变速箱制造执行系统(MES)的开发及其在生产线中的应用

王 可 心，程 金 石，周 俊，王 德 权

(大连工业大学 机械工程与自动化学院，辽宁 大连 116034)

0 引 言

美国先进制造研究机构AMR将制造执行系统(MES)定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”，它为操作人员／管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态等信息[1]。MES可以对来自 MRP／ERP软件的生产管理信息细化、分解，将操作指令传递给底层控制，实时监控底层设备的运行状态，采集设备、仪表的状态数据，经过分析与处理，从而方便、可靠地将控制系统与信息系统联系在一起，并将生产状况及时反馈给计划层[2]。制造执行系统，可以弥合设备控制系统和生产信息管理系统之间存在的信息鸿沟，将控制系统和信息系统联系在一起，使生产状况能够及时地反馈给计划层，计划层能够实时监控底层生产情况以及设备的使用情况[3]。

针对实现变速箱生产过程的质量数据和装配过程的可追溯性，作者基于OPC技术及Microsoft Visual Studio 2010开发环境开发了MES制造执行系统，使生产过程可控，产品质量可控。

1 系统开发的技术基础

变速箱MES是基于OPC技术和SQL Server 2008数据库技术，以 Microsoft Visual Studio 2010为开发平台、以C＃为编程语言，开发的独立集成系统。

不论是直接从设备自动获得数据，还是通过工业以太网获得数据，MES系统对数据的实时采集应该采用一致、标准的数据采集接口。OPC(OLE for process control)是嵌入式过程控制标准，是用于服务器／客户端链接的统一而开放的接口标准和技术规范。OLE是微软为Windows系统、应用程序间的数据交换而开发的技术，是Object Linking and Embedding 缩 写[4]。 通 过OPC技术实现了MES信息系统与设备的实时通信，完成了MES控制设备进行生产。

SQL Server 2008引入了Microsoft Windows的.NET Framework的公共语言运行库 (CLR)Common Language Runtime组件的集成。CLR是Microsoft.NET Framework的核心，为所有.NET Framework代码提供执行环境[5]。数据库采用SQL Server 2008，SQL Server 2008数据库能够通过编写存储过程完成数据的录入、查询、修改，主要用来存储质量数据以及变速箱检测的结果数据。

以 Microsoft Visual C－Sharp(简称 Visual C＃)为开发环境。Visual C＃是一种全新的现代化的完全面向对象的语言。它让程序员能够快捷地创建基于Visual Studio.NET平台的解决方案。

2 系统的结构设计

开发目标：能够将工位的质量数据进行实时采集并保存到数据库用以指导设备进行生产；对生产线的机床状态和工位报警进行实时监控，对上线发动机装配过程进行实时监控、追踪，对质量数据的实时显示和采集，对网络结构的实时监控等[6]。操作者能够根据实际情况应用 MES系统进行相应的处理以提高生产效率，通过MES实现混线生产，以及装配零件的自动匹配。

变速箱生产程序：生产线由线首工位确定生产的变速箱型号，经过压装和拧紧工位后到达匹配工位，与分线到达的装配零件进行匹配。匹配成功后进行涂胶拧紧等操作，所有工位装配完成后进行称重检测，称重检测结果合格的变速箱在总成下线区进行下线，检测结果不合格的变速箱流转到返修区进行下线。业务流程见图1。为实现所述业务流程，设计以下主要功能模块：打号及上线模块、轴类上线及总装轴类模块、总成下线打包模块、返修模块。

2.1 打号及上线模块

通过SIMATIC NET提供的OPC服务器建立系统与设备之间的通信。工件到位后，自动生成变速箱壳体编号，并将数据存入SQL Server 2008数据库中以便后续分析。在此模块中，操作者可以选择生产的变速箱型号和生成编号的模式，通过与PLC实时信号交互指导打号机进行打号。当工件进行上线时，自动显示相应的工件信息，包括上线的产品型号、订单号等信息。能够实现对变速箱壳体的工件编号申请，即根据相应的要求来生成壳体的流水号，同时显示出已经生成的流水号以及装配操作指南，实时与PLC进行信号交互，为两台打号机提供壳体编号。通过Microsoft.NET技术建立实时数据库系统，实时访问PLC中数据和控制变量，把实时数据保存到服务器数据库中。

2.2 轴类上线及总装轴类模块

主要功能是当分线和总线工件到位后，进行轴类上线和总装线工件的匹配，并将数据存入SQL Server 2008数据库中。由于装配线是混线