一种用于发动机在线装配控制的MES系统的制作方法

本发明涉及发动机装配线自动控制技术领域，特别是涉及一种用于发动机在线装配控制的MES系统。

背景技术：

MES系统即制造企业生产过程执行系统，是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理等功能。

在现有发动机加工过程中，涉及对发动机的装配过程，虽然现有企业也在流水线上布设了很多自动化的加工设备，例如一些OEM加工设备；甚至也有一些企业采用了MES来进行管理，但是这种管理也仅限于对一些自动化设备的控制和数据采集，却不能实现对产品加工的质量进行管控。

例如，在专利CN204808034U中，公开一种用于发动机装配线的柔性化配方配置装置，发动机装配线上设有多个站位，所述发动机装配线的每个站位上设有RFID传感器及多份工艺配方，工艺配方存储于PLC的工艺配方DB块内，与工艺配方对应的工序内容相映射的加工配方存储于PLC的加工配方DB块内；产品托盘上设有RFID电子标签，RFID传感器连接PLC系统。当生产时，产品到达站位后，根据产品信息调用相应的工配方DB块中的内容，映射到相应的加工配方DB块内，实现产品加工。该专利通过配方管理，达到不同类型的产品能够混线生产，减少站位的重复设置，提高了装配线的柔性和利用率，同时也方便后期工艺的更改。上述现有方案虽然对发动机装配线的装配灵活性进行了改进，不过其并不能做到对生产线上合格产品与不合格产品自动分流，以及对装配现场的所有发动机的加工状态和现场配件的供应状态进行有效的管控。

因此，如何进一步综合提高发动机装配过程的自动化程度、装配质量以及装配效率是目前企业的需要解决的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于发动机在线装配控制的MES系统，用于解决如何综合提高现有发动机装配过程中自动化程度、装配质量以及装配效率的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

一种用于发动机在线装配控制的MES系统，包括：至少一线体，所述线体上设置有多个用于进行发动机装配的工位，各所述工位上均设置有一RFID读写器、一交互显示装置和一回控装置；一个或多个OEM设备，设置在所述工位上；多个电子标签，每个电子标签预先与一待加工的发动机进行唯一绑定，并跟随所述发动机在所述线体上进行移动；一个或多个线体控制器，连接于所述线体，用于在发动机达到任一工位时，发送到位信息；以及用于接收放行信号，将发动机放行至下一工位；以及还用于输出实时状态信息；一个或多个OEM设备控制器，连接于所述OEM设备，用于接收到位后的发动机的条码信息；以及用于控制所述OEM设备对所述发动机执行加工任务；还用于输出所述发动机的加工结果和加工状态信息，以及用于对所述发动机的条码信息进行数据绑定；MES管理控制器，分别连接于所述线体控制器、所述OEM设备控制器、所述RFID读写器、所述交互显示装置和所述回控装置，用于判断当前到位后的发动机的加工数据是否合格，若合格则在所述交互显示装置进行显示并根据预先配置的工艺流程表中基础数据发送对应加工指示到OEM设备控制器，根据所述加工指示控制OEM设备进行相对应的加工操作；若不合格，则在所述交互显示装置进行显示并根据操作工人在所述回控装置上的触发指令来指示所述线体控制器控制线体将当前工位上的所述发动机放行；MES服务器，分别与所述MES管理控制器和OEM设备控制器进行通信连接，用于预先进行工艺流程表配置和将所述工艺流程表下载至所述MES管理控制器中，以及还用于从所述MES管理控制器和OEM设备控制器采集所述线体上所有发动机的实施加工数据和实时加工状态信息，并予以储存和显示。

在一优选实施方案中，所述MES管理控制器还包括一返修管理模块，用于控制加工不合格的发动机与当前线体进行分离。

在一优选实施方案中，MES管理控制器中还包括一物料防错跟踪模块，用于在验证当前工位上的发动机合格后，将扫描配件得到的物料码与预先设置的物料清单进行匹配比对，在匹配通过后将所述物料码与所述发动机的条码进行绑定储存。

在一优选实施方案中，还包括一协助请求装置，连接于所述MES管理控制器，用于在出现异常或缺料的情况下发送请求，用于指示所述MES管理控制器将所述请求进行显示。

在一优选实施方案中，所述MES管理控制器与所述OEM设备控制器、RFID读写器、交互显示装置和回控装置之间采用PROFIBUS或PROFINET总线进行连接。

在一优选实施方案中，所述MES管理控制器与所述线体控制器之间采用PROFIBUS或PROFINET总线进行连接。

在一优选实施方案中，所述MES管理控制器为一MES PLC。

在一优选实施方案中，所述OEM设备控制器和线体控制器均为一PLC。

如上所述，本发明具有以下有益效果：

1、可以实现在线质量控制，有效防止存在质量问题的工件在生产线上流转，防止漏装、错装造成质量问题；

2、进一步完善的返修流程与返修控制，实现了不合格产品的自动下线、返修后的返修信息收集、返修后上线无缝隙生产衔接；

3、强大的数据采集能力，通过数据采集软件与数据同步服务将生产过程的工件到位离开信息、工件加工路线轨迹信息、零部件装配信息、加工工艺参数信息统一采集到服务器中，为将来质量追溯与工艺改良升级提供数据支撑；

4、本发明能够从车间生产的实际需要出发，选择合适的信息系统模块如生产计划控制、生产过程监控、质量管理、全面生产追溯、Andon系统、生产报表等，以提高生产效率，切实解决生产过程瓶颈问题；

5、系统架构清晰、布局合理易于维护，底层设备通过PROFIBUS或PROFINET总线与AS-I总线相结合既保证生产数据的实时稳定高效性，又简化了现场设备走线的复杂度，提高系统的扩展性。

附图说明

图1为本发明一种用于发动机在线装配控制的MES系统的部分架构原理图。

图2为本发明中MES管理控制器的一实施原理图。

附图标号说明

100 MES管理控制器

200 线体控制器

300 OEM设备控制器

400 MES服务器

500 回控装置

600 交互显示装置

700 RFID读写器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

见图1，本实施例提供了用于发动机在线装配控制的MES系统中部分框架，如图所示，该发动机在线装配控制系统包括：至少一线体，所述线体上设置有多个用于进行发动机装配的工位，各所述工位上均设置有一RFID读写器700、一交互显示装置600和一回控装置500；一个或多个OEM设备，设置在所述工位上，并非每个工位上都设置有OEM设备或者每个OEM设备都一样，每个工位的OEM设备设置跟工艺有关；多个电子标签，每个电子标签预先与一待加工的发动机进行唯一绑定，并跟随所述发动机在所述线体上进行移动；一个或多个线体控制器200，连接于所述线体，用于在发动机达到任一工位时，发送到位信息；以及用于接收放行信号，将发动机放行至下一工位；以及还用于输出实时状态信息；一个或多个OEM设备控制器300，连接于所述OEM设备，用于接收到位后的发动机的条码信息；以及用于控制所述OEM设备对所述发动机执行加工任务；还用于输出所述发动机的加工结果和加工状态信息，以及用于对所述发动机的条码信息进行数据绑定；MES管理控制器100，分别连接于所述线体控制器200、所述OEM设备控制器300、所述RFID读写器700、所述交互显示装置600和所述回控装置500，用于判断当前到位后的发动机的加工数据是否合格，若合格则在所述交互显示装置600进行显示并根据预先配置的工艺流程表中基础数据发送对应加工指示到OEM设备控制器300，根据所述加工指示控制OEM设备进行相对应的加工操作；若不合格，则在所述交互显示装置600进行显示并根据操作工人在所述回控装置500上的触发指令来指示所述线体控制器200控制线体将当前工位上的所述发动机放行；MES服务器400，分别网络连接于所述MES管理控制器100和OEM设备控制器300，用于预先进行工艺流程表配置和将所述工艺流程表下载至所述MES管理控制器100中，以及还用于从所述MES管理控制器100和OEM设备控制器300采集所述线体上所有发动机的实施加工数据和实时加工状态信息，并予以储存和显示。

需要说明的是，图1，并未给出线体、OEM设备以及电子标签等为本领域技术人员所熟知的设备，其只是重点描述了整个系统中关键的实现技术特征。

通过上述发动机在线装配控制系统可以对发动机的整个装配过程进行动态的监控，可以通过访问MES服务器400来实现对当前线体上的装配状态进行查询，从而可以对整个物料的流向进行查询和管理，同时还可以对装配的质量进行管控，防止不合格发动机在线体上继续加工等功能，以下将对该发动机在线装配控制系统的各种功能进行详细的说明。

在对该发动机在线装配控制系统进行说明前，这里先对可能涉及的技术用于进行说明。

在具体实施中，MES管理控制器100采用MES PLC，OEM设备控制器300采用OEM设备PLC，线体控制器200同样采用线体PLC。

线体是指发动机装配生产线或者发动机装配流水线。

工位根据加工内容的不同可以分为不同类型的工位，例如可以有质量管控工位和物料装配工位等。

发动机在线体进行装配时，由于其是通过缸体、缸盖、曲轴等工件组装形成，故可以对发动机统称工件。

在每个工位上的交互显示装置600为一指示灯盒，可以分别设置有Ready、Repair、NG、OK等用于指示不同状态的指示灯，其中，Ready表示当前有发动机进入工位，Repair表示进入工位后的发动机加工结果不合格，NG表示加工结果不良，OK表示加工结果合格或者完成。

此外，每个工位上的回控装置500为一按钮控制盒，用于在工位上完成加工任务后向MES PLC发送指令，其可以设置如下类型的按钮：Finish、Reject、ForceOK。例如，加工完成后操作人员按下Finish按钮，MES PLC根据装配过程中所采集到的OK信号来判断本次加工是否合格，如果不合格MES PLC立即通知线体禁止放行，阻止发动机向下一工位移动；如果合格则允许线体放行；同时将加工结果数据写入MES PLC指定的数据存储区，并实时将该数据通过以太网传送到MES服务器400。

在装配过程中，某一工位可以有如下流程：

工位指示灯READY表示托盘到位，RFID读写正确，可以开始装配操作；

质量数据合格，OK指示灯点亮，线体放行并将加工结果传送给MES系统；

质量数据不合格，通过NG指示灯提示操作者，同时在通过MES系统能够查询到工位的操作状态，不合格等信息，全面了解工位操作不合格的原因。

工位出现非法操作、故障状态等NG指示灯常亮，通过MES服务器400能够查询到具体工位的状态；

如果是由于当前的发动机在前面的工位上发现的质量问题，提示操作员在本工位不进行操作直接放行的，Repair指示灯闪烁，按Reject按钮通知线体放行；

当系统判定本次加工NG而操作人员确认加工合格，则可以长按ForceOK按钮通知线体放行，MES PLC将该次加工强制合格写入存储区并传送给MES服务器400。

在具体实施中，交互显示装置600和回控装置500通过PROFIBUS或PROFINET总线与MES PLC进行通信，这样可以减少现场的布线难度，做到用线少、抗干扰能力强以及布线简洁，从而提高系统的稳定性。

此外，本发明还具有全面跟踪的功能，其利用RFID手段，对在装的发动机、零部件进行全程跟踪，电子标签(也可以叫做：RFID电子标签)全面跟踪是底层生产自动化设备与上层信息管理系统连接的关键纽带，它在整个系统中的作用是承上启下，是最重要也是最基础的功能模块之一：其根据生产基础数据发指令给生产自动化设备调用相对应的加工程序指示生产，并在加工结束后返回实际生产结果。通过MES PLC对电子标签的读取和写入可以实现对每个发动机的动态跟踪。

进一步地，本发明还具有设备防错功能，具体地，通过与拧紧机、选配设备、压装设备，检测设备等智能设备进行接口通信，发动机到位后，MES PLC根据工艺流程表中基础数据发送对应加工指示到OEM设备，OEM设备根据指示进行相对应的加工操作，防止加工错误，损坏设备。这种主动式的积极的质量保证手段从根本上保证了预期的装配质量，并同时在很大程度上提高了生产装配效率。

进一步地，本发明还具有物料防错和物料跟踪功能，具体地，首先在MES服务器400建立物料BOM表，对发动机零部件数据进行配置，为扫码站的上料提供数据支持。其次，发动机到位后，MES PLC根据工艺流程表中基础数据发送发动机编码以及发动机型号的信息到扫码站，扫码站根据得到的相关信息分析BOM对应的物料基础数据，比对当前人工上料扫码数据，并显示扫码比对结果。因此来实现物料防错的功能。

此外，见图2，在验证物料合格后，再扫描需要装配至发动机上的配件的物料码，将上述物料码与PLC中预先设置的物料清单进行比对，验证其是否匹配，若匹配则将上述物料码与上述发动机的条码进行绑定，并进行数据上传。即MES管理控制器100中还包括一用于实现物料防错跟踪模块，用于在验证当前工位上的发动机合格后，将扫描配件得到的物料码与预先设置的物料清单进行匹配比对，在匹配通过后将所述物料码与所述发动机的条码进行绑定储存。

这样现场任何配件的流向都可以通过MES服务器400来进行查询，从而实现对配件的跟踪，提高了现场的管理效率，进而实现对配件的实时管理，为配件采购提供了良好的数据支持。

进一步的，再结合图2，本发明还具有发动机自动返修管理功能，具体地，装配返修主要为发动机在加工装配过程中的出现的质量加工问题，需要做返修处理。某工位出现加工质量问题，交互显示装置600上的红灯长亮，提示此台发动机加工不合格，人工按下不合格放行，MES PLC更新RFID电子标签中的数据，标注发动机为不合格发动机，同时上传相关信息到MES服务器400；人工也可按下强制合格按钮，MES PLC更新RFID电子标签中的数据，标注发动机此工位为强制合格，同时上传相关信息到MES服务器400；MES PLC发送放行信号给线体，线体进行放行处理；后续工位MES PLC读取RFID电子标签中的数据，如为不合格发动机或者此工位已加工完成发动机，MES PLC发送放行信号给线体，线体进行放行处理；到达返修下线转台时，MES PLC读取RFID电子标签中的数据，如为不合格发动机，MES PLC发送下线信号给线体，线体进行下线处理；不合格发动机下线后，进入返修区域，人工进行发动机扫码，数据终端提示不合格工位，人工根据提示进行返修，返修过程中如果需要拆除部件，必须拆除部件对应加工工位全部工作，同时不能加工问题工位的后续工位的工作；返修完成后，人工在数据终端上录入相关返修数据，设置开始加工工位，并确认返修完成；重新上线时，只能在问题工位的前序返修下线点上线，不允许在后序的返修下线点上线；人工扫描发动机码，根据发动机码检索RFID电子标签所需数据，发送到MES PLC；线体发送返修发动机重新上线到位信号到MES PLC，MES PLC更新RFID载码体数据，更新完成后，发送信号给线体，进行放行处理完成返修发动机的重新上线。通过上述方式实现对不合格发动机的自动下线，避免了不合格的产品继续在线上加工或者滞留阻碍装配进度，而且，即便工人对其进行强制合格也不会影响对该问题发动机的返修处理。

具体来说，本发明中的所述MES管理控制器100还用于控制加工不合格的发动机与当前线体进行分离。

在一优选实施例中，还包括一协助请求装置，连接于所述MES管理控制器100，用于在出现异常或缺料的情况下发送请求，用于指示所述MES管理控制器100将所述请求进行显示。具体的，可以采用ANDON系统来实现。

具体的，ANDON系统在车间的醒目位置设置LED显示屏(通常在走道、车间入口、出口、中央的位置)，实时显示车间的生产状况包括目标产量、实际产量、JPH等，设备运行状况包括运行、故障、急停等，ANDON呼叫包括：设备呼叫、物料呼叫、质量呼叫等。车间管理人员通过观察LED显示屏及时知道目前车间的运行状况，如有问题，及时采取相应措施解决问题。

例如，当一个工位设备发生故障时，MES PLC获取到设备的故障信息，触发ANDON，对应ADNON板上显示此设备相对应的故障内容，表明需要帮助。同时设备未发生故障，人工判断设备可能有问题出现，可以按下设备呼叫按钮，触发ANDON，对应ADNON板上显示此设备呼叫请求，表明需要帮助。班组长以及相关人员响应设备呼叫请求，当问题及时解决后，操作员再次按下该工位按钮使系统回到正常状态。

还例如，当一个工位发生物料短缺或者快用完时，操作员可以按下物料呼叫按钮，触发ANDON，ADNON板上显示此工位物料呼叫请求，表明需要配送物料。物料区相关人员响应设备呼叫请求，当问题及时解决后，操作员再次按下该工位按钮使系统回到正常状态。

再例如，当一个工位发生质量问题需要帮助时，操作工按下质量呼叫按钮，按钮触发ANDON，对应ADNON板上显示此工位质量呼叫请求，表明需要帮助。班组长以及相关人员响应设备呼叫请求，当问题及时解决后，操作员再次按下该工位按钮使系统回到正常状态。

通过这种设置可以提高现场的响应效率，为快速处理现场问题提供了一个高效的途径。

更进一步的，MES服务器400会进行数据采集，从而保证对整个装配过程的动态管理。

具体的，数据采集的对象包括：

1、设备生产状态数据：设备生产状态数据包括设备运行状态，以及设备报警信息。MES PLC通过PROFINET或PROFIBUS网络从OEM设备上直接采集，并上传MES系统。

2、设备加工结果数据：设备加工结果数据为加工OK/NG信号。MES PLC通过远程I/O或者通过PROFINET或PROFIBUS网络从OEM设备上直接采集，并上传MES系统。具体的，加工结果数据来源于设备加工OK/NG信号，分为电气I/O信号，PLC通信信号。其中，所述电气I/O信号：采用AS-I通讯协议分布式I/O布局与设备输出的I/O信号电气连接，通过AS-I for PROFINET或PROFIBUS网关同设备级PROFINET或PROFIBUS网络无缝连接；而所述PLC通讯信号：直接通过PN/PN Coupler或DP/DP Coupler同设备PLC通讯连接，利用PN/PN Coupler或DP/DP Coupler的特性隔离MES PLC同设备PLC之间的PROFINET或PROFIBUS网络，到达互不影响的目的。

3、设备加工质量数据：设备加工质量数据为设备加工的扭矩，压力，温度，检测间隙等质量数据，通过数据库或者数据文件导入MES系统。

具体的，设备加工质量数据来源于加工设备，加工设备将加工结果数据存入本地数据库或者数据文件，MES系统通过约定接口从设备本地服务器或者PC上采集数据。

进一步的，还包括设备质量检测数据，其来源于检测设备，检测设备将检测结果数据存入本地数据库或者数据文件，MES系统通过约定接口从设备本地服务器或者PC上采集数据。

更进一步的，还包括人工质量检测数据,其来源于人工检测后进行的数据录入，人工检测完成之后，在特定的现场数据终端上进行相关数据录入，录入成功后，通过特定接口上传MES系统。

4、扫码站扫码数据：扫码站扫码数据主要为物料绑定信息，返修数据，上下线数据等信息，通过MES系统内部接口上传。具体的，扫码站数据来源现场所用MES系统相关扫码站，利用车间以太网络,同MES系统通过特有接口上传数据。

5、RFID跟踪数据：RFID跟踪数据主要为载码体中的生产数据，MES PLC通过PROFINET或PROFIBUS网络控制读取，并上传MES系统。

6、回控、ANDON数据：回控、ANDON数据主要为按钮电气I/O信号，MES PLC通过AS-I总线网络控制采集，并上传MES系统。具体的，按钮盒数据来源于回控按钮盒以及ANDON按钮盒，采用AS-I通讯协议分布式I/O布局，通过AS-I for PROFINET或PROFIBUS网关同设备级PROFINET或PROFIBUS网络无缝连接。

通过上述数据采集，可以通过PC等电子设备登录服务器中对上述数据进行查询，从而实现对发动机的整个装配过程进行动态监控。

综上所述，本发明至少具有以下优点：

1、可以实现在线质量控制，有效防止存在质量问题的工件在生产线上流转，防止漏装、错装造成质量问题；

2、进一步完善的返修流程与返修控制，实现了不合格产品的自动下线、返修后的返修信息收集、返修后上线无缝隙生产衔接；

3、强大的数据采集能力，通过数据采集软件与数据同步服务将生产过程的工件到位离开信息、工件加工路线轨迹信息、零部件装配信息、加工工艺参数信息统一采集到服务器中，为将来质量追溯与工艺改良升级提供数据支撑；

4、本发明能够从车间生产的实际需要出发，选择合适的信息系统模块如生产计划控制、生产过程监控、质量管理、全面生产追溯、Andon系统、生产报表等，以提高生产效率，切实解决生产过程瓶颈问题；

5、系统架构清晰、布局合理易于维护，底层设备通过PROFINET或PROFIBUS总线与AS-I总线相结合既保证生产数据的实时稳定高效性，又简化了现场设备走线的复杂度，提高系统的扩展性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。