挖掘机混流装配线工艺发布和质量自检系统设计

戴安全，张 洁

(上海交通大学计算机集成制造研究所，上海 200240)

挖掘机混流装配线工艺发布和质量自检系统设计

戴安全，张 洁

(上海交通大学计算机集成制造研究所，上海 200240)

针对挖掘机混流装配的特点和企业信息化建设的需求，结合某企业实际，以实用性为指导，充分利用企业已有的软件、硬件资源，应用面向对象的开发工具，研发了挖掘机混流装配车间工艺发布和质量自检系统。在分析挖掘机装配特点以及装配过程中存在问题的基础上，采用RFID技术实现了装配过程数据的自动采集，加强了对装配过程的控制，设计并成功开发了工艺发布以及质量自检系统的硬件架构和软件模块。最后，将研究成果应用于某大型挖掘机生产企业的混流装配线，取得了良好的应用效果。

挖掘机;混流装配;工艺发布;质量自检;RFID

目前国内对装配的研究和应用基本上集中在设计环节，而制造阶段的实际装配与设计阶段的装配状态有较大区别。因此研究制造执行环境下的装配，实现制造过程装配的可视化，将设计阶段的预装配和制造阶段的实际装配结合，在生产现场直观地引导现场装配人员进行装配，是一个迫切需要解决的实际问题［1］。

工艺信息是企业中使产品设计变为成品的整个制造过程中的基础信息，它是保证产品质量以及企业经济效益实现的重要条件之一。质量自检是装配工人在每道工序操作完成后要进行的质量检查，包括主要部件检查和作业项目检查。每道工序所对应的质量检验信息由质检部门事先制定，其内容是产品质量保证体系中的重要组成部分［1］。建立装配工艺发布和质量自检系统的总目标是:能将装配工艺快速、准确地传达给生产线的装配工人，规范装配工人的质量自检作业流程，保证产品质量，提高企业的信息化水平与经济效益。

1 挖掘机混流装配线工艺发布和质量自检现状分析

混流装配线在基本不改变现有生产手段、生产条件和生产能力的条件下，通过改变生产组织，在同条装配线上可同时加工多个品种的产品，具有产品型号多，状态变化快;零部件种类多，重型零部件多;产品装配工艺流程具有较大差异性等一系列特点［5］。传统的针对单一品种产品的生产管理技术已不能满足混流生产的要求。

a.企业现阶段工艺发布和质量自检存在的问题。

(1)纸质文件容易损毁。装配车间工艺文件根据产品型号和工位编号装订成册，由于装配作业环境较差，纸质文件容易被污染和损坏;另外，纸质文件存储成本高、更新速度慢。

(2)工艺查阅费时、自检作业困难。装配工人必须从多份工艺文件中查找需要的工艺文件，时间浪费较严重;装配工位没有自检文件填写的平台，文件填写困难，填写过程中损毁较多。

(3)质量自检随意性大。质量自检文件和在制品一起沿装配线向前移动，装配完成后，装配工人填写纸质自检文件，由于无法约束工人的填写流程，导致漏填、错填等现象普遍存在。

b.混流装配线工艺发布和质量自检系统的需求。

上述问题说明粗放式的装配工艺发布和质量自检方式会给生产过程带来很多问题，且与企业生产管理现代化的目标不相符。企业需要进行必要的改造，建立高效的工艺发布方法和合理的质量自检流程，使工艺发布和质量自检作业规范化。基于装配车间MES系统整体建设的要求，建立的装配线工艺发布和质量自检系统要达到以下目标:

(1)装配车间的无纸化。制定企业内装配工艺和质量自检文件的格式标准，规范文件术语，开发数据接口，使工艺和自检数据能高效、自动导入系统数据库，将纸质文件电子化。

(2)装配作业的可视化。采用工位终端(触摸屏式一体机)，开发人机交互功能良好的装配工艺发布和质量自检界面，实现装配过程的可视化指导及质量自检的交互式填写。

(3)装配工艺发布的自动化。装配工人必须在规定节拍内完成一系列的操作，装配作业有序而紧张，为了提高生产效率，同时降低装配工人的劳动强度，装配工艺的自动发布是系统实施的重点。

(4)质量自检作业的规范化。质量是产品的核心，规范化的质量检查可以减少漏检和错检，是保证产品质量的关键。

2 挖掘机混流装配线工艺发布和质量自检系统设计

挖掘机装配线由上车架装配线、下车架装配线(由下车架下部装配线和下车架上部装配线组成)、结合后装配线3条主装配线和动臂油缸输送线、驾驶室输送线、主控阀装配输送线、发动机装配输送线等15条子装配输送线(或输送线)组成。装配线布局如图1所示。

图1 挖掘机装配线布局图

2.1 挖掘机装配工艺流程

挖掘机上、下车架同时上线装配，上、下车架装配完成后进行结合后装配。上车架装配线共有19个装配工位，包括空调管路安装、回转马达安装等;下车架装配线共有17个装配工位，包括回转体安装、支重轮安装等;结合后装配线共有9个装配工位，包括履带装配、动臂装配等。挖掘机装配流程如图2所示。

图2 挖掘机装配流程图

2.2 混流装配线工艺发布和质量自检系统硬件架构设计

借鉴国外汽车厂商将无线射频识别技术(RFID)应用于汽车整车装配过程中的经验:RFID技术可以实现装配信息的自动采集、处理及共享，增强生产过程控制的能力［2－4］。本系统以 RFID技术作为数据采集手段，用于挖掘机车架和主要部件的识别，解决装配过程中存在的错装、漏装等问题;配合使用工位终端和人机交互软件来实现挖掘机整车装配的可视化。

针对挖掘机装配过程，简单有效的编码技术、统一的编码规范是RFID系统实施的基础。由图1可知，根据挖掘机的组织结构可把挖掘机装配过程分为:上车架装配、下车架装配和整车装配(即结合后装配)。因此，定义最终产品的唯一编码为产品编码;定义上车架、下车架和整车的编码为一级子编码;定义主要部件编码为二级子编码;二级子编码完全包含于一级子编码，一级子编码完全包含于产品编码。

挖掘机混流装配线工艺发布和质量自检系统硬件架构如图3所示。

由图3可见，挖掘机混流装配线每个工位部署1台工位终端和1个手持式RFID读写器，RFID通过串口和工位终端通信;工位终端通过车间局域网与服务器进行通信，服务器可以远程监控和更新工位终端显示的内容。

将RFID系统和工位终端相结合，RFID读写器自动识别当前工位在制品的电子标签，获取产品型号，系统自动根据工位编号和产品型号获取装配工艺，并将工艺信息显示在工位终端的触摸屏上，装配工人根据工艺示例进行装配作业，从而减少装配错误，提高装配效率。装配完成后，装配工人通过人机交互界面按系统指导完成装配的质量自检，减少质量自检的错误，保证装配质量。

RFID技术和工位终端的应用不仅实现了装配数据的自动采集，而且初步实现了装配工人操作的可视化，加强了整车装配过程的控制，提高了产品装配质量和生产效率。

图3 系统硬件架构

2.3 混流装配线工艺发布和质量自检系统功能模块设计

整个软件系统架构基于微软的.NET3.5。为了减轻工位终端载荷，降低系统维护与升级的成本，减少工作量，网络结构模式采用B/S(Browser/Server)结构。数据库采用SQL Server 2005。

混流装配线工艺发布和质量自检系统的功能模块如图4所示。

图4 工艺发布和质量自检系统功能模块图

设计工艺发布和质量自检系统各功能模块的具体功能如下:

a.工艺发布管理。工艺管理员通过工艺数据导入接口将企业原有的Excel工艺文件和ERP系统的工艺数据导入到系统数据库，并且负责对系统的工艺数据进行日常维护，如工艺数据更新、修改等。系统根据RFID读写器采集的产品型号和工位编号信息，自动从数据库获取相应工艺数据，发布到工位终端的显示器。

b.质量自检管理。质量管理员通过自检数据导入接口将企业原有的Excel自检文件和ERP系统的质量自检作业项目数据导入到系统数据库，同时负责对自检数据进行日常维护，如自检项目的更新、修改等。装配工人根据产品型号和工位编号，从数据库获取相应自检项目，根据工位终端显示器的指导完成自检项目的检查。质量管理员通过自检数据导出接口将装配工人填写的自检数据导出为Excel文件，并将其存档。

c.RFID信息管理。系统根据编码规则自动生成产品、车架、整车及部件的标签编码，根据生产计划和产品BOM将标签分配给相应的实体。在生产开始前，由设备管理员配置RFID阅读器的IP、天线接口、工作频率等参数。RFID数据处理模块用于解决RFID源数据存在的漏读、冗余等问题，将RFID源数据变为有用的生产数据，进而实现数据共享。

3 结束语

本文以某挖掘机装配企业混流装配线为背景，结合企业MES建设和车间现状需求，对混流装配线工艺发布和质量自检系统进行了设计与开发。在实际生产中，装配工人可以清晰地按照工位显示器提供的装配工艺示例进行装配，装配完成后按规定流程进行质量自检，因此装配效率和装配质量能得到较大程度的提高。

［1］赵亮.装配数字化系统的开发应用［J］.硅谷，2010(18):121.

［2］CLAIRE S.BMW Finds the Right Tool［EB/OL］.［2012 －11 － 08］.http://www.rfidjournal.com/article/view/5104/.

［3］BETH B.Nissan North America Installs RFID －based Real－Time Locating System［EB/OL］.［2013－01－08］.http://www.rfidjournal.com/article/view/2866/.

［4］BETH B.RFID Revs Up Honda Italia＇s Motorcycle Production［EB/OL］.［2013 －01 －08］.http://www.rfidjournal.com/article/view/2968/.

［5］郑林江.基于智能对象的混流装配线敏捷生产管理技术研究［D］.重庆:重庆大学机械学院，2010:5－6.

展览会信息:

2013中国国际船舶工业博览会、2013中国国际海洋工程与石油天然气技术装备展览会境内买家邀请情况。

军方买家组团:

中国人民解放军海军装备部作为“中船展”支持单位，继续组织军方代表参观、并参与展会同期举办的重要活动，为民器军用开拓渠道。

国内买家组团:

(1)邀请境内船东:

组委会首先把握上游资源，邀请到中国船东协会作为“协办单位”，组织旗下所有会员企业和各分支机构到会参观采购。

(2)组委会在全国范围内邀请近400家船舶、海洋工程领域相关协会组织会员企业参观，目前正式回函组织观众的协会已超过40家。

(3)其他组团参观的机构包括相关省市经信委、海事局、船舶检验局、大型船厂、船舶产业园、船舶配套企业、设计院、科研院所、航运交易所、中国船舶工业行业协会、中国造船工程学会等。

(4)聘请专业的买家邀请中心:组委会专门聘请买家邀请中心，提供超过10万条数据，通过电话、传真、电邮、直邮、短信等多种形式邀请境内外买家到会参观、采购。

(5)境内宣传:

在境内媒体合作方面，组委会与超过110家国内媒体合作进行宣传推广，在《中国船舶报》等重量级媒体上投放数十次广告，在行业内形成了很大的声势。

(6)在线预登记:

截至目前，展会预登记观众数量已超过2 000人，确认参会的境内外船东超过200人，参会的境内外船厂人员超过600人，来自船舶经纪公司、船舶设计公司、科研院所等机构高端的观众数量亦有显著提升。

The Development of Process Distribution and Quality Check System for Excavator Mixed－model Assembly Line

DAI Anquan，ZHANG Jie
(Shanghai Jiaotong University，Shanghai，200240，China)

In allusion to the characteristics of the excavator mixed－model assembly line and the requirements of promoting informatization，it promotes the process distribution and quality check system.The system applies RFID technology to achieve assembly process data automatically and strengthen control of the assembly process.Based on the analysis of characteristics of excavator assembly，it designs and develops the software and the hardware of the process distribution and quality check system.The application of the system at the mixed－model assembly line of a large excavator manufacturer in Xuzhou shows the satisfactory results.

Excavator;Mixed－model Assembly;Process Distribution;Quality Check;RFID

TP242

A

2095－509X(2013)04－0050－04

10.3969/j.issn.2095 －509X.2013.04.012

2012－12－11

无锡市科技计划项目(CYE11G1110)

戴安全(1986—)，男，重庆人，上海交通大学硕士研究生，主要从事计算机集成制造及企业信息化研究。