CN107368055A - 一种用于多零件装置的装配线配方控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于多零件装置的装配线配方控制系统及其方法，该系统包括：配方管理平台，在配方管理平台上可新建、修改、删除、保存多个配方，每个配方具有其对应的配方号和配方信息，配方信息包括多组配方参数，配方管理平台根据多零件装置的需求及多零件装置的工艺流程配置不同的配方号。本发明可以有效降低设备更改的难度，减少设备调试的时间，提高设备之间的柔性配合，适用于企业所有多零件装置的装配线，如变速箱装配线、发动机装配线等。

Description

一种用于多零件装置的装配线配方控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种用于多零件装置的装配线配方系统及其方法。

背景技术

装配线是通过合理的工艺流程将各种必须的零散零件组合起来的过程，尤其是对于变速箱和发动机比一般的机械加工流程复杂，而且装配线设计需根据产品类型、装配工艺指导、产量等系统的选择装配设备、物流设备及辅助设备，而设备采购、运行、维护的成本在装配线成本中占得比例最大。尤其对于汽车行业，其不可预测、快速发展的市场特点，企业如何在短时间内用较低的时间成本、设备成本实现转产成为装配线设计时考虑的重点。

因此，建设高柔性的装配线对于企业运行和维护成本、设备利用率、生产效率方面的收益愈加明显，其中设备配置、利用如何做到柔性最大化是其中最关键的部分。

过去几年越来越多的企业将信息化系统运用到装配线管理中来提高线体生产柔性，例如与上层ERP系统集成来及时响应订单变化，装配工艺管理模块实现工艺的配置与实时切换，装配过程监控系统监视线体生产，虽然这些系统在一定程度上提高了装配线体的柔性，但是对于线体中占比最大的设备部分，企业目前还没有合适的控制方法集成到装配线信息系统中，实现柔性化的切换设备运行方式，根据不同工艺任意组织设备生产。分析现有的装配线在设备组织方面存在的问题及未突破点基本如下：

(1)线体规划设计时只针对计划内的需要装配的装置的机型，在设备选择方面存在局限性，没有考虑线体的重复利用率，对以后升级改造留下困难；

(2)同一家企业装配线在不同工厂、车间有多条线体，不能进行统一的设备程序管理，而且对于线体相似的情况，无法简单的完成PLC线体程序参考复制，造成企业成本的增加；

(3)多种机型混线生产时，每台设备在需要装配的装置到达时判别机型，在该工位有加工工艺时调用程序装配，无工艺设计时直接从工位流转至下一工位。某些机型之间虽然装配工艺差别很小，但是仍需要增加设备完成不同机型的装配需求，造成设备利用率不高、产线设置过长；

(4)线体机型升级改造时，例如压机，拧紧枪的设置只是参数设置的不同或是运行顺序的改变，仍需要维保人员进行重新设置调试，甚至设备厂家人员进行协助；当遇到大型复杂的线体时，在同样的工作周期下，设备调试人员的工作量明显高于其他线体参与者，短时间完成大量设备的调试工作量大，稳定性也难以保证。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种用于多零件装置的装配线配方控制系统及其方法，其可以有效降低设备更改的难度，减少设备调试的时间，提高设备之间的柔性配合，适用于企业所有多零件装置的装配线，如变速箱装配线、发动机装配线等等。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

用于多零件装置的装配线配方控制系统，包括：配方管理平台，在配方管理平台上可新建、修改、删除、保存多个配方，每个配方具有其对应的配方号和配方信息，配方信息包括多组配方参数，配方管理平台根据多零件装置的装配需求及多零件装置的工艺流程配置不同的配方号。

本发明用于多零件装置的装配线配方控制系统利用配方的方式控制装配流程。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，配方参数包括以下一种或多种参数：

工厂号，工厂号为配方对应的装配流程应用的工厂；

工作中心号，工作中心号为配方对应的装配流程应用的车间；

工位号，工位号为以工位为一个操作单元，每个操作单元包含该工位号的设备类型及数量；

动作流程程序号，动作流程程序号为每个配方号对应一个PLC在每个工位调用的程序号；

HMI参数组号，HMI参数组号为配方号对应HMI界面显示程序号；

电气元器件号，电气元器件号为多零件装置装配过程中所有参与动作的设备元器件的代号；

动作流程参数，动作流程参数为在该配方中设备元器件的动作范围。

采用上述优选的方案，保证配方管理平台的正常运行。

作为优选的方案，配方管理平台包括：配方新增模块和/或配方调整模块和/或配方校验模块和/或配方拷贝模块和/或配方对比模块和/或配方上线模块；

配方新增模块用于在配方管理平台上新增配方；

配方调整模块用于调整配方管理平台已存在的配方，使该配方适用于新产品的装配；

配方校验模块用于校验配方参数的完整性及数据类型的正确性；

配方拷贝模块用于拷贝配方管理平台已存在的配方，再在该配方的基础上进行修改，形成新的配方；

配方对比模块用于对比两个配方，输出差异结果；

配方上线模块用于将配方参数按照指定规则有顺序的写入与PLC定义好的配方DB块中。

采用上述优选的方案，保证配方管理平台具有多种功能。

用于多零件装置的装配线配方控制方法，利用用于多零件装置的装配线配方控制系统进行控制，具体包括以下步骤：

步骤1)：在配方管理平台初始化配方参数各基础数据配置；

步骤2)：配方参数设置完毕后将完整的配方结果按照指定的格式保存于配方管理平台的数据库内；

步骤3)：配方管理平台与MES信息系统数据集成，将已确认写入的配方集合传递到MES系统。

用于多零件装置的装配线配方控制方法对每台设备动作进行工艺分解，之后对每个动作参数进行可配置化处理，实现在多零件装置装配线体设计之初，企业根据工艺设计将参与生产的设备集成控制，对设备中各电气元器件进行加工顺序与动作参数赋值，形成不同的配方集合适用于多种的装配工艺，之后车间根据实际装配流程选择适合配方，对于差异部分可简单调整实现要求，最终达到利用配方的方式控制装配流程。

作为优选的方案，在步骤1)中，通过以下一种或多种方法对各基础数据进行配置；

对工厂数据进行配置，通过人工输入将工厂号与工厂描述新增入配方管理平台和/或通过访问ERP系统获得工厂数据和/或通过导入数据文件的方式输入工厂数据；

对工作中心数据进行配置，在工作中心与工厂之间建立对应关系；

对工位号进行配置，将多零件装置装配线中参与装配生产活动的工位初始化到配方管理平台和/或通过与车间MES信息系统做数据接口获得其监控的工位；

对动作流程程序号进行配置，初始化一个或多个程序号；

对HMI参数组号进行配置，将配方号对应HMI界面显示程序号；

对电气元器件号进行配置，初始化多零件装置装配线中所有设备元器件；

对动作流程参数进行配置，初始化设置参数范围为0～128。

采用上述优选的方案，对各基础数据进行合理的配置。

作为优选的方案，当首次新增配方时，利用配方新增模块对每个工位新增配方内容，或通过上传文件的方式进行新增配方设置。

采用上述优选的方案，选择合适的方式进行首次新增配方。

作为优选的方案，在新增配方时，当配方管理平台已经存在几种设置并在线运行的配方，并且原配方调用的PLC程序集合可以满足新配方使用时，利用配方拷贝模块进行新增配方设置。

采用上述优选的方案，利用配方拷贝模块进行配方的新增。

作为优选的方案，在配方新增后，通过配方校验模块进行配方校验。

采用上述优选的方案，保证新增配方的有效性。

作为优选的方案，在步骤2中)，指定的数据格式以每个工位为一个单元，一个单元中前两位为动作流程程序号和HMI参数组号，后面为电气元器件号与对应参数。

采用上述优选的方案，更不易出错。

作为优选的方案，根据权利要求9所述的用于多零件装置的装配线配方控制方法，其特征在于，所述电器元件号最多18个。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于多零件装置的装配线配方控制方法流程图。

图2为本发明实施例提供的配方与PLC交互流程图。

图3为本发明实施例提供的配方增加流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

为了达到本发明的目的，一种用于多零件装置的装配线配方控制系统及其方法的其中一些实施例中，将该发明应用于变速箱装配线上，故本发明用于多零件装置的装配线配方控制系统包括：配方管理平台，在配方管理平台上可新建、修改、删除、保存多个配方，每个配方具有其对应的配方号和配方信息，配方信息包括多组配方参数，配方管理平台根据变速箱装配需求及变速箱工艺流程配置不同的配方号。

配方参数包括以下一种或多种参数：

工厂号，工厂号为配方对应的装配流程应用的工厂；

工作中心号，工作中心号为配方对应的装配流程应用的车间；

工位号，工位号为以工位为一个操作单元，每个操作单元包含该工位号的设备类型及数量；

动作流程程序号，动作流程程序号为每个配方号对应一个PLC在每个工位调用的程序号；

HMI参数组号，HMI参数组号为配方号对应HMI界面显示程序号；

电气元器件号，电气元器件号为变速箱装配过程中所有参与动作的设备元器件的代号，例如：不同类型电缸、拧紧枪、拧紧轴、机器人、视觉系统等；

动作流程参数，动作流程参数为在该配方中设备元器件的动作范围，例如第一步压装操作电缸压力最大值为120N，第二步拧紧设备的扭矩值为25N·m。

配方管理平台包括：配方新增模块、配方调整模块、配方校验模块、配方拷贝模块、配方对比模块和配方上线模块。

配方新增模块用于在配方管理平台上新增配方。

配方调整模块用于调整配方管理平台已存在的配方，使该配方适用于新产品的装配，当增加新产品时，如果新产品配方与已存在产品配方不一致，但是通过现有PLC程序可以满足新产品装配，这种情况通过配方调整模块，配置有差异工位的PLC调用程序，不需要再次编写PLC的程序即可实现增加新配方。

配方校验模块用于校验配方参数的完整性及数据类型的正确性，校验成功允许管理者将该配方信息保存到厂级数据库，应用在各厂装配车间，写入成功的配方不允许删除或修改，只有具有权限的管理者验证身份后，允许对配方进行修改。

配方拷贝模块用于拷贝配方管理平台已存在的配方，再在该配方的基础上进行修改，形成新的配方。当装配工艺差异较小，装配流程基本相同，只需修改一小部分配方参数即可满足生产要求时，可以通过配方拷贝模块新增配方，选择原有配方拷贝到新配方号中，修改差异内容，即可完成新配方的设置，方便企业的使用。

配方对比模块用于对比两个配方，输出差异结果。选择已确认正确的配方作为基础，与需要验证的配方进行比对，配方对比模块自动识别配方差异输出差异结果，管理者只需验证差异部分是否设置正确以及是否有缺少的部分即可验证配方配置的正确性。

配方上线模块用于将配方参数按照指定规则有顺序的写入与PLC定义好的配方DB块中。在变速箱装配线线首工位，操作工选择匹配的配方号，配方管理平台调用配方信息，配方上线模块将配方参数按照指定规则有顺序的写入与PLC定义好的配方DB块中。

如图1和2所示，用于多零件装置的装配线配方控制方法，利用用于多零件装置的装配线配方控制系统进行控制，具体包括以下步骤：

步骤1)：在配方管理平台初始化配方参数各基础数据配置，通过以下一种或多种方法对各基础数据进行配置；

对工厂数据进行配置，通过人工输入将工厂号与工厂描述新增入配方管理平台和/或通过访问ERP系统获得工厂数据和/或通过导入数据文件的方式输入工厂数据，例如：1101表示上海工厂、1102表示烟台工厂；

对工作中心数据进行配置，在工作中心与工厂之间建立对应关系，选择工厂后，添加其包含的工作中心数据，例如：1101工厂包括1101001：动力总成装配一车间，1101002：动力总成装配二车间；

对工位号进行配置，将变速箱装配线中参与装配生产活动的工位初始化到配方管理平台和/或通过与车间MES信息系统做数据接口获得其监控的工位；

对动作流程程序号进行配置，初始化1-6号程序号，默认先设置PLC有6套程序；

对HMI参数组号进行配置，将配方号对应HMI界面显示程序号；

对电气元器件号进行配置，初始化变速箱装配线装中所有设备元器件，例如包括：电缸、拧紧枪、拧紧轴、机器人、视觉系统、气密仪、执行器；

对动作流程参数进行配置，初始化设置参数范围为0～128。

步骤2)：配方参数设置完毕后将完整的配方结果按照指定的格式保存于配方管理平台的数据库内，指定的数据格式如表1所示，以每个工位为一个单元，一个单元中前两位为动作流程程序号和HMI参数组号，后面为电气元器件号与对应参数。动作流程程序号和HMI参数组号这两个参数为必填选项，影响之后线体设备是否可以正常运行，后面为电气元器件与对应参数，允许最多18组电气元器件。确认写入时，配方管理平台校验是否允许写入，首先判断原位置是否已存在写入结果，已存在时提示“配方结果已存在”，进入身份验证界面，权限验证通过后再次确认是否替换配方结果，选择确认后系统写入新的配方结果，同时记录修改日志文件，便于在以后配方发生问题时查找原因。

表1配方信息数据模型

1	2	3	4	5	6	…	…	…	…
										1	1	1|125	2|125	1|120	1|125	…	…	…	…

步骤3)：配方管理平台与MES信息系统数据集成，将已确认写入的配方集合传递到MES系统。在线体各上线工位，MES系统界面允许操作者选择装配产品匹配的配方号，将写入的配方信息传递到托盘RFID标签中，托盘流转至各工位，PLC根据事先定义好DB位置将该工位的配方信息读取出来，将参数值分别写入动作程序号、HMI参数号、电气元器件及其参数位置，调用适合产品的程序号，MES系统允许设备开始工作时，PLC控制电气元器件按照配方顺序开始动作，设备的动作范围按照设定参数值完成。读取配套的HMI参数号，初始化界面参数监控界面。

为了降低设备更改的难度，减少设备调试的时间，提高设备之间的柔性配合，本发明提出一种用于多零件装置的装配线配方控制系统及其方法，适用于企业所有变速箱装配线。本发明首先对每台设备动作进行工艺分解，之后对每个动作参数进行可配置化处理，实现在变速箱装配线体设计之初，企业根据工艺设计将参与生产的设备集成控制，对设备中各电气元器件进行加工顺序与动作参数赋值，形成不同的配方集合适用于多种的装配工艺，之后车间根据实际装配流程选择适合配方，对于差异部分可简单调整实现要求，最终达到利用配方的方式控制装配流程。

本发明一种用于多零件装置的装配线配方控制系统及其方法通过配方指导并控制生产，托盘RFID载着配方信息流转到达每个工位时，读取托盘DB信息，将配方参数按照顺序读取，根据配方指示，PLC调用指定的程序号，HMI界面显示相应的监控画面，同时依据配方初始化设备加工顺序及动作参数。

本发明通过对装配过程相关的工厂、车间、工位、设备动作的协同管理，柔性配置实现稳定高效率的装配生产。该方法的应用不再局限于机型个体，而是处理不同的配方号，形成配方选择集合，应用更方便，使用范围更广泛。利用配方控制方法可以实现多品种混线生产，提高设备利用率，为后期机型改造提供一种方便的配置环境。

本发明一种用于多零件装置的装配线配方控制系统及其方法可以有效降低设备更改的难度，减少设备调试的时间，提高设备之间的柔性配合，适用于企业所有多零件装置的装配线，如变速箱装配线、发动机装配线等等。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，配方信息的最终输出结果可以导出Excel，Excel内容按照工位分组，查看配方结果一目了然，企业将完整的配方内容导出到报表后，便于携带、转移、查看。

如图3所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，当首次新增配方时，利用配方新增模块对每个工位新增配方内容，或通过上传文件的方式进行新增配方设置。

上传文件前在配方管理平台先下载配方基础数据Excel模板表，模板中定义了输入内容包括：工厂代码、工作中心、配方号、序号、工位号、动作流程描述、动作流程参数、负责人，配方管理人员可以根据实际工艺过程整理配方信息到Excel表，然后导入配方系统。配方系统遍历每一行数据，进行数据校验，校验内容包括：

1)表中数据列字段校验，包括：配方号3位数字校验、序号和动作流程号数字格式校验以及不重复校验，任意条件不符合，系统校验结果为失败，提示错误内容；

2)表中数据重复性校验，如果存在某两行或者以上在工厂、工作中心、配方号、工位号参数设置均相同时，系统校验结果为失败，提示错误内容；

3)表中数据与系统已存在信息重复性校验，表中字段在工厂、工作中心、配方号、工位号参数设置与系统中原有信息发生重复时，系统校验结果为失败，提示错误内容；

系统将错误信息及错误原因导出Excel给操作者，允许操作者修改后再次导入配方信息，确保配方的准确性及唯一性。

进一步，在新增配方时，当配方管理平台已经存在几种设置并在线运行的配方，并且原配方调用的PLC程序集合可以满足新配方使用时，利用配方拷贝模块进行新增配方设置。配方拷贝时，配方管理平台加载原配方配置的所有工位，配方拷贝模块提供全部工位拷贝和部分工位拷贝功能，完成后查询新配方配置信息，通过配方调整功能重新配置差异部分的电气元器件选择及动作流程参数设置。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于多零件装置的装配线配方控制系统，其特征在于，包括：

配方管理平台，在所述配方管理平台上可新建、修改、删除、保存多个配方，每个配方具有其对应的配方号和配方信息，所述配方信息包括多组配方参数，所述配方管理平台根据多零件装置的装配需求及多零件装置的工艺流程配置不同的配方号。

2.根据权利要求1所述的用于多零件装置的装配线配方控制系统，其特征在于，所述配方参数包括以下一种或多种参数：

工厂号，所述工厂号为配方对应的装配流程应用的工厂；

工作中心号，所述工作中心号为配方对应的装配流程应用的车间；

工位号，所述工位号为以工位为一个操作单元，每个所述操作单元包含该工位号的设备类型及数量；

动作流程程序号，所述动作流程程序号为每个配方号对应一个PLC在每个工位调用的程序号；

HMI参数组号，所述HMI参数组号为配方号对应HMI界面显示程序号；

电气元器件号，所述电气元器件号为多零件装置装配过程中所有参与动作的设备元器件的代号；

动作流程参数，所述动作流程参数为在该配方中设备元器件的动作范围。

3.根据权利要求1或2所述的用于多零件装置的装配线配方控制系统，其特征在于，所述配方管理平台包括：配方新增模块和/或配方调整模块和/或配方校验模块和/或配方拷贝模块和/或配方对比模块和/或配方上线模块；

所述配方新增模块用于在所述配方管理平台上新增配方；

所述配方调整模块用于调整所述配方管理平台已存在的配方，使该配方适用于新产品的装配；

所述配方校验模块用于校验配方参数的完整性及数据类型的正确性；

所述配方拷贝模块用于拷贝所述配方管理平台已存在的配方，再在该配方的基础上进行修改，形成新的配方；

所述配方对比模块用于对比两个配方，输出差异结果；

所述配方上线模块用于将配方参数按照指定规则有顺序的写入与PLC定义好的配方DB块中。

4.用于多零件装置的装配线配方控制方法，其特征在于，利用如权利要求3所述的用于多零件装置的装配线配方控制系统进行控制，具体包括以下步骤：

步骤1)：在配方管理平台初始化配方参数各基础数据配置；

步骤2)：配方参数设置完毕后将完整的配方结果按照指定的格式保存于配方管理平台的数据库内；

步骤3)：配方管理平台与MES信息系统数据集成，将已确认写入的配方集合传递到MES系统。

5.根据权利要求4所述的用于多零件装置的装配线配方控制方法，其特征在于，在所述步骤1)中，通过以下一种或多种方法对各基础数据进行配置；

对工厂数据进行配置，通过人工输入将工厂号与工厂描述新增入配方管理平台和/或通过访问ERP系统获得工厂数据和/或通过导入数据文件的方式输入工厂数据；

对工作中心数据进行配置，在工作中心与工厂之间建立对应关系；

对工位号进行配置，将多零件装置的装配线中参与装配生产活动的工位初始化到配方管理平台和/或通过与车间MES信息系统做数据接口获得其监控的工位；

对动作流程程序号进行配置，初始化一个或多个程序号；

对HMI参数组号进行配置，将配方号对应HMI界面显示程序号；

对电气元器件号进行配置，初始化多零件装置的装配线中所有设备元器件；

对动作流程参数进行配置，初始化设置参数范围为0～128。

6.根据权利要求5所述的用于多零件装置的装配线配方控制方法，其特征在于，当首次新增配方时，利用配方新增模块对每个工位新增配方内容，或通过上传文件的方式进行新增配方设置。

7.根据权利要求6所述的用于多零件装置的装配线配方控制方法，其特征在于，在新增配方时，当配方管理平台已经存在几种设置并在线运行的配方，并且原配方调用的PLC程序集合可以满足新配方使用时，利用配方拷贝模块进行新增配方设置。

8.根据权利要求7所述的用于多零件装置的装配线配方控制方法，其特征在于，在配方新增后，通过配方校验模块进行配方校验。

9.根据权利要求4-8任一项所述的用于多零件装置的装配线配方控制方法，其特征在于，在所述步骤2中)，指定的数据格式以每个工位为一个单元，一个单元中前两位为动作流程程序号和HMI参数组号，后面为电气元器件号与对应参数。

10.根据权利要求9所述的用于多零件装置的装配线配方控制方法，其特征在于，所述电器元件号最多18个。