CN107168258B - 一种用于汽车制造的数字化柔性系统及管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于汽车制造数字化柔性系统及管理方法，该系统包括：信息集成单元(1)，计划管理单元(2)，生产控制单元(3)，设备管理单元(4)，生产过程管理单元(5)，物料配送管理单元(6)，信息展示单元(7)和质量管理单元(8)，本发明方法可以让用户通过可视化界面更清楚的看到生产中的各类数据，可以让整个生产过程通过仿真的方法呈现给用户，通过生产制造现场控制数据，三维仿真模型以及现场数据采集三者联立互通，同时通过与外部管理系统的数据连通实现企业的信息流的完全打通，有效缩短总装车间的生产制造预备时间，提高总装车间工艺规划的效率和质量。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制造和信息管理技术领域，特别涉及一种用于汽车制造的数字化柔性系统及管理方法。
背景技术
当前利用先进的自动化技术、计算机技术，对制造过程实施检测、控制、优化、调度、管理和决策，实现增加产量、提高质量、降低成本、减少对资源消耗是所有制造业的大趋势。同时随着世界制造业的更新换代，传统人工由于技术缺乏，无法完成更高质量，更高级别的加工任务，正在慢慢地被数字化的设备所取代。如何使数字化的制造横向贯穿工厂的业务流程，并与生产现场的各种异构的数据源实现数据集成和信息传输，将执行情况反馈给相应部门及单位，形成一个闭环的生产信息流传输过程，为生产管理人员和决策者呈现一个真实的生产过程，搭建一个从办公室到生产现场的绿色通道，从而在第一时间下达指导生产的正确指令显得尤为重要。
企业目前存在SAP(System Applications and Products)、MRP(MaterialRequirement Planning)、DCS(Distributed Control System)、SRM(SupplierRelationshipManagement)等着多套信息管理系统，但是这些系统大都相互独立，每个系统中都存在着重要的信息资源，各系统的重要数据无法得到及时的共享，企业的信息流没有完全打通。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明提出一种用于汽车制造的数字化柔性系统及管理方法，通过生产制造现场控制数据，三维仿真模型以及现场数据采集三者联立互通，同时通过与外部管理系统的数据连通实现企业的信息流的完全打通，有效缩短总装车间的生产制造预备时间，提高总装车间工艺规划的效率和质量。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
本发明一方面提供一种用于汽车制造的数字化柔性系统，包括：信息集成单元，计划管理单元，生产控制单元，设备管理单元，生产过程管理单元，物料配送管理单元，信息展示单元；
所述信息集成单元一方面与系统外部数据库或服务器进行通信，获取生产计划、BOM和/或成本收集器数据，并将其发送给计划管理单元；另一方面与现场生产线设备进行通信，用于采集生产过程中各设备状态信息并将其发送给生产控制单元、设备管理单元和生产过程管理单元；
所述计划管理单元收到生产计划后，根据车型、焊装线产能、资源分配情况对计划进行分解，形成一个虚拟的待上线车身队列，其车身数量与焊装线的固化数量保持一致；
所述生产控制单元与计划管理单元连接，用于根据分解后的生产计划进行生产队列控制、车辆路由控制；
所述设备管理单元与现场作业设备的控制系统通信，用于根据计划管理单元分解生产计划得到的上线队列信息、车身信息按照标准的通信格式传送给控制系统，实现自动化操作；
所述生成过程管理单元用于实现基于现场实时信息的产品生产过程跟踪、装配线各工位生成节拍计算、装配线生产跟踪信息的发布和产量统计及生产效率统计，包括：根据生产区间的不同，系统在建模时配置的分布在现场的多个控制点，多个所述控制点存在上下游关系和生产路径，用于确保现场扫描车身时不会出现由于错扫而发生队列持续错误，并用于对车身状态校验，维护生产队列的前后一致性；
所述物料配送管理单元与计划管理单元连接，通过对生产计划、车身队列和车身类型的监控和识别，获取车辆生产过程中所需的物料信息并将其传递给物料系统；
所述信息展示单元与生产控制单元、设备管理单元、生成过程管理单元和物料配送管理单元连接，采集生产制造过程中的计划、生产、质量和物料信息，获取实时和历史数据生成数据报表以及分析图表用于展示。
基于上述系统，本发明另一方面提供一种用于汽车制造的数字化柔性管理方法，包括以下步骤：
S1，对工厂进行三维建模，对工厂的生产要素进行测绘以UG形成三维仿真模型；构建工艺线，完成工艺定义、零部件分配、装配顺序、部件规划、工时计算、操作平衡、以及装配验证；
S2，配置设备操作终端以及数据采集装置，设立生产线控制点；所述设备操作终端、数据采集装置与三维仿真模型进行三方联立，保证系统运作中三者处于联动状态；
S3，从SAP、MPS、DCS、SRM系统中获取生产计划，并根据车型、焊装线产能、资源分配情况对计划进行分解，形成一个虚拟的待上线车身队列，其车身数量与焊装线的固化数量保持一致；
S4，通过对生产计划、车身队列和车身类型的监控和识别，获取车辆生产过程中所需的物料信息并将其传递给物料系统，物料系统根据物料信息向各生产线配送物料；
S5，根据生产线控制点的数据采集分析，对生产过程进行质量、设备以及工艺进行管理，并用数据库处理仿真过程中的信息流，为用户提供决策时所需的相关数据与资料。
本发明的有益效果是：
1、能够让用户通过可视化界面更清楚的看到生产中的各类数据。
2、可以让整个生产过程通过仿真的方法呈现给用户。
3、能够从上端控制生产的每个部分。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于汽车制造的数字化柔性系统结构框图
图2为本发明系统中质量管理单元结构框图
图3为本发明提供的一种用于汽车制造的数字化柔性管理方法流程图
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种用于汽车制造的数字化柔性系统，该系统包括：信息集成单元1，计划管理单元2，生产控制单元3，设备管理单元4，生产过程管理单元5，物料配送管理单元6，信息展示单元7；
所述信息集成单元1一方面与系统外部数据库或服务器进行通信，获取生产计划、BOM和/或成本收集器数据，并将其发送给计划管理单元2；另一方面与现场生产线设备进行通信，用于采集生产过程中各设备状态信息并将其发送给生产控制单元3、设备管理单元4和生产过程管理单元5；
企业目前存在SAP、MRP、DCS、SRM等着多套信息管理系统，但是这些系统大都相互独立，每个系统中都存在着重要的信息资源，各系统的重要数据无法得到及时的共享，企业的信息流没有完全打通。这样就催生了企业应用集成(EAI)的应用，通过EAI来疏通企业的信息流，把分散的系统整合起来，形成打破信息系统的孤岛。在制造数字化柔性系统项目中，通过使用数字化柔性系统的企业连接器(Enterprise Connector)和Biztalk Server实现了对包括SAP、MPS、DCS、SRM和第三方检测系统等数据源和制造数字化柔性系统的无缝衔接。信息流分向为接收和发送两个方向。
接收的信息：
生产计划信息－从MRP系统中获取各个整车厂焊装线的周上线计划，计划包含了车型、批次信息、上线顺序、整车物料编号、计划开始时间等，以及整车入库计划等。
产品定义信息－从SAP系统中实时获取每条计划包含车型的物料清单BOM。
成本收集器－从SAP系统获取用于成本结算的物料信息，在整车总装完成后通过和成本收集器的校验，把结算物料统计后上传回SAP用于财务结算。
产品定义信息－从SAP和MRP系统获取每种整车物料类型对应的焊装物料号和涂装物料号，根据焊装、涂装物料信息获取在相应制造工位的生产指导数据。
数据字典信息－包括了产生VIN号码的集成数据、颜色编码、装配配置表、合格证配置数据等。
存储区队列信息－WBS和PBS每个道次的车辆排序信息和车辆路由信息。
发送的信息：计划执行信息－每个上线计划的车身上线情况、完工情况，计划执行进度，细化到每台车身的状态信息。
车身队列信息－从焊装上线到总装下线的全流程车身队列信息，包括每条旱装线、百车身存储区、调拨区、返修区、涂装线、油漆车身存储区、总装线、检测线等物理空间的实时和历史车身队列，以及车身在每个工位的制造信息。
生产能力信息－集成了现场设备和机运链的运行状态，各个暂存区的车身数量，各条产线的加工能力、原材料消耗和总体性能信息。
产品质量信息－从焊装开始就对发生异常情况的车身进行全流程跟踪，对引起的原因进行收集、统计和分析，并通过和检测系统的接口获取每辆车的检测数据和合格证打印系统进行数据交换，实现合格证、免检单的自动打印。
所述计划管理单元2收到生产计划后，根据车型、焊装线产能、资源分配情况对计划进行分解，形成一个虚拟的待上线车身队列，其车身数量与焊装线的固化数量保持一致；
由于大部分生产线都是混流模式生产，如果后续制造工位不能提前获取上线车身队列信息，经常出现缺件、误操作等情况，给生产带来很大的波动，很难实现稳态生产。系统接收到生产计划后，根据车型、旱装线产能、资源分配情况对计划进行分解，形成一个虚拟的待上线车身队列，其车身数量与旱装线的固化数量保持一致，旱装线必须按照这个队列的前后顺序进行车身上线操作。这样车间生产人员就可预知将要生产什么类型的车，需要准备哪些物料，车身大概在什么时候能够到达。同时，生产调度人员也可以根据现场情况对计划进行干预，比如调整计划的优先级别，插入紧急计划，计划状态修改等操作。
所述生产控制单元3与计划管理单元1连接，用于根据分解后的生产计划进行生产队列控制、车辆路由控制；
生产队列控制具体指：当每台车身经过关键的控制节点时，系统都会进行记录，当车身出现异常情况需要抬出生产队列时，将此车身从系统队列移出，当车身需要重新归队的时候，把车身插入相应的位置，保证系统队列和实际队列一致；系统根据车身信息自动判别是否已经经过某个安装工位，若再次经过此工位时，系统会提示现场人员不需要进行操作，当到达第一个未安装工位时，系统会把此车身当成正常车身，提示现场人员进行整车操作。
为了能够充分利用制造资源，提高投资回报率和生产效率，不同整车厂的车身允许调拨到其他整车厂进行喷吐、总装。目前存在着大量的车辆调拨业务，在没有制造数字化柔性系统之前，简单的靠人工驳运经常出现错拉、出入不平现象发生。制造数字化柔性系统中，可以灵活的配置车辆生产路径，在每个控制点，系统会根据车型、当前车身状态提示用户该车身允许的去向。调度人员也可根据从系统中统计的现场情况为每台车身定义去向，这样，生产就严格按照配置的路由规则执行，同时监控到每个生产区域的车辆明细情况。
所述设备管理单元4与现场作业设备的控制系统通信，用于根据计划管理单元2分解生产计划得到的上线队列信息、车身信息按照标准的通信格式传送给控制系统，实现自动化操作；包括对打号机、喷涂机器人、配置表打印机、铭牌打印设备、合格证打印设备等系统的自动控制。降低了现场人员的劳动强度，同时避免了一些人为因素造成的误操作。
所述生成过程管理单元5用于实现基于现场实时信息的产品生产过程跟踪、装配线各工位生成节拍计算、装配线生产跟踪信息的发布和产量统计及生产效率统计，包括：根据生产区间的不同，系统在建模时配置的分布在现场的多个控制点，多个所述控制点存在上下游关系和生产路径，用于确保现场扫描车身时不会出现由于错扫而发生队列持续错误，并用于对车身状态校验，维护生产队列的前后一致性；
所述物料配送管理单元6与计划管理单元1连接，通过对生产计划、车身队列和车身类型的监控和识别，获取车辆生产过程中所需的物料信息并将其传递给物料系统；
对于混线生产，一方面生产具有连续性，另外需要物料种类多，对物料的配送要求非常高，为了减少物料的中间库存数量，降低资金占用率，必须实现物料供应的精确配送，要求在准确的时间、把准确数量的物料送达正确的安装工位，通过对生产队列和车身类型的监控和识别，及时把要料信息传递给物流系统，实现物料精确配送。另外发动机和变速箱厂、分装工位需要按照实际的车身队列进行组织生产，系统把车身队列和对应的发动机、变速箱型号等信息按照队列顺序传递给发动机、变速箱厂以及分装工位，实现不同产线和工位的协同生产。
所述信息展示单元7与生产控制单元3、设备管理单元4、生成过程管理单元5和物料配送管理单元6连接，采集生产制造过程中的计划、生产、质量和物料信息，获取实时和历史数据生成数据报表以及分析图表用于展示。
该系统还包括质量管理单元8，如图2所示，所述质量管理单元8包括质量检测数据采集模块81、关键零部件信息采集模块82、装配质量信息采集模块83、质量数据追溯模块84、防错漏装管理模块85和产品档案管理模块86；
如图3所示，本发明另一方面提供一种用于汽车制造的数字化柔性管理方法，包括以下步骤：
S1，对工厂进行三维建模，对工厂的生产要素进行测绘以UG形成三维仿真模型；构建工艺线，完成工艺定义、零部件分配、装配顺序、部件规划、工时计算、操作平衡、以及装配验证；
S2，配置设备操作终端以及数据采集装置，设立生产线控制点；所述设备操作终端、数据采集装置与三维仿真模型进行三方联立，保证系统运作中三者处于联动状态；所述的设备操作终端包括PAD、触摸屏或PC终端，步骤S2中所述的数据采集装置包括数控设备的数据采集网口、用于非数控设备数据采集的电流传感器和计数器。
S3，从SAP、MPS、DCS、SRM系统中获取生产计划，并根据车型、焊装线产能、资源分配情况对计划进行分解，形成一个虚拟的待上线车身队列，其车身数量与焊装线的固化数量保持一致；
S4，通过对生产计划、车身队列和车身类型的监控和识别，获取车辆生产过程中所需的物料信息并将其传递给物料系统，物料系统根据物料信息向各生产线配送物料；
S5，根据生产线控制点的数据采集分析，对生产过程进行质量、设备以及工艺进行管理，并用数据库处理仿真过程中的信息流，为用户提供决策时所需的相关数据与资料。
目前汽车产品越来越复杂，不但零件的外形多样，且产品中包含的零件个数非常多，零件之间的装配关系复杂，而生产设备日益趋向复杂和昂贵，总装车间设备的布局和配置是否适应现有和后期产品，都将直接影响公司利益。为了缩短总装车间的生产制造预备时间，提高总装车间工艺规划的效率和质量，尽早发现和减少总装的生产制造中的错误，加快新车型上市，应用数字化制造技术是最好的解决方案。
说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施例仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于汽车制造的数字化柔性系统，其特征在于：该系统包括：信息集成单元(1)，计划管理单元(2)，生产控制单元(3)，设备管理单元(4)，生产过程管理单元(5)，物料配送管理单元(6)，信息展示单元(7)；
所述信息集成单元(1)一方面与系统外部数据库或服务器进行通信，获取生产计划、BOM、成本收集器数据、产品定义信息、数据字典及存储区队列信息，并将其发送给计划管理单元(2)；另一方面与现场作业设备进行通信，用于采集生产过程中各设备状态信息并将其发送给生产控制单元(3)、设备管理单元(4)和生产过程管理单元(5)；
所述计划管理单元(2)收到生产计划后，根据车型、焊装线产能、资源分配情况对所述生产计划进行分解，形成一个虚拟的待上线车身队列，所述待上线车身队列的车身数量与焊装线的固化数量保持一致；
所述生产控制单元(3)与计划管理单元(2)连接，用于根据分解后的生产计划进行生产队列控制、车辆路由控制；
所述设备管理单元(4)与现场作业设备的控制系统通信，用于根据计划管理单元(2)分解生产计划得到的待上线车身队列、车身信息按照标准的通信格式传送给控制系统，实现自动化操作；
所述生产过程管理单元(5)用于实现基于现场实时信息的产品生产过程跟踪、装配线各工位生成节拍计算、装配线生产跟踪信息的发布和产量统计及生产效率统计，包括：根据生产区间的不同，系统在建模时配置的分布在现场的多个控制点，多个所述控制点存在上下游关系和生产路径，用于确保现场扫描车身时不会出现由于错扫而发生队列持续错误，并用于对车身状态校验，维护生产队列的前后一致性；
所述物料配送管理单元(6)与计划管理单元(2)连接，通过对生产计划、待上线车身队列和车身类型的监控和识别，获取车辆生产过程中所需的物料信息并将其传递给物料系统；
所述信息展示单元(7)与生产控制单元(3)、设备管理单元(4)、生成过程管理单元(5)和物料配送管理单元(6)连接，采集生产制造过程中的计划、生产、质量和物料信息，获取实时和历史数据生成数据报表以及分析图表用于展示。
2.根据权利要求1所述的一种用于汽车制造的数字化柔性系统，其特征在于：所述信息集成单元(1)的信息流根据流向分为接收和发送两个方向，其中：
接收的信息包括：生产计划信息、产品定义信息、成本收集器、数据字典信息和存储区队列信息；
发送的信息包括：计划执行信息、车身队列信息、生产能力信息和产品质量信息。
3.根据权利要求2所述的一种用于汽车制造的数字化柔性系统，其特征在于：所述生产控制单元(3)实现的生产队列控制具体指：当每台车身经过关键的控制点时，系统都会进行记录，当车身出现异常情况需要抬出生产队列时，将此车身从系统队列移出，当车身需要重新归队的时候，把车身插入相应的位置，保证系统队列和实际队列一致；系统根据车身信息自动判别是否已经经过某个安装工位，若再次经过此工位时，系统会提示现场人员不需要进行操作，当到达第一个未安装工位时，系统会把此车身当成正常车身，提示现场人员进行整车操作。
4.根据权利要求3所述的一种用于汽车制造的数字化柔性系统，其特征在于：所述生产控制单元(3)实现的车辆路由控制具体指：在每个控制点，系统会根据车型、当前车身状态提示用户该车身允许的去向，按照预先配置的路由规则执行，同时监控到每个生产区域的车辆明细情况。
5.根据权利要求4所述的一种用于汽车制造的数字化柔性系统，其特征在于：该系统还包括质量管理单元(8)，所述质量管理单元(8)包括质量检测数据采集模块(81)、关键零部件信息采集模块(82)、装配质量信息采集模块(83)、质量数据追溯模块(84)、防错漏装管理模块(85)和产品档案管理模块(86)。
6.根据权利要求5所述的一种用于汽车制造的数字化柔性系统，其特征在于：所述防错漏装管理模块(85)通过装配检测工位的图像识别，进行在线装配物料的采集与判定，实现防错漏装管理。
7.使用权利要求1-6任意一项所述数字化柔性系统的一种用于汽车制造的数字化柔性管理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，对工厂进行三维建模，对工厂的生产要素进行测绘以UG形成三维仿真模型；构建工艺线，完成工艺定义、零部件分配、装配顺序、部件规划、工时计算、操作平衡、以及装配验证；
S2，配置设备操作终端以及数据采集装置，设立生产线控制点；所述设备操作终端、数据采集装置与三维仿真模型进行三方联立，保证系统运作中三者处于联动状态；
S3，从SAP、MPS、DCS、SRM系统中获取生产计划、产品定义信息、成本收集器数据、数据字典信息和存储区队列信息，并根据车型、焊装线产能、资源分配情况对所述生产计划进行分解，形成一个虚拟的待上线车身队列，所述待上线车身队列的车身数量与焊装线的固化数量保持一致；
S4，通过对生产计划、待上线车身队列和车身类型的监控和识别，获取车辆生产过程中所需的物料信息并将其传递给物料系统，物料系统根据物料信息向各生产线配送物料；
S5，根据生产线控制点的数据采集分析，对生产过程进行质量、设备以及工艺进行管理，并用数据库处理仿真过程中的信息流，为用户提供决策时所需的相关数据与资料；所述信息流根据流向分为接收和发送两个方向，其中发送的信息包括：计划执行信息、车身队列信息、生产能力信息和产品质量信息。
8.根据权利要求7所述的一种用于汽车制造的数字化柔性管理方法，其特征在于：步骤S2中所述的设备操作终端包括PAD、触摸屏或PC终端，所述设备操作终端通过无线网络或工业以太网与数据采集装置以及三维仿真模型形成连接。
9.根据权利要求8所述的一种用于汽车制造的数字化柔性管理方法，其特征在于：步骤S2中所述的数据采集装置包括数控设备的数据采集网口、用于非数控设备数据采集的电流传感器和计数器，所述数据采集装置通过无线网络或工业以太网与设备操作终端以及三维仿真模型形成连接。
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