发动机外协件装配线防错系统设计与实现

2015-11-28张吴波

湖北汽车工业学院学报 2015年3期

张吴波

（湖北汽车工业学院电气与信息工程学院，湖北十堰442002）

随着汽车发动机排放标准要求越来越高，发动机的设计要求、零件加工和装配质量要求也越来越高。在汽车生产规模不断扩大、生产节拍不断提高的背景下，发动机装配大多己实现混流装配。由于不同型号发动机的共线生产，装配线上每天都要更换产品型号，而每种产品所搭配的零件物料及工艺要求各不同，使得发动机装配过程错综复杂[1]。

外协件装配是发动机的重要组成部分。虽然发动机装配线应用了在线自动装配、自动检测等技术功能，但如果采用人工目测、人工分检等传统的预防方法，当发动机大批量、连续混流生产时，操作者受视觉疲劳和劳动强度的影响、装配过程中分辨效率低下等原因而容易出错[2]。因此需要在发动机外协件的装配过程中采用一些防错技术，以有效地控制发动机的制造质量，保证发动机高精度、高效率、高质量的装配。

1 系统要求

发动机外协件装配线根据生产计划，将发动机装配所需的外购件按装配需求，输送到指定工位，并按照要求装配，如图1所示。

图1 发动机外协件装配线示意图

1#工控机位于发动机转配线的喷漆下线处，当发动机下线时，需要登记发动机的标识号，用以指示外协件库的物料管理员，按照下线的发动机型号将需要集配的零件装到物料小车。装车后的物料被送往外协件装配线，操作工人按照看板，选取相应零件进行集配。

在外协件装配中容易因人为因素导致发生错装、漏装：1）在选取集配零件时，操作工人可能将装车物料选错；2）在装配工位上，操作工人从物料小车中选取零件时，可能将零件选错；3）在装配时可能将零件装错，或者安装不到位。防错系统应对这些易出错的环节进行监控和管理。

2 系统设计

2.1 系统架构

外协件装配防错系统，开发采用基于.NET 架构的C#语言开发，采用C/S（客户端/服务器）模式，各个工控机作为客户端，完成数据的采集、显示；服务器端完成数据的存储。客户端开发工具采用VS2005，服务器端的数据库采用Sql Server 2000。根据系统要求，设计系统的拓扑结构如图2所示。

装配线上的各工控机通过局域网连接，数据库服务器通过交换机与MES 服务器交互，定时从MES系统提取发动机装配零件数据。1#工控机对下线的发动机条码进行扫描，并将发动机的条码与发动机型号对应，并保存在数据库服务器中。2#工控机和3#工控机根据装配的发动机标识号，提示操作工人正确选择装车的零件。当2 台集配小车上的零件全部扫面合格后，物料小车才能送往装配线。4#工控机安装在外装上线，用于比对物料小车的条码和发动机条码是否吻合。

图2 拓扑结构

2.2 系统流程

根据装配线要求，防错系统的处理流程设计如图3所示。系统定时从MES系统中下载机型信息以及BOM信息等，并将其保存到数据库服务器中，实现与MES系统的无缝连接。在1#工控机扫描完发动机条码后，从数据库服务器中提取发动机所属机型，操作员确认后，保存进数据库，并根据装配的先后顺序对待装配发动机进行排序。2#、3#工控机按照发动机的排序选择装配的发动机，然后提示发动机所需装配的零件。在将零件装车时，扫描零件的条码，并判断其是否符合发动机的装配条件。装车完毕后，打印发动机装车清单，扫描装零件的物料小车条码，建立小车与发动机对应信息。在4#工位扫描发动机条码、小车条码，如果发动机条码和小车条码匹配，进入工人装配环节，完成装配。

2.3 数据库设计

对系统需要处理的数据进行抽象、建模，设计出如图4所示的E-R图。

图3 系统流程

图4 系统E-R图

发动机型号表示装配线需要装配的发动机机型，具体装配的发动机具有唯一的条码，通过生产计划与发动机型号对应。每种类型的发动机机型都有一个物料装配清单BOM，指明生产实际使用的BOM，即实际生产按照什么样的工艺，需要哪些材料，在什么设备上生产，安排多少工人等等信息。具体安装在发动机上的零件具有唯一的条码，在安装完成后，每台发动机有一个具体的安装清单表。其中关键的物理表设计如表1～2所示。

表1 发动机表

表2 BOM表

2.4 功能设计

根据系统功能与系统流程图，系统设计的主要功能如图5所示。

图5 系统功能结构图

1）发动机BOM 数据管理定时从MES系统下载机型数据，并保存到本地数据库服务器中。提供根据发动机型号，查询所需装配的零件、安装工位等信息。

2）发动机条码管理完成对发动机的扫描，登记发动机所属的型号，并按照扫描顺序对发动机进行排序。将扫描的发动机条码推送到下一工位。

3）零件选取管理根据选择的发动机条码，完成对零件条码的扫描，并根据定义的发动机BOM 数据比对所选择的零件号和发动机型号，匹配成功的零件提示装入小车，不成功的提示错误，并记录发动机条码和零件号的对应。完成对已经装车完毕的小车条码扫描，并记录其和发动机条码的对应关系。只有所有需装配的零件装车完毕后才能对小车条码扫描，并送入下一工位进行装配，并打印所装配的零件清单以及装车号。

4）发动机装配管理扫描发动机条码、小车条码，根据装配清单进行对比。比对成功的送入装配线进行装配。

3 系统实现

3.1 数据同步

防错系统中的核心数据——BOM 数据，是在其上游的MES系统中设计、管理，为了保证在装配过程装配零件的正确性，并指示操作工能正确选取装车零件，系统需提取MES系统中的BOM数据，并与其保持一致，因此需要定时从MES系统提取数据。定时任务使用Quartz.NET实现。

Quartz.NET是一个开源的作业调度框架，是OpenSymphony的Quartz API的.NET移植。它提供了巨大的灵活性而不牺牲简单性。

在Quartz.NET框架代码中，通过创建一个调度器构造工厂StdSchedulerFactory，并通过GetScheduler（）函数构造调度器，定义任务（JobDetail）和触发器（trigger），在任务中指定需要定时执行类，触发器设定定时执行的时间。再将任务与触发器添加到调度器中，并启动调度器。SynJob是一个实现了IJob 接口和Execute（）方法的数据同步类，在调度器的管理下按照定时器的时间设定，定时执行其实现的Execute（）。

在SynJob中，首先连接MES系统的数据库，根据生产计划表，查找当天需要装配的发动机型号，根据发动机型号，将BOM 数据表中的相关记录下载到本地。根据物料号，在本地数据库的BOM 数据表中查询是否存在该物料的信息，如果存在则更新，如果不存在则将其插入到数据库中。

3.2 物料提取防错

在发动机装配中，存放各式零部件和物料，物料管理员需要根据装配的发动机要求，按需提取物料进行装配操作。物料的提取过程存在错拿、漏装等人为失误，这些人为失误将直接影响到发动机的装配效率品质。因此将仓库中的各个零件，打上不同条形码，其格式为“厂代码+零件号+流水号”，其中流水号为零件的唯一码，不可重复。系统通过条形码辨识具体的零件和发动机。

零件入库时，为每一个零件制作、打印、粘贴一个条码，用条码扫描枪对零件条码进行逐件扫描，读取扫描枪扫描的零件号，将其保存在数据库中。当发动机从喷漆线下来后，对发动机的条码进行扫描，发动机条码送入待装配的发动机排序表，并从数据库服务器的BOM表中，根据其发动机型号进行查找，得到需要装配的零件号、安装工位、数量和装配要求。物料管理员在待装配的发动机排序表中选择一台发动机后，工控机上显示该发动机需要装配的零件号和个数。管理员选取相应的物料小车，使用扫描枪扫描小车上的条码，将其与发动机的条码对应后，保存数据库中。在选取的零件中，逐一扫描零件上的条形码，根据条形码确定零件所属型号，判断零件是否属于BOM 数据表中提取发动机的零件装配清单中的零件，如果是提示正确，否则提示错误。系统根据扫描的零件型号，对装车零件数量进行计数。只有所有零件正确地装入物料小车后，物料小车被送往装配线装配。在装配线进行装配时，操作人员先对物料小车条码和发动机条码进行扫描，判断物料小车是否为在选料时发动机对应的小车条码，二者匹配才能进行装配。