1、汽車(chē)零部件制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行模式及支持系統(tǒng)研究為了實(shí)現(xiàn)汽車(chē)零部件制造過(guò)程無(wú)紙化、實(shí)時(shí)化和集成化等優(yōu)化運(yùn)行的目標(biāo)，提出了一種基于MES的車(chē)間制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行模式，在此基礎(chǔ)上，又提出了支持該運(yùn)行模式的制造執(zhí)行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)部署方案。最后，基于上述的研究成果，在重慶市某汽車(chē)零部件制造企業(yè)的數(shù)控車(chē)間進(jìn)行了應(yīng)用試點(diǎn)，取得了較好的應(yīng)用效果車(chē)間是制造企業(yè)物流、信息流及資金流的匯聚點(diǎn)，是產(chǎn)品制造的場(chǎng)所。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇以及客戶(hù)多樣化的需求，客觀上要求制造企業(yè)在制造過(guò)程中能夠低成本、高質(zhì)量生產(chǎn)出客戶(hù)需要的產(chǎn)品，并能夠敏捷地對(duì)外界的需求快速地作出響應(yīng)。通過(guò)實(shí)施信息化戰(zhàn)略來(lái)提升制造企業(yè)管理水平已經(jīng)被汽車(chē)零部件制

2、造企業(yè)認(rèn)同和采用。目前汽車(chē)零部件制造企業(yè)的信息化應(yīng)用主要集中在CADCAMCAPPPDM、ERP、OA等方面，車(chē)間制造過(guò)程的信息化涉及較少，制造過(guò)程和設(shè)備層的信息化還存在很大的盲區(qū)，車(chē)間制造過(guò)程中的實(shí)時(shí)信息不能及時(shí)地向上層的ERP反饋，嚴(yán)重影響了制造管理的效率和企業(yè)制造執(zhí)行的能力。針對(duì)汽車(chē)零部件制造過(guò)程精益化、敏捷化、可視化等實(shí)際需求，如何有效提高車(chē)間的制造執(zhí)行能力已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車(chē)零部件制造企業(yè)所面臨的一項(xiàng)重大課題，圍繞著車(chē)間制造執(zhí)行能力和管理，學(xué)術(shù)界和企業(yè)界進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用實(shí)踐，制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Exeeution Systein，MES)的研究及相關(guān)的應(yīng)用實(shí)踐

3、就是其中典型的代表。目前的研究大部分還側(cè)重與制造執(zhí)行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)構(gòu)建、系統(tǒng)集成及應(yīng)用實(shí)踐相關(guān)的研究。但是，如何應(yīng)用MES及其相關(guān)哲理，有效集成車(chē)間中的相關(guān)信息系統(tǒng)及生產(chǎn)裝備，建立一種適合于汽車(chē)零部件制造企業(yè)車(chē)間制造運(yùn)作管理的數(shù)字化優(yōu)化運(yùn)行模式，目前還較少涉及，相關(guān)的研究成果也不多。1 汽車(chē)零部件制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行需求分析    企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)等制造信息化系統(tǒng)為現(xiàn)代汽車(chē)零部件制造企業(yè)提供了一個(gè)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的數(shù)字化制造環(huán)境。極大地提高了制造車(chē)間的制造管理水平和信息共享程度，但是由于汽車(chē)零部件制造過(guò)程的復(fù)

4、雜性，如工藝流程復(fù)雜、工程變更頻繁、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)量大以及制造過(guò)程可視化和透明化程度低，相關(guān)車(chē)間信息化系統(tǒng)的潛力還有待挖掘，這就要求有效整合車(chē)間的制造流程和相關(guān)信息化系統(tǒng)，建立一種數(shù)字化制造環(huán)境下的制造優(yōu)化運(yùn)行模式，以實(shí)現(xiàn)車(chē)間信息化系統(tǒng)與生產(chǎn)裝備的有效集成，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的無(wú)紙化生產(chǎn)和制造過(guò)程的實(shí)時(shí)化和集成化，優(yōu)化汽車(chē)零部件制造系統(tǒng)的運(yùn)行，具體過(guò)程如下：    1)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的精益化。由于汽車(chē)零部件制造企業(yè)主要為汽車(chē)制造廠商配套，汽車(chē)制造企業(yè)的JIT生產(chǎn)和供貨模式要求其配套商也采用JIT的供貨模式；同時(shí)為了降低生產(chǎn)成本和管理效率，在經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)制造等領(lǐng)域，實(shí)施精益生產(chǎn)

5、已經(jīng)成為汽車(chē)零部件制造企業(yè)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要手段。    2)實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的無(wú)紙化生產(chǎn)。車(chē)間的工作任務(wù)單、二維三維圖、加工工藝單、變更信息等均用電子文檔的形式下達(dá)到生產(chǎn)裝備和工人，同時(shí)采用電子化的方式從生產(chǎn)裝備和車(chē)間中采集到的相關(guān)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行上報(bào)，以提高信息傳遞的效率和減少紙張浪費(fèi)。    3)實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的實(shí)時(shí)化。通過(guò)車(chē)間的信息化系統(tǒng)以及與裝備的集成，能夠?qū)崟r(shí)地把上層的計(jì)劃和相關(guān)制造資料傳遞給操作者和車(chē)間管理人員，同時(shí)為操作者提供實(shí)時(shí)的與裝備集成的信息交互平臺(tái)，進(jìn)行制造過(guò)程的實(shí)時(shí)信息采集，并反饋給車(chē)間管理層和上層的信息系統(tǒng)，以敏捷地

6、實(shí)現(xiàn)對(duì)制造企業(yè)內(nèi)外部變化的快速響應(yīng)。    4)實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的集成化。在制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)與車(chē)間中的人、技術(shù)及加工裝備的集成化運(yùn)行，通過(guò)與ERP系統(tǒng)、SFC系統(tǒng)(車(chē)間控制系統(tǒng))以及生產(chǎn)裝備的垂直集成，實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)內(nèi)部雙向的信息集成和過(guò)程集成，通過(guò)實(shí)時(shí)的信息集成實(shí)現(xiàn)信息共享和快速傳遞，從而提高制造效率和效益。2 基于制造執(zhí)行系統(tǒng)的汽車(chē)零部件制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行模式    針對(duì)汽車(chē)零部件制造過(guò)程精益化、無(wú)紙化、實(shí)時(shí)化及集成化等優(yōu)化運(yùn)行需求，本文提出了一種基于制造執(zhí)行系統(tǒng)的汽車(chē)零部件制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行模式，如圖1所示。圖1 基于制造執(zhí)行系統(tǒng)的汽車(chē)零部

7、件制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行模式    基于制造執(zhí)行系統(tǒng)的汽車(chē)零部件制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行模式的基本思路，以制造過(guò)程精益化、無(wú)紙化、實(shí)時(shí)化和集成化為目標(biāo)，在制造執(zhí)行系統(tǒng)的支持下實(shí)現(xiàn)車(chē)間制造執(zhí)行過(guò)程的優(yōu)化運(yùn)行。該模式由目標(biāo)層、制造執(zhí)行系統(tǒng)(包括制造執(zhí)行鏈層、MES功能服務(wù)層及基于裝備集成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與信息交互層)、生產(chǎn)設(shè)備層和資源層構(gòu)成。    其中，目標(biāo)層對(duì)數(shù)字化制造環(huán)境下汽車(chē)零部件制造過(guò)程優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行描述，包括車(chē)間制造過(guò)程的精益化、無(wú)紙化、實(shí)時(shí)化和集成等目標(biāo)。制造執(zhí)行系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行模式的核心，它在傳統(tǒng)的制造執(zhí)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，由基

8、于裝備集成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與信息交互層、MES功能服務(wù)層和制造執(zhí)行鏈層構(gòu)成。通過(guò)汽車(chē)零部件制造企業(yè)的系統(tǒng)集成框架，接受來(lái)自ERP的生產(chǎn)計(jì)劃、PDM的產(chǎn)品數(shù)據(jù)等信息，經(jīng)過(guò)調(diào)度安排后下達(dá)到生產(chǎn)裝備層，同時(shí)實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)過(guò)程及生產(chǎn)裝備的相關(guān)信息，進(jìn)行分析處理后通過(guò)集成框架傳遞到其它信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息雙向集成和共享。同時(shí)，通過(guò)基于裝備集成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與信息交互層，實(shí)現(xiàn)了與各類(lèi)車(chē)間生產(chǎn)裝備的直接雙向數(shù)據(jù)交互，并為車(chē)間操作者提供了人機(jī)交互的數(shù)據(jù)輸入和信息交互的平臺(tái)，從而支持車(chē)間制造過(guò)程的無(wú)紙化生產(chǎn)。生產(chǎn)裝備層包括車(chē)間的各類(lèi)設(shè)備，如數(shù)控機(jī)床、加工中心和普通機(jī)床等，它接受擴(kuò)展MES的加工任務(wù)和加工程序，并

9、實(shí)時(shí)地把相關(guān)的狀態(tài)信息通過(guò)集成框架傳遞到擴(kuò)展MES。制造資源層包括MES數(shù)據(jù)庫(kù)、NC程序庫(kù)以及刀具信息庫(kù)等車(chē)間制造所需要的相關(guān)資源和數(shù)據(jù)信息。3 支持汽車(chē)零部件制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行的制造執(zhí)行系統(tǒng)     3.1 制造執(zhí)行系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)    從上面的研究可以看出。支持汽車(chē)零部件制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行模式的運(yùn)行過(guò)程離不開(kāi)信息技術(shù)和信息化系統(tǒng)的支撐。制造執(zhí)行系統(tǒng)作為車(chē)間制造系統(tǒng)運(yùn)作的信息化管理平臺(tái)，承擔(dān)著支持車(chē)間制造系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的職責(zé)，但是傳統(tǒng)的制造執(zhí)行系統(tǒng)面對(duì)敏捷化的制造業(yè)務(wù)、集成化的制造過(guò)程等因素顯得有些力不從心。因此，為了更好地支持汽車(chē)零部件

10、制造過(guò)程的優(yōu)化運(yùn)行。有必要結(jié)合車(chē)間的實(shí)際需求對(duì)傳統(tǒng)的制造執(zhí)行系統(tǒng)功能進(jìn)行必要的擴(kuò)展，在支持車(chē)間制造過(guò)程業(yè)務(wù)管理功能的基礎(chǔ)上，能夠通過(guò)汽車(chē)零部件制造企業(yè)服務(wù)總線，無(wú)縫地與ERP、PDM、SFC等企業(yè)其它信息系統(tǒng)的集成，支持車(chē)間的制造過(guò)程運(yùn)行管理和多目標(biāo)的優(yōu)化運(yùn)行。支持汽車(chē)零部件制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行的制造執(zhí)行系統(tǒng)如圖2所示。圖2 支持汽車(chē)零部件制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行的制造執(zhí)行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)    支持車(chē)間優(yōu)化運(yùn)行的制造執(zhí)行系統(tǒng)，由車(chē)間資源層、支撐工具層、MES功能服務(wù)層、服務(wù)集成層、制造執(zhí)行鏈層及應(yīng)用界面層構(gòu)成。其中，車(chē)間資源層是MES運(yùn)行相關(guān)的基礎(chǔ)資源，包括MES數(shù)據(jù)庫(kù)、制造過(guò)

11、程相關(guān)的制造文檔、制造知識(shí)庫(kù)以及車(chē)間的設(shè)備資源等。支撐工具層是MES業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)的支撐環(huán)境，其中包括流程引擎、業(yè)務(wù)規(guī)則引擎、服務(wù)組合引擎等制造執(zhí)行鏈構(gòu)建工具，也包括事務(wù)管理、系統(tǒng)安全管理等基礎(chǔ)性服務(wù)和T具。MES功能服務(wù)層除了包含標(biāo)準(zhǔn)MES所包括的制造業(yè)務(wù)管理功能外，還包含支持與設(shè)備集成的集成服務(wù)以及支持制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行的制造過(guò)程管理服務(wù)。服務(wù)集成層則通過(guò)車(chē)間服務(wù)總線實(shí)現(xiàn)MES與設(shè)備、ERP、PDM等企業(yè)其它信息系統(tǒng)基于服務(wù)的無(wú)縫集成。制造執(zhí)行鏈層根據(jù)制造車(chē)間的業(yè)務(wù)流程通過(guò)服務(wù)的編排與合成構(gòu)建制造執(zhí)行鏈，進(jìn)行車(chē)間制造業(yè)務(wù)的運(yùn)行和管理，它包括制造執(zhí)行鏈建模、制造執(zhí)行鏈執(zhí)行、制造執(zhí)行鏈監(jiān)控以及制造

12、執(zhí)行鏈重構(gòu)等功能，同時(shí)，能夠把成功執(zhí)行的制造執(zhí)行鏈作為流程案例存入流程案例庫(kù)，以供以后調(diào)用和參考。MES應(yīng)用界面層則是MES系統(tǒng)提供的人機(jī)交互界面，用戶(hù)可以通過(guò)GUI、Web瀏覽以及無(wú)線接人等方式進(jìn)行系統(tǒng)的訪問(wèn)和使用。    3.2 系統(tǒng)部署方案    系統(tǒng)部署是制造執(zhí)行系統(tǒng)MES實(shí)施和運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)零部件制造企業(yè)車(chē)間制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行的重要保證。結(jié)合某汽車(chē)零部件制造企業(yè)的實(shí)際車(chē)間環(huán)境，MES系統(tǒng)的部署如圖3所示。圖3 MES系統(tǒng)部署方案    1)車(chē)間局域網(wǎng)。車(chē)間局域網(wǎng)采用有線以太網(wǎng)，通過(guò)車(chē)間交

13、換機(jī)與企業(yè)的核心交換機(jī)相連，車(chē)間的基于多功能信息終端的數(shù)據(jù)采集與信息交互平臺(tái)通過(guò)管理端計(jì)算機(jī)直接與車(chē)間局域網(wǎng)相連接，MES數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器可與主交換機(jī)或者車(chē)間交換機(jī)相連。    2)車(chē)間數(shù)據(jù)采集點(diǎn)及采集方式的設(shè)置。在每條產(chǎn)品裝配線及釬焊線設(shè)置2臺(tái)基于多功能信息終端的數(shù)據(jù)采集與信息交互平臺(tái)。其中，人口的信息終端用于生產(chǎn)任務(wù)的確認(rèn)、生產(chǎn)任務(wù)調(diào)整、生產(chǎn)線故障信息采集、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)查詢(xún)、加工示教等功能；生產(chǎn)線出口處的終端用于生產(chǎn)進(jìn)度信息的采集，可按下線一臺(tái)或滿(mǎn)一個(gè)貨架進(jìn)行進(jìn)度信息的輸入。另外，每條機(jī)加工線配備一臺(tái)多功能信息終端，用于生產(chǎn)任務(wù)確認(rèn)、完工匯報(bào)、在制品搬運(yùn)

14、確認(rèn)等功能。    3)車(chē)間需配置少量的PC機(jī)，用于生產(chǎn)任務(wù)的調(diào)度、車(chē)間LED顯示屏幕的控制等。    4)MES系統(tǒng)需至少配備2臺(tái)服務(wù)器，分別用于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和Web及終端應(yīng)用服務(wù)器，另外，需要配備相應(yīng)的數(shù)據(jù)備份設(shè)備。    5)系統(tǒng)提供異地用戶(hù)及客戶(hù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在權(quán)限許可的情況下對(duì)相關(guān)信息的查詢(xún)和訪問(wèn)。4 應(yīng)用案例     基于上述的研究成果，在重慶市某汽車(chē)零部件制造企業(yè)的數(shù)控加工車(chē)間，對(duì)車(chē)間制造管理精益化、無(wú)紙化、實(shí)時(shí)化和集成化的需求，基于J2EE開(kāi)發(fā)架構(gòu)和Web Ser

15、vices技術(shù)，開(kāi)發(fā)了支持汽車(chē)零部件制造過(guò)程優(yōu)化運(yùn)行的制造執(zhí)行系統(tǒng)，并進(jìn)行了應(yīng)用試點(diǎn)，該制造執(zhí)行系統(tǒng)由基于高端嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和信息交互平臺(tái)、制造業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和車(chē)間系統(tǒng)集成框架構(gòu)成，通過(guò)系統(tǒng)的應(yīng)用，有效地實(shí)現(xiàn)了車(chē)間制造信息的快速集成和交互，并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的精益化、無(wú)紙化、實(shí)時(shí)化和集成化，其運(yùn)作過(guò)程如圖4所示。圖4 某制造企業(yè)基于MES的汽車(chē)零部件制造過(guò)程運(yùn)行案例    目前，在MES的支持下，該模式在車(chē)間數(shù)據(jù)設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中取得了良好的應(yīng)用效果。工人可以通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備的信息終端，直接查看加工任務(wù)的設(shè)計(jì)圖紙和工藝信息，結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備的加工能力，與技術(shù)部門(mén)進(jìn)行直接的信息交流，初步實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化生產(chǎn)；在生產(chǎn)管理效率方面，生產(chǎn)部門(mén)通過(guò)平臺(tái)實(shí)時(shí)了解加工任務(wù)的生產(chǎn)狀況及設(shè)備運(yùn)行狀況，合理制定生產(chǎn)計(jì)劃安排生產(chǎn)，并可根據(jù)快急件的插入靈活地調(diào)整生產(chǎn)；在