柔性生產(chǎn)線工位集成智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文柔性生產(chǎn)線工位集成智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 姓名:包曄申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專(zhuān)業(yè):工業(yè)工程指導(dǎo)教師:奚立峰;周寧20050301柔性生產(chǎn)線工位集成智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要汽車(chē)制造業(yè)柔性生產(chǎn)線的工位控制對(duì)提高生產(chǎn)效率,促進(jìn)車(chē)間 信息通暢,保障信息記錄的完整性,提高防錯(cuò)能力和安全性能等方 面起到了關(guān)鍵作用。本文提出了一個(gè)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的工位集成智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu) 想,對(duì)現(xiàn)有的工位控制的各個(gè)功能系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)集成。分析、總 結(jié)、提出了當(dāng)前系統(tǒng)存在的各類(lèi)問(wèn)題;介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案; 就本系統(tǒng)的三個(gè)功能子系統(tǒng)智能 QCOS 系統(tǒng)、物料拉動(dòng)子系統(tǒng)和質(zhì) 量追溯子系統(tǒng)分別進(jìn)行了詳細(xì)

2、展開(kāi)與討論,提出了各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方案和軟硬件實(shí)現(xiàn)。工位智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 QCOS 控制、物料拉動(dòng)、質(zhì)量追溯、 員工管理等多種功能的集成和融合,提高了工位控制的總體效率和 信息交流暢通度, 解決了系統(tǒng)硬件成本節(jié)省瓶頸。 CAN 總線在 QCOS 設(shè)計(jì)中的引入、用刷卡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) PPS 物料拉動(dòng)及無(wú)線電子拉動(dòng)系統(tǒng) (RF-EPS 的設(shè)計(jì)等內(nèi)容也頗具應(yīng)用新意和價(jià)值。關(guān)鍵詞 :工位控制, CAN , QCOS ,防錯(cuò),生產(chǎn)拉動(dòng)系統(tǒng),電 子拉動(dòng)系統(tǒng)THE DESIGN AND REALIZATION OF INTEGRATED INTELLIGENT CONTROL SYSTEM ON FLEXIBL

3、E LINE WORKSTATIONABSTRACTThe workstation control system in Auto-Industry flexible line plays a key role to increase the production efficiency, improve the communication, guarantee the integrality of shops information record and enhance the error-proof & information security.The paper proposes a

4、 design to set up an Integrated Intelligent Control System (IICS based on on-site bus line to consolidate the current different control function systems in workstations. The exiting problems of the current system are presented, analyzed and summarized. The integrated solution are given and the desig

5、n scheme and software of three sub-systems like the QCOS, PPS(Production Pulling System and Quality Trace-back System are discussed and studied.The integration of multiple functions, such as QCOS, material pulling system, quality trace-back system and employee management, are realized by the IICS. T

6、he workstation control efficiency and information communication are greatly improved, resulting in a brand new idea to solve the hardware cost saving issue. Also, there are many other valuableinnovations, like CAN application in QCOS design, Electric ID card application in PPS and the design of RF-E

7、PS.Keywords: Control of the workstation, CAN, QCOS, Error-proofing, PPS, EPS附件四上海交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)行研 究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他 個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人 和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本 人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名:包曄日期:2005 年 3 月 8 日附件五上海交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保

8、留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校 保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和 借閱。本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù) 據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 保密 ,在本學(xué)位論文屬于不保密 。(請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“ ” 學(xué)位論文作者簽名:包曄 指導(dǎo)教師簽名:奚立 峰日期:2005 年 3月 8日 日期:2005年 3月 8日第一章 緒論1.1 課題背景本課題來(lái)自上海某知名汽車(chē)有限公司 T 公司。總投資 15.2億美元的 T 公司是迄今為止最大的中美合資企業(yè),依靠世界最 先進(jìn)的生產(chǎn)制造技術(shù)、世界一流的工藝設(shè)備、

9、精益生產(chǎn)及質(zhì)量管理體系,以及 以顧客為中心的理念和中外雙方的精誠(chéng)合作, T 公司正努力開(kāi)創(chuàng)中國(guó)汽車(chē)工業(yè) 的新世紀(jì)。今后五到十年, T 公司將力爭(zhēng)成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的全系列乘用車(chē)制造和銷(xiāo)售企 業(yè)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),公司不僅必須在已有的業(yè)務(wù)領(lǐng)域繼續(xù)保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),還 必須在更為激烈和多變的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中開(kāi)拓新的業(yè)務(wù)。通過(guò)依托先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技 術(shù)、實(shí)施柔性化生產(chǎn)系統(tǒng)、提升企業(yè)運(yùn)作水平,將成為 T 公司保持領(lǐng)先的競(jìng)爭(zhēng) 能力的重要手段。T 公司生產(chǎn)線大量使用自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)控制的柔性化先進(jìn)設(shè)備。其中車(chē)身 車(chē)間采用可編程的設(shè)計(jì),可以生產(chǎn)兩種不同車(chē)身;動(dòng)力總成車(chē)間的柔性單軸高 速計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)械加工中心用于生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速

10、箱零部件?？傃b車(chē)間的 柔性制造控制系統(tǒng)包括 FLEX 柔性制造、 A VI 車(chē)體自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、 ANDON 質(zhì) 量和物料電子看板系統(tǒng)、 PMC 制造監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、 TC 目標(biāo)控制系統(tǒng)等。然而,在競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的汽車(chē)制造業(yè)中,以不斷降低成本和增加系統(tǒng)集成 度來(lái)提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益仍是企業(yè)生存的不二法則。這就要求已取得卓越 業(yè)績(jī)的 T 公司仍舊應(yīng)抱著“生于憂患”的奮斗信念來(lái)不斷完善和改造自己,以 尋求更高層面的突破和成功。本文對(duì) T 公司工位控制系統(tǒng)進(jìn)行了了較為詳盡的討論分析。文章希望在該 領(lǐng)域理論層面和實(shí)際應(yīng)用層面所形成的成果,能直接成為 T 公司使之在激烈競(jìng) 爭(zhēng)中立于不敗之地的眾多企業(yè)“瑰寶”

11、之一,當(dāng)然也希望能夠成為國(guó)內(nèi)其他汽 車(chē)制造企業(yè)的“他山之石” ,為國(guó)產(chǎn)汽車(chē)將終究能立穩(wěn)于全面開(kāi)放的中國(guó)汽車(chē)市 場(chǎng)而添一份自信與力量。1.2 研究意義柔性生產(chǎn)在 T 公司的廣泛使用極大地提高了生產(chǎn)線上的工時(shí)利用率和生產(chǎn) 效率,彌補(bǔ)了單一車(chē)型生產(chǎn)時(shí),由于缺件、倒線所造成的工時(shí)空耗和空線現(xiàn)象。 同時(shí)柔性化生產(chǎn)也是計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)的一種方式。在制造系統(tǒng)中的柔性可以表述為兩個(gè)方面。第一方面是系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境 變化的能力,可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程度來(lái)衡量;第二方面是系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi) 部變化的能力,可用在有干擾(如機(jī)器出現(xiàn)故障情況下,這時(shí)系統(tǒng)的生產(chǎn)率 與無(wú)干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比可以用來(lái)衡量柔性。 “ 柔性

12、” 是相對(duì)于 “ 剛性 ” 而言的,傳統(tǒng)的 “ 剛性 ” 自動(dòng)化生產(chǎn)線主要實(shí)現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。剛性的 大批量制造自動(dòng)化生產(chǎn)線只適合生產(chǎn)少數(shù)幾個(gè)品種的產(chǎn)品,難以應(yīng)付多品種中 小批量的生產(chǎn)。相對(duì)于過(guò)去手工的、機(jī)械的生產(chǎn)方式,柔性化生產(chǎn)更強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)軟件的基 礎(chǔ),靈活性、調(diào)整方便以及人性化的空間。據(jù) T 公司多年柔性生產(chǎn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì), 柔性制造生產(chǎn)系統(tǒng)可提高生產(chǎn)設(shè)備的利用率約 50%-100%,減少設(shè)備占用面積 約 40%-60%,節(jié)省操作人員約 20%-40%。大量柔性化數(shù)控先進(jìn)設(shè)備的使用,可 以在引入生產(chǎn)新款汽車(chē)時(shí),方便而又經(jīng)濟(jì)地轉(zhuǎn)產(chǎn),而不需象傳統(tǒng)生產(chǎn)線那樣花 費(fèi)大量時(shí)間、人力去調(diào)試生產(chǎn)設(shè)備。

13、如今,大小、配置截然不同的中高檔轎車(chē)、旅行車(chē)、緊湊型轎車(chē)實(shí)現(xiàn)共線 生產(chǎn), T 公司的生產(chǎn)線的柔性程度在世界汽車(chē)制造業(yè)中也是屈指可數(shù)。工位點(diǎn)的控制是整個(gè)柔性生產(chǎn)線優(yōu)良與否的關(guān)鍵所在。1.3 研究現(xiàn)狀本文所研究的工位控制是指對(duì)總裝車(chē)間柔性生產(chǎn)線上工位點(diǎn)的控制。我們 把一輛車(chē)的裝配分解成許多個(gè)工作要素(步驟 ,把這些要素按裝配的部位(工 位分成組,每一組叫做一個(gè)工位的工作要素組,我們把對(duì)一個(gè)工位的工作要素組的控制稱(chēng)之為工位(點(diǎn)控制。每個(gè)工位控制和每個(gè)工位要素組一樣,都 是根據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)單”來(lái)執(zhí)行的,各個(gè)工位控制在內(nèi)容上相互之間沒(méi)有重復(fù), 也沒(méi)有遺漏,它們構(gòu)成一個(gè)連貫的整體,共同完成對(duì)車(chē)輛的裝配。

14、工位暗燈板A :操作工B :工位槍C :QCOS 復(fù)位按鈕(BYPASS D :QCOS 扭矩控制器E :EPS 物料需求按鈕F :線旁 EPS 物料G :PPS 物料看板卡H :線旁 PPS 物料I :工位板圖 1-1 工位布局圖Fig.1-1 the Layout of Worker s Location圖 1-1簡(jiǎn)單示意了 T 公司工位號(hào)為“ 023”工位的物理布局。流水線載著待 加工車(chē)從右向左以恒定的線速度(流水線速度移動(dòng)。固定在該工位上工作的 操作員工對(duì)每一輛進(jìn)入該工位的待加工車(chē)進(jìn)行該工位的工作要素組操作,并且 必須在該車(chē)隨著流水線移出該工位前完成工作。 “ 023”工位的工作要素組

15、可簡(jiǎn) 單概括為:操作工根據(jù)不同車(chē)型選取不同的線旁物料,用工位槍對(duì)待加工車(chē)進(jìn) 行相應(yīng)的物料加工。但是,操作工除了完成該工位的工位要素組外,還要負(fù)責(zé)協(xié)同工位控制各 系統(tǒng)完成對(duì)該工位的工位控制。由圖 1-1可以看出,每個(gè)工位在硬件上主要包 括 QCOS 控制系統(tǒng)、物料架、工位板等部分,由幾個(gè)工位構(gòu)成的一個(gè)工段擁有 一個(gè)暗燈板。其中, QCOS 控制系統(tǒng)用于對(duì) QCOS 點(diǎn)的控制,它是工位控制的 核心部分,這部分當(dāng)前面臨的一個(gè)重要問(wèn)題就是如何對(duì) QCOS 點(diǎn)進(jìn)行防錯(cuò)控制; 物料架用于放置所需的零配件,其背后涉及到物料拉動(dòng)的問(wèn)題;工位板用于顯 示現(xiàn)場(chǎng)的控制信息,它包括標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)單、工作指令單、物料數(shù)據(jù)單、

16、質(zhì)量檢查 單、 1/50布局圖、制造問(wèn)題等多項(xiàng)內(nèi)容,對(duì)工位控制起到指導(dǎo)和質(zhì)量保障的作用;操作用工暗燈板向班組長(zhǎng)等尋求支持。另外,每四個(gè)工段設(shè)置一個(gè)質(zhì)量檢 查點(diǎn),進(jìn)行質(zhì)量在線控制。圖 1-2從邏輯的角度對(duì)工位控制進(jìn)行了說(shuō)明。如圖所示,工位控制根據(jù)功 能可以分為獨(dú)立的三大塊:QCOS 防錯(cuò)控制、物料拉動(dòng)控制和質(zhì)量追溯,其中 物料拉動(dòng)控制又分為 EPS 物料拉動(dòng)和 PPS 物料拉動(dòng)。我們?nèi)砸浴?023”工位為 例,該工位中的 QCOS 防錯(cuò)控制由 QCOS 扭矩控制器、 BYPASS 按鈕及工位槍 組成,操作工需要協(xié)同完成該防錯(cuò)控制系統(tǒng)的工作,預(yù)防及檢驗(yàn)是否存在工位 槍誤打、漏打、多打等操作失誤情況

17、。線旁物料快消耗完時(shí),操作工需要及時(shí) 用 PPS 用看板卡啟動(dòng) PPS 物料拉動(dòng)系統(tǒng)或按 EPS 物料按鈕來(lái)啟動(dòng) EPS 物料拉動(dòng) 系統(tǒng)。而工位板、暗燈線和暗燈板幫助操作工實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)求助和質(zhì)量追溯。 圖 1-2 工位控制系統(tǒng)邏輯圖Fig.1-2 the logical scheme of Worker s Location control system下面就對(duì)工位控制涉及到的 QCOS 點(diǎn)的防錯(cuò)控制、對(duì)物料拉動(dòng)的控制和對(duì) 質(zhì)量的控制這幾個(gè)方面的技術(shù)和相關(guān)知識(shí)加以說(shuō)明。1防錯(cuò)技術(shù)在介紹防錯(cuò)技術(shù)之前,先介紹一下與之密切相關(guān)的目標(biāo)“零缺陷”。在現(xiàn)代企業(yè)的激烈的競(jìng)爭(zhēng)中,企業(yè)對(duì)質(zhì)量的要求越來(lái)越高,零缺陷的

18、質(zhì)量 是設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)所追求的目標(biāo)。被譽(yù)為全球質(zhì)量管理大師、 “零缺陷”之父和偉大的管理思想家克勞士比, 從 60年代初提出“零缺陷”思想,并在美國(guó)推行零缺陷運(yùn)動(dòng)。后傳至日本,在日本制造業(yè)中全面推廣,使日本的制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量迅速提高,并且達(dá)到了世界 級(jí)水平,繼而擴(kuò)大到工商業(yè)所有領(lǐng)域 1?！傲闳毕荨庇址Q(chēng)無(wú)缺點(diǎn) ZD ,零缺陷管理的思想主張企業(yè)發(fā)揮人的主觀能動(dòng) 性來(lái)進(jìn)行經(jīng)營(yíng)管理,生產(chǎn)者、工作者要努力使自己的產(chǎn)品、業(yè)務(wù)沒(méi)有缺點(diǎn),并 向著高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)而奮斗。它要求生產(chǎn)工作者從一開(kāi)始就本著嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài) 度把工作做得準(zhǔn)確無(wú)誤,在生產(chǎn)中從產(chǎn)品的質(zhì)量、成本與消耗、交貨期等方面 的要求來(lái)合理安排,而不是依靠事

19、后的檢驗(yàn)來(lái)糾正。零缺陷強(qiáng)調(diào)預(yù)防系統(tǒng)控制 和過(guò)程控制。開(kāi)展零缺陷運(yùn)動(dòng)可以提高全員對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和業(yè)務(wù)質(zhì)量的責(zé)任感, 從而保證產(chǎn)品質(zhì)量和工作質(zhì)量。防錯(cuò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“零缺陷”強(qiáng)有力的手段。防錯(cuò) (poka-yoke是日本工程師 Shigeo Shingo在 20世紀(jì) 60年代提出的。 Poka-yoke 是日本語(yǔ),本義就是“防止錯(cuò)誤”的意思。 POKA-YOKE 的基本理 念主要有如下三個(gè): 決不允許哪怕一點(diǎn)點(diǎn)缺陷產(chǎn)品出現(xiàn),要想成為世界的企業(yè),不僅在觀念 上,而且必須在實(shí)際上達(dá)到零缺陷。 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境,每一天的每一件事都可能出現(xiàn),差錯(cuò)導(dǎo)致 缺陷,缺陷導(dǎo)致顧客不滿和資源浪費(fèi)。 我們不可能消除差錯(cuò)

20、,但是必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)和立即糾正,防止差錯(cuò)形成缺 陷。防錯(cuò)的目的是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中盡可能早地發(fā)現(xiàn)和改正錯(cuò)誤,杜 絕產(chǎn)品缺陷的產(chǎn)生 2。防錯(cuò)裝置的應(yīng)用在全行業(yè)進(jìn)行推廣,消除人為失誤所造 成的產(chǎn)品缺陷。它是零缺陷防錯(cuò)理念和技術(shù)的物化體現(xiàn)。絕大部分的缺陷故障 都是由人的疏忽失誤造成的,控制消除人為的差錯(cuò)可以大大降低缺陷率甚至消 除缺陷。而零缺陷是當(dāng)今激烈競(jìng)爭(zhēng)下各企業(yè)所追求的質(zhì)量目標(biāo)。因而防錯(cuò)裝置 的開(kāi)發(fā)應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。一般來(lái)說(shuō) , 防錯(cuò)裝置在生產(chǎn)過(guò)程中可以起到以下作用:(1 遇到異常 (缺陷 時(shí)停止;(2 控制過(guò)程 , 使缺陷件不能流到下道工序;(3 將要發(fā)生或遇到異常 (缺陷 時(shí)發(fā)

21、出警告。由此,防錯(cuò)裝置能夠有效地防止各種人為的失誤,保證了“不接受缺陷、 不制造缺陷、不傳遞缺陷”的精益生產(chǎn)原則。一般來(lái)說(shuō)好的防錯(cuò)裝置,無(wú)論實(shí)施的情況怎樣,都應(yīng)有一些共同的特征 3:(1 防錯(cuò)裝置應(yīng)該是簡(jiǎn)單而廉價(jià)的,如果太過(guò)復(fù)雜或昂貴,那么這些裝置就 不具有成本效益;(2 防錯(cuò)裝置應(yīng)該是具體而富有針對(duì)性的,不能是華而不實(shí)的東西;(3 防錯(cuò)裝置應(yīng)該放置在靠近錯(cuò)誤發(fā)生的地方,可以向工人提供快速的反 饋,使錯(cuò)誤可以得到盡快的修正。質(zhì)量預(yù)防體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)過(guò)程中,都可以稱(chēng)之為防錯(cuò)設(shè)計(jì)或防錯(cuò) 技術(shù)。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外已有許多企業(yè)在各個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展了對(duì)防錯(cuò)技術(shù)的研究。比如匯 眾公司是開(kāi)展“零缺陷”活動(dòng)最早的企

22、業(yè),近 10 年來(lái)開(kāi)發(fā)零缺陷裝置 600 多例, 創(chuàng)造了巨大的價(jià)值,取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn),以“防錯(cuò)裝置”開(kāi)發(fā)為中心的零缺陷 實(shí)踐是該公司深化“零缺陷”管理、培育質(zhì)量文化的物質(zhì)和精神財(cái)富。延鋒偉 世通建立了公司的全員設(shè)備維修系統(tǒng) TEM ,并利用 MAXIMO 工具軟件開(kāi)展預(yù) 防性維修,以預(yù)防為首要手段,達(dá)到“零”的計(jì)劃外停機(jī),降低維修成本和備 件庫(kù)存。上汽安吉物流公司根據(jù)本企業(yè)的特點(diǎn),將“零缺陷”實(shí)施重點(diǎn)放在汽 車(chē)整車(chē)運(yùn)輸過(guò)程中的“零質(zhì)損”上,不斷對(duì)整車(chē)貯運(yùn)過(guò)程中引起“質(zhì)損”的各 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行改善和加強(qiáng),并加強(qiáng)過(guò)程的控制。2物料拉動(dòng)在所謂現(xiàn)代意義的“降低成本”為基本目標(biāo)的指引下,現(xiàn)代企業(yè)更多采用

23、“精益生產(chǎn)”來(lái)替代以前的“規(guī)模生產(chǎn)” 。精益生產(chǎn)適用于多品種小批量生產(chǎn), 這使之更適應(yīng)于商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈的當(dāng)代社會(huì)。與此同時(shí),精益生產(chǎn)所要求的“徹底消除浪費(fèi)”和“降低庫(kù)存”越來(lái)越受 到制造業(yè)界的重視。同樣實(shí)施精益生產(chǎn)的 T 公司采用的物料拉動(dòng)是一種通過(guò)控 制物流來(lái)補(bǔ)充消耗掉的資源的一種方法。 4為實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)所要求的生產(chǎn)準(zhǔn)時(shí) 制,國(guó)內(nèi)外許多企業(yè)往往采用拉動(dòng)式作業(yè)方法,即由下游生產(chǎn)工位對(duì)物料需求 的實(shí)況(生產(chǎn)作業(yè)流 ,實(shí)時(shí)地拉動(dòng)上游車(chē)間暫存?zhèn)}庫(kù)或采購(gòu)倉(cāng)庫(kù)至生產(chǎn)工位的 準(zhǔn)時(shí)送貨(配送作業(yè)流 。T 公司的拉動(dòng)式物流方式在廠內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)物流模式主要分為兩類(lèi):根據(jù)實(shí)際的 零件消耗來(lái)補(bǔ)充物料的生產(chǎn)拉動(dòng)系統(tǒng) PP

24、S(Production Pull System和電子拉動(dòng)系 統(tǒng) EPS(Electronic Pull System。當(dāng)前生產(chǎn)線上, PPS 使用的是看板拉動(dòng)系統(tǒng)。操作人員開(kāi)始用料時(shí),把開(kāi)始使用的零件的看板卡片放在一個(gè)盒子里,然后暗燈系統(tǒng)會(huì)在固定的時(shí)間間隔 (比如兩小時(shí)來(lái)通知收集卡片的人員,把卡片收集上交給物料部門(mén),順便帶 走空箱子,物料部門(mén)再把卡片掃描進(jìn)電腦,根據(jù)卡片運(yùn)送物料到相應(yīng)工位,并 在所補(bǔ)充的零件里面放上卡片。當(dāng)前采用的 EPS 系統(tǒng)為暗燈拉動(dòng)系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員在零件使用到規(guī)定的 較少數(shù)量時(shí),就通過(guò)按鈕發(fā)出拉動(dòng)信號(hào),然后物料附近的暗燈板上對(duì)應(yīng)工位的 燈就會(huì)閃爍,叉車(chē)司機(jī)就會(huì)取走該工

25、位的卡片,然后按對(duì)應(yīng)的按鈕給以確認(rèn), 并向該工位送卡片上所對(duì)應(yīng)的物料。由于每個(gè)工位至多有一個(gè)需要使用 EPS 的 關(guān)鍵零件,因而叉車(chē)司機(jī)就可以根據(jù)所取卡片的工位號(hào)來(lái)運(yùn)送相應(yīng)的零件到工 位上。另外卡片的右上角有不同顏色的標(biāo)記來(lái)表示該零件的緊急程度,叉車(chē)司 機(jī)就揀最緊急的零件運(yùn)送。3質(zhì)量追溯生產(chǎn)制造企業(yè)的質(zhì)量管理中,質(zhì)量跟蹤和質(zhì)量追溯是至關(guān)重要的環(huán)節(jié),這 同時(shí)也是 ISO9000質(zhì)量管理體系的基本要求之一。質(zhì)量跟蹤和質(zhì)量追溯也是廠 家查找質(zhì)量問(wèn)題的重要手段和質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)的必要手段 5。在現(xiàn)實(shí)中,這也是 追回問(wèn)題產(chǎn)品的必要途徑。質(zhì)量追溯貫穿了從產(chǎn)品采購(gòu)到售后服務(wù)的全過(guò)程。要實(shí)現(xiàn)質(zhì)量追溯就要求 對(duì)采購(gòu)

26、、生產(chǎn)、庫(kù)房管理、裝配、售后服務(wù)等各階段的產(chǎn)品信息給予全面的記 錄,然后根據(jù)記錄的信息實(shí)現(xiàn)對(duì)原材料和產(chǎn)品的追溯。質(zhì)量追溯可以分為正向追溯和反向追溯。(1正向追溯:正向追溯要求從指定物資(外構(gòu)物資、鑄件、零件追溯到加工過(guò)程各個(gè) 環(huán)節(jié)及所在成品的信息。正向追溯有四條線,分別是:外購(gòu)物資正向追溯;鑄 件正向追溯;關(guān)鍵件正向追溯;非關(guān)鍵件正向追溯。外購(gòu)物資正向追溯。根據(jù)選定物資的交檢單記錄查出其交檢單編號(hào);用交 檢單編號(hào)查出庫(kù)存記錄;由庫(kù)存記錄中的庫(kù)存標(biāo)識(shí)(可以由時(shí)間、物資的圖號(hào) 和在庫(kù)房中的位置組成查出零件檢驗(yàn)記錄和成品檢驗(yàn)記錄;如果零件是非關(guān) 鍵零件,用零件的檢驗(yàn)記錄查出零件的庫(kù)存記錄,進(jìn)而用庫(kù)存

27、標(biāo)識(shí)在成品裝配 記錄中查出零件所安裝的成品;如果零件是關(guān)鍵零件,用件號(hào)在成品裝配記錄 中查出零件所安裝的成品;用成品編號(hào)查出成品的安裝位置和維修情況。鑄件正向追溯。根據(jù)鑄件檢驗(yàn)記錄查出其交檢單編號(hào);用交檢單編號(hào)查出 庫(kù)存記錄;由庫(kù)存記錄中的庫(kù)存標(biāo)識(shí)查出對(duì)應(yīng)的零件檢驗(yàn)記錄。再由零件檢驗(yàn)記錄查出對(duì)應(yīng)成品信息。關(guān)鍵件正向追溯。用關(guān)鍵件件號(hào)查詢成品裝配記錄,得到成品信息。非關(guān)鍵件正向追溯。用非關(guān)鍵件檢驗(yàn)記錄編號(hào)查出該批非關(guān)鍵件批號(hào),用 批號(hào)在成品產(chǎn)品配件表中查出其所在成品。(2反向追溯:反向追溯要求從成品質(zhì)量問(wèn)題(一般是客戶使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)追溯出該成 品所用物資(外購(gòu)物資、零件的采購(gòu)加工過(guò)程,找到責(zé)任點(diǎn)

28、。反向追溯的查找步驟是:根據(jù)維修記錄中的成品編號(hào)找到成品檢驗(yàn)記錄和 對(duì)應(yīng)產(chǎn)品配件表;根據(jù)產(chǎn)品配件表上每條記錄中的關(guān)鍵件件號(hào)、零件庫(kù)存標(biāo)識(shí) 或外構(gòu)物資庫(kù)存標(biāo)識(shí)查出關(guān)鍵件加工和檢驗(yàn)過(guò)程信息、非關(guān)鍵件加工和檢驗(yàn)過(guò) 程信息或外構(gòu)物資檢驗(yàn)信息。再由零件檢驗(yàn)記錄編號(hào)查出所用外購(gòu)物資或鑄件 檢驗(yàn)信息。通過(guò)研究現(xiàn)狀,當(dāng)前問(wèn)題在系統(tǒng)集成和各控制系統(tǒng)的功能健全上都有所暴 露。下面簡(jiǎn)單列舉了的幾大問(wèn)題,在本文三、四章節(jié)中將會(huì)詳細(xì)展開(kāi)與討論。1當(dāng)前 T 公司總裝車(chē)間柔性生產(chǎn)線在工位上的控制系統(tǒng)不是一個(gè)集成的系統(tǒng), 它的各個(gè)功能(包括 QCOS 控制、物料拉動(dòng)、質(zhì)量追溯、員工考評(píng)等都是通 過(guò)各個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。造成

29、如下問(wèn)題:1 硬件設(shè)備在使用上重復(fù)浪費(fèi),增加了成本;2 信息的流通被隔離開(kāi),嚴(yán)重阻礙了各個(gè)功能系統(tǒng)之間的信息交流,并且 不利于各種信息全面、詳實(shí)的記錄;3 各個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)不利于整個(gè)工位的統(tǒng)一控制,使對(duì)工位的控制管理復(fù)雜 化,容易出錯(cuò);4 不便于工位的重新安排調(diào)整;5 工位硬件系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜。2當(dāng)前 QCOS 防錯(cuò)系統(tǒng)存在問(wèn)題:1 當(dāng)前的 QCOS 控制盒,針對(duì)同一工位上不同車(chē)型之間存在 QCOS 的控 制數(shù)量不同的情況,很難用一把擰緊工具完成這樣的防錯(cuò)判斷,存在質(zhì) 量風(fēng)險(xiǎn);2現(xiàn)場(chǎng)所采用的方法大多為人工控制 (Witness Mark或加裝 PLC 來(lái)控制不 同車(chē)型之間的扭矩?cái)?shù)量,而結(jié)果會(huì)造成一方

30、面改裝成本過(guò)高,另一方面 也對(duì)以后的升級(jí)帶來(lái)不必要的麻煩;3 易因操作工的人工選擇和實(shí)際不匹配而導(dǎo)致不必要的停線,影響生產(chǎn) 率。3目前的使用的物料拉動(dòng) PPS 系統(tǒng)存在問(wèn)題:1 容易造成操作人員由于疏忽而放錯(cuò)卡片;2 引起質(zhì)量問(wèn)題,影響裝配效率;3 需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)收集卡片的人,這樣既浪費(fèi)了人力資源,又增加了收集卡 片上交的時(shí)間。4當(dāng)前的 EPS 系統(tǒng)存在問(wèn)題:1 由 于每個(gè)零件都對(duì)應(yīng)一個(gè)按鈕,因而會(huì)增加按鈕數(shù)量,造成硬件資源上 的浪費(fèi);2 叉 車(chē)司機(jī)需要隨時(shí)注意暗燈系統(tǒng)的電子看板,就會(huì)增加了叉車(chē)的行駛路 線;3 因 增加路線引起的安全問(wèn)題增加的可能;4 增 加叉車(chē)司機(jī)等待時(shí)間,等待浪費(fèi)。5當(dāng)前的

31、質(zhì)量追溯存在的問(wèn)題:1 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息獲取不全面,不可靠;2 員工的操作信息無(wú)法實(shí)時(shí)、同步、準(zhǔn)確地記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)里;3 當(dāng)前員工的輪崗信息都記錄在紙上,這有可能導(dǎo)致信息記錄的疏漏和不 實(shí)。不利于找出操作的執(zhí)行者來(lái)承擔(dān)責(zé)任;4 不能追蹤工作正常情況下操作者。1.4 研究目標(biāo)及內(nèi)容本課題的研究目標(biāo):為 T 公司開(kāi)發(fā)一套基于現(xiàn)場(chǎng)總線的工位智能控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn) QCOS 控制、物料拉動(dòng)、質(zhì)量追溯、員工管理等功能。提高工位控制的總體效率,在成本上節(jié)約硬件資源,使信息交流暢通,使 信息的記錄詳實(shí)、全面,同時(shí)便于操作人員控制和管理,防止錯(cuò)誤的發(fā)生。1 開(kāi)發(fā)一套控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前工位控制中由多個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的功

32、能。2 讓工人僅使用一套擰緊工具扭矩控制系統(tǒng)就能完成對(duì)不同數(shù)量相同扭矩 QCOS 點(diǎn)的操作,節(jié)約資源,避免工人的選擇失誤,成功實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的防錯(cuò)。3 改進(jìn)當(dāng)前的生產(chǎn)拉動(dòng)系統(tǒng) (PPS和電子拉動(dòng)系統(tǒng)(EPS 。使改進(jìn)后的生產(chǎn)拉 動(dòng)系統(tǒng)無(wú)需操作人員來(lái)報(bào)告零件的使用情況,而是由物料部門(mén)決定物料的補(bǔ)充, 只需操作人員通過(guò)用戶刷卡系統(tǒng)刷卡確認(rèn)即可,從而避免操作人員的疏忽,保 證質(zhì)量,節(jié)約人力資源和時(shí)間。使改進(jìn)后的無(wú)線電子拉動(dòng)系統(tǒng)(RF-EPS 節(jié)約 硬件資源和生產(chǎn)線上的空間,解決由暗燈系統(tǒng)的電子看板造成的瓶頸問(wèn)題,節(jié) 約人力資源,增強(qiáng)安全性。4 把各種有用信息全面、詳實(shí)地記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)這些信息實(shí)現(xiàn)

33、質(zhì)量追 溯,找出錯(cuò)誤操作的執(zhí)行者,實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)控制,為員工輪崗制度的實(shí)施提供有力 的保障,為員工績(jī)效評(píng)估提供可靠的依據(jù)。1 該工位智能控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了 QCOS 控制、物料拉動(dòng)、質(zhì)量追溯、員工管 理等多種功能的集成和融合。該系統(tǒng)的出臺(tái),大大提高了工位控制的總體效率 和信息交流暢通度,并解決了在國(guó)內(nèi)柔性制造業(yè)中的系統(tǒng)硬件成本節(jié)省瓶頸的 這一突出問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)到相關(guān)技術(shù)報(bào)道。2 CAN 總線在 QCOS 設(shè)計(jì)中的引入。3 用刷卡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) PPS 物料拉動(dòng)。4 無(wú)線電子拉動(dòng)系統(tǒng)(RF-EPS 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。5 質(zhì)量追溯信息采集子系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。第二章 工位控制理論,分別對(duì) QCOS 防錯(cuò)、物料拉動(dòng)及

34、質(zhì)量追溯這三種 工位控制理論及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了介紹。第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì),提出了文章對(duì)該系統(tǒng)的總體方案的設(shè)計(jì)構(gòu)想,單系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn) QCOS 防錯(cuò)、物料拉動(dòng)及質(zhì)量追溯等功能。第四章 子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),分別對(duì) QCOS 防錯(cuò)子系統(tǒng)、物料拉動(dòng)子系 統(tǒng)及質(zhì)量追溯子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)講述,并提供了相應(yīng)的軟硬件設(shè) 計(jì)方案。第五章 總結(jié)與展望。第二章 工位控制理論T 公司每個(gè)工位在硬件上主要包括 QCOS 控制系統(tǒng)、物料架、工位板等部 分。其中, QCOS 控制系統(tǒng)用于對(duì) QCOS 點(diǎn)的控制,它是工位控制的核心部分。 物料架用于放置所需的零配件,其背后涉及到物料拉動(dòng)的問(wèn)題。幾個(gè)工位構(gòu)成 的一個(gè)工段,每

35、四個(gè)工段設(shè)置一個(gè)質(zhì)量檢查點(diǎn),進(jìn)行質(zhì)量在線控制。所以 T 公 司工位控制理論也就主要由這三方面組成:QCOS 控制系統(tǒng)的 QCOS 防錯(cuò)控制 理論、物料拉動(dòng)理論和質(zhì)量在線控制的質(zhì)量追溯理論。本章主要對(duì) QCOS 防錯(cuò) 理論和物料拉動(dòng)理論進(jìn)行介紹。2.1 柔性生產(chǎn)的 QCOS 防錯(cuò)介紹在制造業(yè)中,為保證某個(gè)產(chǎn)品的某個(gè)關(guān)鍵特性(KPS ,就需要控制該關(guān)鍵 特性所相對(duì)應(yīng)的制造過(guò)程,并采取特殊手段。在汽車(chē)制造業(yè)中, QCOS 是最顯 著的關(guān)鍵特性之一。 QCOS 控制系統(tǒng)是用于對(duì) QCOS 點(diǎn)的控制,所以它是工位 控制的核心部分。這部分當(dāng)前所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題就是如何對(duì) QCOS 點(diǎn)進(jìn)行 防錯(cuò)控制。因而

36、, QCOS 防錯(cuò)控制理論也是工位控制理論的核心部分。在目前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下,為了適應(yīng)快速變化的市場(chǎng)需求,汽車(chē)制造公司必須 生產(chǎn)多型號(hào)、多品種、多配置的汽車(chē),增加快速響應(yīng)市場(chǎng)的能力。如果每次更 新產(chǎn)品,設(shè)備與工裝必須全部隨之更新的話,新產(chǎn)品就可能因投入過(guò)多而難以 投產(chǎn)。在這種情況下,柔性化生產(chǎn)的概念應(yīng)運(yùn)而生。柔性化生產(chǎn)線是指在一定時(shí)間內(nèi),在一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)出多種不同型號(hào)和 配置的產(chǎn)品,產(chǎn)品的品種和數(shù)量可以隨顧客需求的變化而變化。柔性生產(chǎn)極大 地提高了線上的工時(shí)利用率和生產(chǎn)效率,彌補(bǔ)了單一產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí),由于缺件、 倒線所造成的工時(shí)空耗和空線現(xiàn)象 7。同時(shí)柔性化生產(chǎn)也是基于計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)的一種方式。相對(duì)

37、于過(guò)去手工的、 或鋼性流水線的生產(chǎn)方式,柔性化生產(chǎn)更強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)軟件的基礎(chǔ),靈活性、調(diào) 整方便以及人性化的空間。據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì),柔性制造生產(chǎn)系統(tǒng)可提高生產(chǎn)設(shè)備的 利用率 50%-100%,減少設(shè)備占用面積 40%-60%,節(jié)省操作人員 20%-40%8。柔性生產(chǎn)線包括三個(gè)方面的內(nèi)容:生產(chǎn)線對(duì)新產(chǎn)品的適應(yīng)性;同一生產(chǎn)線 的多品種通過(guò)性;裝配工時(shí)的彈性。能同時(shí)具備上述三方面內(nèi)容的生產(chǎn)線,即 為柔性生產(chǎn)線。本文作者在采訪豐田汽車(chē)廠時(shí),據(jù)該廠工作人員介紹:在豐田汽車(chē)廠的 Coronas 生產(chǎn)線上,可以生產(chǎn)多種類(lèi)型的汽車(chē),每種車(chē)型的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、 加速器、空調(diào)、車(chē)門(mén)或其他部件不同; 8小時(shí)單班生產(chǎn) 250輛

38、 sedan 、 125輛 hardtop 、 125輛 wagon 。而當(dāng)前, T 公司能集中高檔轎車(chē)、旅行車(chē)、緊湊型轎 車(chē)同一條生產(chǎn)線生產(chǎn),在世界汽車(chē)制造業(yè)也是屈指可數(shù)。QCOS 全稱(chēng)為 Quality Control and Operation System。在汽車(chē)的裝配生產(chǎn)線的 每個(gè)工位上, 每一個(gè)需要擰緊螺栓的點(diǎn)稱(chēng)為一個(gè) QCOS 點(diǎn), 實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè) QCOS 點(diǎn)的控制就被成為 QCOS 控制。而 QCOS 控制盒就是用來(lái)控制擰緊工具的,它 和擰緊工具一起稱(chēng)作擰緊工具扭矩控制系統(tǒng)。 QCOS 控制盒具體實(shí)物見(jiàn)圖 2-1 :圖 2-1 QCOS控制盒Fig.2-1 QCOS Contr

39、ol Box圖 2-2示意了 QCOS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。每個(gè)工位有一把或多把工位槍,裝配操 作工操縱工位槍實(shí)施各類(lèi)擰緊操作。每把工位槍所連接的 QCOS 控制盒 (qualifier 負(fù)責(zé)測(cè)試工位槍擰緊操作扭矩是否符合其工作要求。 如果滿足要求, 會(huì)將信號(hào)傳遞至各自對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)接口,然后,操作工需要手工復(fù)位數(shù)據(jù)接口上 的復(fù)位按鈕。復(fù)位信息通過(guò)數(shù)據(jù)總線匯總?cè)?PLC 然后傳至服務(wù)器;如果不滿足 要求,則復(fù)位無(wú)效。 圖 2-2 QCOS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2-2 QCOS system structure目前, T 公司每把工位槍上的“系統(tǒng)復(fù)位計(jì)數(shù)值”是固定的。具體的講, 系統(tǒng)在該工位上對(duì)某種車(chē)型所要求的

40、工位槍擰緊操作次數(shù)是固定的,并設(shè)置在 數(shù)據(jù)接口中,該固定的設(shè)置值稱(chēng)“系統(tǒng)復(fù)位計(jì)數(shù)值” 。操作工每完成一次擰緊操 作,就應(yīng)當(dāng)人工執(zhí)行一次系統(tǒng)復(fù)位操作,產(chǎn)生一次系統(tǒng)復(fù)位信息。系統(tǒng)會(huì)收集 該復(fù)位信息,并累加計(jì)算出該工位的操作工“人工復(fù)位次數(shù)” 。當(dāng)該“人工復(fù)位 次數(shù)”與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的固定“系統(tǒng)復(fù)位計(jì)數(shù)值”不匹配時(shí),系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào) 警。以此來(lái)進(jìn)行防錯(cuò)控制。1T 公司舊廠的 QCOS 控制使用的是 PLC 控制,該系統(tǒng)經(jīng)歷了三個(gè)階段的發(fā) 展歷程。三個(gè)階段基本原理是一樣的,具體軟硬件改進(jìn)如下:第一階段:從 1998年到 2000年,實(shí)現(xiàn)了基本的暗燈操作,裝配線柔性化 程度不高,在一條線上只能完成單一車(chē)型的

41、 QCOS 控制。此外,系統(tǒng)可以對(duì)工 位的 QCOS 數(shù)量進(jìn)行修改。第二階段:從 2000年到 2002年,提高了裝配線的柔性化,在一條線上能 夠完成 A 車(chē)型和 B 車(chē)型的 QCOS 控制。在第一階段的基礎(chǔ)上增加了車(chē)型隊(duì)列修改功能和車(chē)號(hào)條形碼輸入(在流水線第一個(gè)工位功能。第三階段:從 2002至今,實(shí)現(xiàn)了裝配線的完全柔性化,能夠在一條線上完 成對(duì)所有車(chē)型的 QCOS 控制。為了增加容量以滿足更高的柔性制照要求,系統(tǒng) 在第二階段的基礎(chǔ)上,又增加了一組控制器,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)擴(kuò)容。2T 公司新廠的 QCOS 控制同樣使用 PLC 控制,但在舊廠系統(tǒng)基礎(chǔ)上,擴(kuò)大 了容量,能夠?qū)Σ煌瑪?shù)量的 QCOS 點(diǎn)進(jìn)

42、行組合。但是沒(méi)有用戶刷卡系統(tǒng),不能 識(shí)別 Bypass 操作人員身份。2.2 物料拉動(dòng)介紹物料拉動(dòng)理論和 QCOS 防錯(cuò)控制理論是沒(méi)有關(guān)系的,但是物料拉動(dòng)理論是 工位控制理論的重要組成部分。物料拉動(dòng)是一種先進(jìn)的物料供應(yīng)模式,物料供 應(yīng)是影響工位工作時(shí)間、效率的關(guān)鍵因素。物流作為客戶生產(chǎn)過(guò)程中供應(yīng)環(huán)節(jié)的一部分 , 它的實(shí)施及控制提供了有效 的、經(jīng)濟(jì)的貨物流動(dòng)及存儲(chǔ)服務(wù) , 提供貨物從原始地到消費(fèi)的相關(guān)信息 , 以期滿足 客戶的需求 4。其內(nèi)容包括為用戶服務(wù)、需求預(yù)測(cè)、情報(bào)信息聯(lián)系、物料搬運(yùn)、 定單處理、選址、采購(gòu)、包裝、運(yùn)輸、裝卸、廢料處理(也稱(chēng)逆向物流及倉(cāng) 庫(kù)管理等。 圖 2-3物料流動(dòng)示意圖

43、Fig.2-3 the Material Flow Sketch Map從圖 2-3可以看出,物料拉動(dòng)正是來(lái)源于圖示物料配送這一環(huán)節(jié),它對(duì)整 個(gè)物流作業(yè)高效實(shí)施起著十分重要的作用。物料拉動(dòng)是一種通過(guò)控制物流來(lái)補(bǔ)充消耗掉的資源的一種方法 11?，F(xiàn)代生 產(chǎn)企業(yè)為實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、高節(jié)奏的產(chǎn)品生產(chǎn),往往采用準(zhǔn)時(shí)化(Just-in-Time 生 產(chǎn)管理方式,其原理是將規(guī)定的物料在規(guī)定的時(shí)間按規(guī)定的數(shù)量送到指定的每 一道生產(chǎn)工位上,如圖 2-4所示。為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)制,國(guó)內(nèi)外許多企業(yè)往往采用拉 動(dòng)式作業(yè)方法,即由下游生產(chǎn)工位對(duì)物料需求的實(shí)況(生產(chǎn)作業(yè)流 ,實(shí)時(shí)地拉 動(dòng)上游車(chē)間暫存?zhèn)}庫(kù)或采購(gòu)倉(cāng)庫(kù)至生產(chǎn)工位的準(zhǔn)時(shí)送貨(

44、配送作業(yè)流 ,而拉動(dòng) 控制的核心是實(shí)時(shí)、正確地掌握各作業(yè)點(diǎn)物料信息、各作業(yè)點(diǎn)間的信息傳輸和 信息處理(物料信息流 ,只有以上三個(gè)流的集成才能真正實(shí)現(xiàn)拉動(dòng)式作業(yè)和準(zhǔn) 時(shí)化生產(chǎn)管理。以同樣的道理,可由暫存庫(kù)(下游來(lái)拉動(dòng)采購(gòu)件庫(kù)(上游 準(zhǔn)時(shí)地送貨,而采購(gòu)件庫(kù)實(shí)時(shí)、正確的物料信息數(shù)據(jù)是企業(yè)實(shí)現(xiàn)制造資源計(jì)劃 (MRP-和企業(yè)資源計(jì)劃(ERP 所必不可少的。物料拉動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。下面舉例說(shuō)明物料拉動(dòng)系統(tǒng)的流程:我們已經(jīng)在日常生活中遇到了許多關(guān)于拉動(dòng)的例子,那么具體到工廠里面物料拉動(dòng)又是怎么樣的呢?概念上,客戶和制造供應(yīng)商通過(guò)一系列的拉動(dòng)循環(huán)聯(lián)系起來(lái)。拉動(dòng)循環(huán)包 括內(nèi)部和外部的循環(huán)。具體來(lái)說(shuō),外部循環(huán)

45、是指公司內(nèi)部與公司外部(包括客 戶和供應(yīng)商之間的循環(huán);而內(nèi)部循環(huán)是指公司內(nèi)部運(yùn)作的循環(huán)。內(nèi)部循環(huán)詳 見(jiàn)本文 4.2小節(jié)。如圖 2-4所示,拉動(dòng)信號(hào)傳遞方向和產(chǎn)品流動(dòng)方向是相反的。在公司內(nèi)部 的拉動(dòng)循環(huán)中,每一個(gè)操作人員都既是上一個(gè)操作人員的客戶,又是下一個(gè)操 作人員的供應(yīng)者。供應(yīng)商供應(yīng)商 計(jì)劃員 營(yíng)銷(xiāo)人裝配工運(yùn)輸工裝卸工圖 2-4拉動(dòng)系統(tǒng)實(shí)例Fig.2-4 Instance of Pulling System1物料拉動(dòng)系統(tǒng)的目標(biāo)1 物料拉動(dòng)系統(tǒng)是柔性的,簡(jiǎn)單的,它的目標(biāo)是:控制和平衡物流;消除操作、庫(kù)存、修理、重復(fù)工作、設(shè)施等方 面的浪費(fèi);只生產(chǎn)和運(yùn)送消耗掉的資源;對(duì)所有資源實(shí)現(xiàn)可視化管理。

46、2影響物料拉動(dòng)系統(tǒng)的因素1 物料拉動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施受許多因素的影響,諸如:拉動(dòng)過(guò)程本身的影響;經(jīng)濟(jì)學(xué)影響;成本和運(yùn)送費(fèi)用的影響;和 供應(yīng)商物流關(guān)系的影響;貨柜運(yùn)輸?shù)挠绊?以及供應(yīng)者、客戶和倉(cāng)庫(kù) 的影響。3物料拉動(dòng)系統(tǒng)和物料推動(dòng)系統(tǒng)的區(qū)別推動(dòng)系統(tǒng)是通過(guò)預(yù)計(jì)或是計(jì)劃來(lái)補(bǔ)充資源的。表 2-1物料拉動(dòng)和物料推動(dòng)比較Tab2-1 The Difference Between Pull System And Push System 4物料拉動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):1 增加雇員的參與程度;2 允許在適合的水平上作決定;3 只允許生產(chǎn)客戶需要的產(chǎn)品;4 通過(guò)可視化控制改善客戶需求之間的交流;5 提供了一個(gè)在工廠里移動(dòng)物料的

47、通用系統(tǒng);6 消除了復(fù)雜的計(jì)劃安排;7 減少了從訂貨到交貨的時(shí)間和工作量;8 快速發(fā)現(xiàn)存在的質(zhì)量問(wèn)題;9 實(shí)現(xiàn)較低的單元成本;10 支持持續(xù)改進(jìn);11 通過(guò)統(tǒng)計(jì)拉動(dòng)信號(hào)就可以知道庫(kù)存量。第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1 總體方案的分析和確立本章針對(duì)當(dāng)前工位控制中存在的問(wèn)題來(lái)逐步分析和確立本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方 案。首先,最突出的問(wèn)題是當(dāng)前工位控制上的各個(gè)功能(包括 QCOS 控制、物 料拉動(dòng)、質(zhì)量追溯等都是由各自獨(dú)立的系統(tǒng)來(lái)完成的,造成了硬件資源的重 復(fù)浪費(fèi)、信息交流的隔離。每個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)使用著各自不同的總線和服務(wù)器, 它們之間沒(méi)有接口、沒(méi)有信息交換,但卻都服務(wù)于同一條流水線上的工位。這 對(duì)各系統(tǒng)的管理、擴(kuò)

48、容或新的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)都會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題,我們首先想到的就是如何把這些功能由一個(gè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 而怎樣把這些獨(dú)立的功能系統(tǒng)集成到一起呢?現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)很好的選擇,這 是由它所具有可靠性高、互可操作性與互換性好、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自 治性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性和開(kāi)放型好等優(yōu)點(diǎn)決定的。因此,我們的系統(tǒng) 就被確定為一個(gè)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)。至于具體選擇何種現(xiàn)場(chǎng)總線,這將在后 面的子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中根據(jù)系統(tǒng)的其它性能來(lái)確定。其次,另一個(gè)突出的問(wèn)題是 QCOS 控制防錯(cuò)性能差。具體來(lái)說(shuō),不同車(chē)型 的 QCOS 點(diǎn)在扭矩相同而數(shù)量不同時(shí), 往往采用多套擰緊工具扭矩控制系統(tǒng) (擰 緊工具加 Qualifier

49、 控制盒 , 造成了生產(chǎn)資源和操作空間上的極大的浪費(fèi),也易 使操作人員在使用工具時(shí)造成混淆,以至 Qualifier 控制盒不能正確計(jì)數(shù),大大 影響生產(chǎn)率。究其原因,是由于 Qualifier 控制盒不能根據(jù)具體的車(chē)型設(shè)定對(duì)應(yīng) 的 QCOS 點(diǎn)數(shù)量而造成的。 由此, 關(guān)鍵問(wèn)題就是如何讓每一個(gè)工位在進(jìn)行 QCOS 控制之前預(yù)先知道車(chē)型。為了解決這個(gè)問(wèn)題,我們?cè)谘b配流水線的第一個(gè)工位設(shè)立一個(gè)車(chē)型掃描器, 這樣就可以在每輛車(chē)進(jìn)入裝配線之始就得到其車(chē)型,再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳到各個(gè) 工位。而各個(gè)工位再需要一張車(chē)型 QCOS 點(diǎn)配置表就可以確定具體的 QCOS 點(diǎn) 數(shù)量以及具體情況,從而就可以實(shí)現(xiàn)由一套擰緊工

50、具扭矩控制系統(tǒng)來(lái)完成各種 車(chē)型扭矩相同時(shí)的 QCOS 控制。再次,當(dāng)前工位控制在物料拉動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)上采用了看板拉動(dòng)系統(tǒng)和暗燈 拉動(dòng)系統(tǒng)。其中,看板拉動(dòng)系統(tǒng)方法全部靠人來(lái)閱讀、傳遞和處理信息,因此工序與 工序之間,以及生產(chǎn)工位與物料配送之間,響應(yīng)速度慢、出錯(cuò)率相對(duì)較大,工 藝過(guò)程復(fù)雜的生產(chǎn)中難以做到同步反應(yīng)。針對(duì)這一問(wèn)題,我們決定徹底取消由 專(zhuān)人來(lái)讀取和傳遞物料使用信息的做法。取而代之的是讓物料部門(mén)根據(jù)通常的 用料速度計(jì)算出需要補(bǔ)充物料的時(shí)間,再通過(guò)生產(chǎn)線上的顯示終端通知現(xiàn)場(chǎng)操 作人員,操作人員只需要確認(rèn)需要補(bǔ)充的信息,物料部門(mén)就會(huì)及時(shí)送料過(guò)來(lái)。 由此我們又引入了另一個(gè)重要的硬件設(shè)備用戶刷卡器,

51、通過(guò)它來(lái)確認(rèn)物料 補(bǔ)充信息。在暗燈拉動(dòng)系統(tǒng)中,叉車(chē)司機(jī)全靠暗燈信號(hào)來(lái)確定需要補(bǔ)充的物料,因而 暗燈成了該系統(tǒng)的一個(gè)瓶頸,嚴(yán)重降低了系統(tǒng)效率和安全性。為了解決叉車(chē)司 機(jī)對(duì)暗燈看板嚴(yán)重依賴的問(wèn)題,我們引入無(wú)線電接收器,由它來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電子 拉動(dòng),徹底解決這一難題。最后,針對(duì)當(dāng)前工位控制中質(zhì)量追溯功能在實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)上存在的信息獲取不 全面,不可靠的問(wèn)題,需要增加能夠記錄信息的終端設(shè)備,而在前面討論中引 入的硬件設(shè)備就能滿足這一要求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線的連接,用戶刷卡器就可以記 錄員工操作和輪崗的各種信息并傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)里,而通過(guò) QCOS 控制器和處理 器就可以記錄車(chē)型的各種質(zhì)量信息以及物料的使用情況并傳送到數(shù)據(jù)

52、庫(kù)。因此 無(wú)需增加任何硬件設(shè)備就可以解決這一問(wèn)題。通過(guò)上面的分析,一個(gè)基于現(xiàn)場(chǎng)總線,由 QCOS 控制器、 QCOS 處理器、 車(chē)型掃描器、用戶刷卡器,再加上服務(wù)器組成的系統(tǒng)就已經(jīng)被確定,下面對(duì)這 一系統(tǒng)的總體方案進(jìn)行說(shuō)明。3.2 總體方案說(shuō)明系統(tǒng)能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)智能 QCOS 防錯(cuò)控制、物料拉動(dòng)、質(zhì)量追溯和員工管理的 功能。系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)如圖 3-1: 圖 3-1系統(tǒng)功能簡(jiǎn)圖Fig.3-1 System Function Graph系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖 3-2:網(wǎng)絡(luò)控制 服務(wù)器(QCOS 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 (物料拉動(dòng)、 質(zhì)量追溯現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線 手持式車(chē)型掃描儀 網(wǎng)絡(luò)控制器(第一個(gè)工位 網(wǎng)絡(luò)控制器 網(wǎng)絡(luò)控制

53、器 網(wǎng)絡(luò)控制 器網(wǎng)絡(luò)控制 器 網(wǎng)絡(luò)控制 器 網(wǎng)絡(luò)控制 器 網(wǎng)絡(luò)控制 器 網(wǎng)絡(luò)控制 器圖 3-2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)Fig.3-2 System Framework of the Hardware由上圖可以看出,整個(gè)系統(tǒng)是由網(wǎng)絡(luò)控制器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線的 連接而成,其中 QCOS 控制器、 QCOS 處理器、物料拉動(dòng)控制器、用戶刷卡器整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)架以智能 QCOS 子系統(tǒng)為主。在智能 QCOS 子系統(tǒng)的硬件架構(gòu) 的基礎(chǔ)上增加了一個(gè) IBM 兼容機(jī)作為物流服務(wù)器作為物料拉動(dòng)和質(zhì)量追溯服務(wù) 器。本系統(tǒng)軟件流程主要有兩條主線。一條是用于智能 QCOS 防錯(cuò)控制系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)庫(kù)配置與下載的流程。用戶可以在用

54、戶界面進(jìn)行車(chē)型和 QCOS 等內(nèi)容的配 置,然后下載到各工位,作為準(zhǔn)確確定 QCOS 數(shù)量與類(lèi)型的內(nèi)在依據(jù)。只有在 有新車(chē)型出現(xiàn)時(shí)才會(huì)重新配置和下載數(shù)據(jù)。另外一條是用于質(zhì)量追溯系統(tǒng)的各種信息記錄的流程,各種信息均可通過(guò) 用和刷卡器、 QCOS 控制器、 QCOS 處理器、車(chē)型掃描儀等已有設(shè)備記錄,再 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)加以保存。其具體流程圖將會(huì)在后面子系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加以詳細(xì)說(shuō)明。本系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶界面都用 Visual Basic開(kāi)發(fā) 。 這是由于我們要開(kāi)發(fā) 的數(shù)據(jù)庫(kù)多是以表的形式存在的,而表格控件在 VB 數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)中占有重要的 地位,它不僅有外觀整潔、表達(dá)形式規(guī)范的優(yōu)點(diǎn),而且更重要的

55、是它很高的信 息表現(xiàn)率。另外,用 VB 作開(kāi)發(fā),簡(jiǎn)單、穩(wěn)定,有廣泛的用戶基礎(chǔ)。用降壓變壓器將 220V/24V交流電,饋入每個(gè)工位控制器。所選的饋電方 案具有如下優(yōu)點(diǎn):安全電壓,無(wú)須考慮電壓降,無(wú)電磁干擾。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線有多種選擇,由于傳輸內(nèi)容都為數(shù)據(jù)量較小的控制數(shù)據(jù)信息, 故只要符合全雙工,多接入點(diǎn)的總線協(xié)議都可以作為該系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線,諸如 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 FF 、 ProfiBus 、 WorldFIP 、 ControlNet/DeviveNet、 CAN 等。在 實(shí)際設(shè)計(jì)中,考慮到針對(duì)原有現(xiàn)場(chǎng)總線的升級(jí)方便及 CAN 協(xié)議自身的協(xié)議開(kāi)放 性,我們選取 CAN 總線作為現(xiàn)場(chǎng)總線。柔性生產(chǎn)線

56、工位集成智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第四章 子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第四章 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1 QCOS防錯(cuò)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目前, T 公司總裝柔性生產(chǎn)線能夠有效地控制不同車(chē)型之間具有相同特性 的質(zhì)量問(wèn)題。比如可以在關(guān)鍵點(diǎn) QCOS 上,利用 Qualifier 控制盒扭矩控制數(shù)量 預(yù)設(shè)的固定值,對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量控制。但柔性生產(chǎn)線也對(duì)質(zhì)量控制提出了更高的 要求。 就目前的質(zhì)量控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)要解決在同一工位上不同車(chē)型之間存在 QCOS 的控制數(shù)量不同還未找到一種比較好的控制方法。根據(jù)相關(guān)資料顯示國(guó)外同類(lèi) 汽車(chē)廠針對(duì)這種情況尚無(wú)很好的解決方案。下面用具體的工位說(shuō)明該問(wèn)題。實(shí)例一: 圖 4-1 D54工位說(shuō)

57、明Fig.4-1 D54 Workers Station如圖 4-1所示, A 型車(chē)每扇門(mén)上下鉸鏈共 4個(gè)緊固螺釘。故在單邊工位前 后門(mén)共 8個(gè)螺釘需要緊固。而 B 型車(chē)只需要固定前門(mén) 4個(gè)螺釘(滑門(mén)使用不同 的緊固件 。由于目前的 QCOS 控制盒只能對(duì)固定的數(shù)目進(jìn)行控制,所以當(dāng)設(shè)置值為 4時(shí),則根據(jù)車(chē)型信息通過(guò)該工位的每輛車(chē)只需要給 QUALIFIER 發(fā)出 緊固 4個(gè)螺釘?shù)男盘?hào)后,生產(chǎn)線就自動(dòng)放行。反之,若設(shè)置值為 8時(shí),則操作 工在擰固完 A 型車(chē)的 4個(gè)螺釘后需每次將工位旁的 BYPASS 按鈕進(jìn)行復(fù)位操作, 即浪費(fèi)操作時(shí)間,又存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。 圖 4-2當(dāng)前問(wèn)題實(shí)例一Fig.4-2 the current problem實(shí)例二: C 型車(chē) D 型車(chē)圖 4-3715工位說(shuō)明Fig.4-3 715 Workers Station如圖 4-3所示, C 型車(chē)需要緊固 4個(gè)變速箱上支撐螺釘,而 D 型車(chē)需要緊 固 3個(gè)。同樣 QCOS 控制盒只能對(duì)固定數(shù)目控制。需要人工對(duì) BYPASS 按鈕進(jìn) 行復(fù)位操作,既浪費(fèi)操作時(shí)間,又存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。圖 4-4115工位槍Fig.4-4 No.115 Workers Station實(shí)例三:115工位,在拼裝后橋左側(cè)至車(chē)身時(shí)使用一把擰緊工具完成如下工作:表 4-