过程程优化运运行模式式的运行行过程离离不开信信息技术术和信息息化系统统的支撑撑。制造造执行系系统作为为车间制制造系统统运作的的信息化化管理平平台，承承担着支支持车间间制造系系统优化化运行的的职责，但但是传统统的制造造执行系系统面对对敏捷化化的制造造业务、集集成化的的制造过过程等因因素显得得有些力力不从心心。因此此，为了了更好地地支持汽汽车零部部件制造造过程的的优化运运行。有有必要结结合车间间的实际际需求对对传统的的制造执执行系统统功能进进行必要要的扩展展，在支支持车间间制造过过程业务务管理功功能的基基础上，能能够通过过汽车零零部件制制造企业业服务总总线，无无缝地与与ERPP、PDDM、SSFC等等企业其其它信息息系统的的集成，支支持车间间的制造造过程运运行管理理和多目目标的优优化运行行。支持持汽车零零部件制制造过程程优化运运行的制制造执行行系统如如图2所所示。图2 支持持汽车零零部件制制造过程程优化运运行的制制造执行行系统体体系结构构    支支持车间间优化运运行的制制造执行行系统，由由车间资资源层、支支撑工具具层、MMES功功能服务务层、服服务集成成层、制制造执行行链层及及应用界界面层构构成。其其中，车车间资源源层是MMES运运行相关关的基础础资源，包包括MEES数据据库、制制造过程程相关的的制造文文档、制制造知识识库以及及车间的的设备资资源等。支支撑工具具层是MMES业业务功能能实现的的支撑环环境，其其中包括括流程引引擎、业业务规则则引擎、服服务组合合引擎等等制造执执行链构构建工具具，也包包括事务务管理、系系统安全全管理等等基础性性服务和和T具。MMES功功能服务务层除了了包含标标准MEES所包包括的制制造业务务管理功功能外，还还包含支支持与设设备集成成的集成成服务以以及支持持制造过过程优化化运行的的制造过过程管理理服务。服服务集成成层则通通过车间间服务总总线实现现MESS与设备备、ERRP、PPDM等等企业其其它信息息系统基基于服务务的无缝缝集成。制制造执行行链层根根据制造造车间的的业务流流程通过过服务的的编排与与合成构构建制造造执行链链，进行行车间制制造业务务的运行行和管理理，它包包括制造造执行链链建模、制制造执行行链执行行、制造造执行链链监控以以及制造造执行链链重构等等功能，同同时，能能够把成成功执行行的制造造执行链链作为流流程案例例存入流流程案例例库，以以供以后后调用和和参考。MMES应应用界面面层则是是MESS系统提提供的人人机交互互界面，用用户可以以通过GGUI、WWeb浏浏览以及及无线接接人等方方式进行行系统的的访问和和使用。    33.2 系统部部署方案案    系系统部署署是制造造执行系系统MEES实施施和运行行的基础础，也是是实现汽汽车零部部件制造造企业车车间制造造过程优优化运行行的重要要保证。结结合某汽汽车零部部件制造造企业的的实际车车间环境境，MEES系统统的部署署如图33所示。图3 MEES系统统部署方方案    11)车间间局域网网。车间间局域网网采用有有线以太太网，通通过车间间交换机机与企业业的核心心交换机机相连，车车间的基基于多功功能信息息终端的的数据采采集与信信息交互互平台通通过管理理端计算算机直接接与车间间局域网网相连接接，MEES数据据库服务务器和应应用服务务器可与与主交换换机或者者车间交交换机相相连。    22)车间间数据采采集点及及采集方方式的设设置。在在每条产产品装配配线及钎钎焊线设设置2台台基于多多功能信信息终端端的数据据采集与与信息交交互平台台。其中中，人口口的信息息终端用用于生产产任务的的确认、生生产任务务调整、生生产线故故障信息息采集、作作业指导导书查询询、加工工示教等等功能；生产线线出口处处的终端端用于生生产进度度信息的的采集，可可按下线线一台或或满一个个货架进进行进度度信息的的输入。另另外，每每条机加加工线配配备一台台多功能能信息终终端，用用于生产产任务确确认、完完工汇报报、在制制品搬运运确认等等功能。    33)车间间需配置置少量的的PC机机，用于于生产任任务的调调度、车车间LEED显示示屏幕的的控制等等。    44)MEES系统统需至少少配备22台服务务器，分分别用于于数据库库服务器器和Weeb及终终端应用用服务器器，另外外，需要要配备相相应的数数据备份份设备。    55)系统统提供异异地用户户及客户户通过互互联网在在权限许许可的情情况下对对相关信信息的查查询和访访问。4 应用案案例     基基于上述述的研究究成果，在在重庆市市某汽车车零部件件制造企企业的数数控加工工车间，对对车间制制造管理理精益化化、无纸纸化、实实时化和和集成化化的需求求，基于于J2EEE开发发架构和和Webb Seerviicess技术，开开发了支支持汽车车零部件件制造过过程优化化运行的的制造执执行系统统，并进进行了应应用试点点，该制制造执行行系统由由基于高高端嵌入入式系统统的实时时数据采采集和信信息交互互平台、制制造业务务管理系系统和车车间系统统集成框框架构成成，通过过系统的的应用，有有效地实实现了车车间制造造信息的的快速集集成和交交互，并并实现了了生产过过程的精精益化、无无纸化、实实时化和和集成化化，其运运作过程程如图44所示。图4 某制制造企业业基于MMES的的汽车零零部件制制造过程程运行案案例    目目前，在在MESS的支持持下，该该模式在在车间数数据设备备的生产产运行过过程中取取得了良良好的应应用效果果。工人人可以通通过生产产设备的的信息终终端，直直接查看看加工任任务的设设计图纸纸和工艺艺信息，结结合生产产设备的的加工能能力，与与技术部部门进行行直接的的信息交交流，初初步实现现了无纸纸化生产产；在生生产管理理效率方方面，生生产部门门通过平平台实时时了解加加工任务务的生产产状况及及设备运运行状况况，合理理制定生生产计划划安排生生产，并并可根据据快急件件的插入入灵活地地调整生生产；在在设备的的运行效效率方面面，数控控程序的的集中管管理、网网络化传传输及仿仿真，提提高了数数控设备备利用率率及运行行效率。5 结束语语    本本文针对对汽车零零部件制制造企业业对车间间制造过过程无纸纸化、实实时化和和集成化化等优化化运行的的需求，提提出了一一种基于于MESS的车间间制造过过程优化化运行模模式，研研究了该该运行模模式的基基本构成成，在此此基础上上，提出出了支持持该运行行模式的的制造执执行系统统体系结结构，并并对系统统的部署署方案进进行了研研究，最最后，基基于上述述的研究究成果，在在重庆市市某汽车车零部件件制造企企业的数数控车间间进行了了应用试试点，取取得了较较好的应应用效果果。