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细纱车间制造执行系统的设计

[日期:2011-05-04] 来源:万方数据  作者:邵景峰 赵展谊 张勇 刘松涛 杨丽萍 [字体: ]
  制造执行系统(mes)是位于企业ERP系统与底层设备自动控制系统(CS)之间的、面向车间层的管理系统,是近年来兴起的一项车间制造管理技术,属于制造业信息化领域,其内容包括:制造过程中的生产调度、生产过程监控、物料跟踪管理、产质量管理、设备管理等,强调制造计划的执行和产品制造过程的控制,使生产现场的信息收集、传递、处理和反馈做到准确、及时,实现整个生产过程的优化。本文根据纺织企业细纱车间的生产特点和信息管理水平的现状,构建了面向细纱车间的MES,目标是为细纱车间提供快速反应的、有弹性的、精细化的生产管理系统,协助企业提高产品质量、提高劳动生产率、降低资源能源消耗,从而实现先进制造的管理要求。

1 生产管理流程

    厂级每月下达计划到车间;车间在每个月初制订产量计划和质量计划,并将所有这些计划都下达到每一台细纱机上,其中产量计划的指标主要是品种、计划单产,质量计划的指标主要是疵点计划、扯分计划。每个岗对应一名工人,而一个岗要看管多台细纱机,每台细纱机每天按计划运转,并且根据机台性能实时调整细纱机对应生产的品种;试验室和检验科每天随机抽查产品进行质量跟踪监督,其抽样检查结果以扯分产量、扯分扣分的形式返回给车间,以便车间对组岗进行管理。当生产出产品后,将产品全部送往筒并捻车间,此时要进行全部质量检查,即疵点检查,将检查结果以“原布疵点记录表”的形式每天反馈到车间,车间根据反馈回来的质量数据进行生产管理和生产调度,如图1所示。

图1 细纱车间生产管理流程

2 系统设计方案

    对纺织企业的细纱车间而言,其MES的体系结构是将生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能在统一平台上集成,使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、检验部门、工艺部门、试验室以及企业ERP系统等提供车间管理服务,并通过强调制造过程的整体优化来帮助车间甚至企业实施完整的闭环生产,协助企业建立一体化和实时化的体系结构,如图2所示。

MES体系结构

图2 MES体系结构

    计划层:位于顶层的是MRP lI/ERP系统,为细纱车间MES提供厂级计划、设备、工艺、人力资源以及生产基础数据来制定生产计划,主要负责企业活动的计划与决策。

    执行层:是细纱车问的MES,主要功能包括生产计划的执行,品种信息的分配、细纱机的生产数据与生产状态的管理、产质量的统计分析、生产动态调度、制造成本动态管理、各类报表的生成、打印与导出以及系统权限管理、人力资源管理等。

    控制层:控制层的主要作用是生产数据的采集,在本系统中,其与执行层形成二级集散式结构,即由上位机(车间MES)和下位机(细纱机监测器,其与细纱机相连接)两部分组成,经现场总线相连接,实现监测器采集和存储细纱机当班生产数据(包括前罗拉及后罗拉脉冲、停机次数及时间、车速、牵伸倍数、产量脉冲、日期、班次等)。

3 系统网络结构

    系统的网络结构由上位机(车间主计算机)和下位机(细纱机监测器)两部分组成,经CAN总线相连接形成二级集散式结构,如图1所示。由主计算机首先接收企业ERP系统中的生产计划、指标等信息,然后对监测器中的生产数据进行采集、存储、调度、管理和统计,最后进行反馈信息给ERP系统;监测器采集各个细纱机的生产信息。借助企业内部局域网使多个客户端与上位机相连接,可实现远程监控所有机台的运行状态及生产数据,以及生产参数、工艺等信息的网上录入、查询、统计和打印功能,方便其他部门对生产的分析和综合管理。网络结构如图3所示。

细纱车间MES网络结构图

图3 细纱车间MES网络结构图

 

4 系统主要功能

    根据用户需求将系统分为7个功能模块,如图4所示。

图4 系统功能模块

4.1 系统管理

    主要包括系统登录、密码设置与修改、操作权限设置,系统初始化、建立工作日历、客户端用户的管理以及数据库的备份与还原等。

4.2 基础数据管理

    主要是帮助细纱车间MES建立和维护系统使用的主要基础数据,主要有生产工艺分配、职工所在机台分配、进班时间、轮班信息的维护,工资标准设置、机台信息维护、工艺规程、质量检验标准、在机品种与机台岗位的维护、工资系数维护,车间资料维护,通信参数设置、系统通信功能模块的调试、机台运行效率标准设置、停车原因设置、质量台帐编码设置、设备利用情况设置、产量完成指标设置、以及单包重量设置等。

4.3 生产调度管理

    该模块接收企业的月生产计划,车问根据月生产计划,经人工调度,制定出车间近期的详细日生产计划,并将该计划分配给各机台,进行全线生产管理,以适应各种生产工艺变化,实现生产制造的柔性化。其功能包括:生产指标管理、物料需求计划、能力需求平衡、生产计划调度等。

4.4 资源管理

    该模块的功能是根据近期的生产计划,协调和分配车间的劳动力、机器、工具和物料等资源,并跟踪其即时的工作状态和完成的指标情况。其包括设备故障统计、设备检修计划、设备台帐查询、各种半成品、成品、材料等库存台帐查询及各种资源的消耗统计。

4.5 生产过程管理

    主要功能是由车间主计算机的MES通过CAN总线向细纱机监测器以一对多的方式传送生产参数(机台号、品种号数等),由监测器以一对一的方式向主计算机MES反馈传送生产数据(包括前罗拉脉冲、后罗拉脉冲、主轴转速信号和停车次数及所对应的停车时间等),然后将反馈的生产数据进行校验,若校验正确,则首先根据生产参数和生产数据计算出细纱捻度、牵伸倍数、轮班产量、累计产量、效率等在终端显示,然后按日期、班次存入MES数据库中;否则,提示错误信息,并将错误机台信息写进日志文件和日志数据表中,择时进行采集。

4.6 生产质量管理

    生产质量管理主要包括:

    (1)将采集的细纱机生产数据进行查询、统计、分析以及低效机台、台帐、设备利用、空锭率、回花率等信息的录入等,能够准确、及时的掌握在机产品的生产完成情况,编制、打印各部门生产和管理所需的各种报表。

    (2)根据ERP系统提供的API接口,自动检索生产参数与采集数据形成各种产质量报表。

    (3)按单机台手工录入故障机台的产量、停台时间等。

    (4)能随时查询或打印机台的累计班、日、月运转效率、车速、单机的运转与停机记录,交接班产量以及与产质量相关的报表。

4.7 统计分析

    能够对生产数据提供统计,根据ERP系统的生产参数和品种信息,以及生产计划指标快速形成图、表、报表,以便分析各项技术指标,将实际制造过程测定的结果与企业制定的目标及客户的要求进行比较,形成各类管理决策所需的依据。

5 系统关键技术

5.1 MES与ERP的集成

    制造业信息化建设客观上要求实现MES与ERP的有效整合,其原则是对生产相关的业务流程进行优化,通过数据流程来把MES和ERP整合到一起,其方法有两种:

    (1)将MES与ERP相关联的信息,分别从MES数据库和ERP数据库中提取出来,存放于一个新的关联共享数据库中,这样不同的服务要求就从不同的数据库中提取信息;

    (2)关联信息不需要从MES数据库和ERP数据库中提取出来,而是仍然存放在MES数据库和ERP数据库中,当有关联服务时,分别从MES数据库和ERP数据库提取信息,再将提取的信息组合在一起,供关联服务使用,其结构模型如图5所示。

图5 MES与ERP集成的结构模型

    本系统中,采用ADO.NET访问技术和SQL语句,将两数据库进行连接,再通过嵌入的SQL语句对异构数据库进行转换。

5.2 主从式通信设计

    在车间主计算机与细纱机监测器开始通信时,首先由主计算机以一对多的方式群发1个3字节的数据包(格式为协议数据包的头3个字节,其中含有2个字节控制器ID号和1个字节的特征字,串口通信方式为11位方式,即8位数据、1位起始位、1位停止位,而且第9位的值为1,整个数据包为25个字节)给所有监测器;这时细纱机监测器处于接收状态,波特率为9 600,串行口工作在方式3,SCON之中SM2=1,只能接收第9位为1的数据,这样所有的控制器都能收到主计算机发送的3字节数据包;然后,置监测器状态为发送状态,若反馈信息正确,则主计算机再次发送一整帧数据。如果不是系统所选择的监测器,它不予响应;若是,则监测器按命令反馈指定的数据,主计算机将接收到的25个字节进行校验,其中包括校验特征字、校验和1、校验和2。如果以上3项校验有任何一个校验不正确,监测器将被再次设定为接收状态,如果校验正确,就取出命令字节内容进行命令分析和执行;最后,车间MES把数据存入数据库并在终端实现。

5.3 数据正确性的保证

    由于数据总线容易受到现场各种信号的干扰,导致很难保证细纱机生产数据的正确性和安全性,因此,必须采取各种抗干扰措施,保证数据传送的准确性。本系统所采取的措施是:对于传送总线上的高压尖峰干扰信号,通过对通信芯片外加嵌位电路来抑制,为防止可能受到的静电干扰,采用了具有防静电干扰特性的远程通信芯片;为了防止传送总线上的其他信号的干扰,监测器与主计算机之间的通信采用数据包的形式,数据包中含有细纱机监测器地址、特征字节、校验字节等,在对这些字节判断无误后,监测器才接收主计算机的命令,否则不反馈数据,主计算机在超时收不到细纱机监测器回送的数据时,重发命令,这样保证了数据传送的准确性。

6 结束语

    细纱车间MES通过与计划层的管理系统ERP和底层控制系统的集成,将计划、生产与控制紧密联系起来,使这些系统之间的数据实现流通与共享,促进了企业信息化的发展,从而在计划层和控制层之间建立起沟通的桥梁和纽带,为细纱车间提供快速反应及精细化的生产管理系统,有助于提高产品质量和劳动生产率、降低资源能源消耗,实现先进制造的管理要求。

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