流程驱动的发动机装配过程管理与监控技术

姜合萍，王若平，张大舜，姜继春

(长春设备工艺研究所，吉林 长春 130012)

某厂柴油发动机整机装配采用传统工艺，缺乏数字化装配手段，致使装配一致性难以保证，装配效率不高。以柴油发动机整机装配车间为研究对象，搭建网络环境支持下的数字化装配过程管理平台，在车间各装配工位，采用基于条码或智能终端方式，实现装配过程信息的采集。研发发动机装配管理应用系统，对采集到的信息进行存储、分类、统计、查询及显示，使管理人员能够实时了解发动机生产线装配进度、物料消耗和在制品质量等情况，从而实施及时的生产控制，保证生产线运行状态良好、质量稳定，提高柴油发动机装配效率。

1 柴油发动机装配流程分析

柴油发动机的组成主要包括缸体、曲轴连杆结构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统及启动系统[1]。其装配流程图如图1所示。

图1 柴油发动机整机装配流程图

在发动机装配生产线上，根据装配作业计划及装配工艺要求，完成装配资源准备后，装配生产线开始运行。以工序为单位的装配流程图如图2所示，流程说明如下。

1)根据厂级订单制定车间计划，装配车间接收车间计划，按照产品优先级及进度要求对装配车间计划进行分解，形成装配作业计划。

2)车间作业计划下达，根据装配作业计划，生成物料需求计划；物料管理人员根据物料需求计划查询库存，进行装配齐套性检查。如果物料满足齐套要求，则反馈信息，并进行作业计划确认，将满足物料齐套要求的计划下达到装配车间执行；如果物料不能满足齐套要求，则需要修改作业计划，并进行再次确认，形成可下达作业计划。

3)生成电子的产品工序流转单，与产品唯一标识进行绑定，记录发动机产品装配所需经过的所有流程，装配所需的零部件、人员、质量要求及时间进度等。

4)工序装配前，通过条码扫描形式识别装配件，将采集的装配件信息与产品唯一标识进行绑定[2]；工序装配完成后，进行质量检验，若工序装配质量合格，进行工序完工上报后，进入下一个装配流程。

5)全部工序装配完成后，装配过程信息存入数据库，形成信息完备的产品工序流转单，记录各个工序装配过程信息、装配件信息、进度信息及质量信息，装配流程结束。

图2 以工序为单位的装配流程图

2 柴油发动机装配过程监控技术

柴油发动机装配过程监控贯穿于产品装配的全过程，其目的是保证生产流程顺畅。当发生异常时，可以被及时发现，并采取有效措施进行处理。其核心内容包括如下三部分。

1)计划执行状态监控。监控作业计划执行状态，包含产品类型、数量和进度等信息显示，对整个车间装配效率进行整体评估，发生异常状况时能及时发现并处理。

2)物料消耗状态监控。实时监测车间现场各工位的物料状态，随时掌握各工序物料动态消耗，以便及时补充，将所需物料按照正确数量、在规定时间内运送至正确的工位，保证生产的正常进行。

3)产品装配进度监控。对每一件具有唯一标识的发动机产品在各工位的装配进度进行监控，对产品已完成工序、正在执行工序及未完成工序进行动态的可视化显示。

柴油发动机装配过程监控功能实现的基础是发动机装配过程管理系统，它是基于WEB的B/S结构开发的软件平台，在装配过程管理系统控制下，整个装配车间高效、有序地运行。

3 柴油发动机装配过程管理系统实现

3.1 柴油发动机装配过程管理系统功能

柴油发动机装配过程管理系统结构如图3所示。管理系统在网络环境下运行，以网络、数据库及基于条码/RFID/智能终端的车间现场多维异构数据采集为基础。

图3 柴油发动机装配过程管理系统结构图

柴油发动机装配过程管理系统主要包括计划调度管理、装配工艺管理、装配物料管理、装配资源管理、装配现场管理、物料配送管理、条码管理及系统权限管理等核心功能。系统提供了异构数据库的数据库访问接口，可以实现与企业其他应用系统(如产品数据管理系统PDM、供应链管理系统SCM和企业资源计划管理系统ERP)的信息集成与共享。管理系统功能具体说明如下。

1)计划调度管理。根据工厂下达到装配车间的计划，编制车间装配作业计划，综合考虑装配线能力及物料齐套性，经过确认后的作业计划下达到装配工位。

2)装配工艺管理。实现发动机整机装配工艺规程管理。对关键装配工序，形成装配动画，现场操作人员通过车间现场计算机终端，观看装配动画，完成现场装配。

3)装配物料管理。实现物料的出库管理、入库管理和存储货物分配管理等。根据车间作业计划及装配工艺，统计各种物料需求的数量，查询库存，将物料库存及时反馈计划调度模块，当库存不足时，及时协调补充。

4)装配资源管理。根据车间作业计划及装配工艺，完成各工序装配所需的工具、工装和辅具等的生产准备，资源状态完好且全部准备完成，发送信息到计划调度模块，可以开始装配作业。

5)装配现场管理。接收计划调度模块下达的车间作业计划，通过条码扫描或登录等方式，获取工序装配任务、读取产品工序流转单、获取正确的零部件信息，按照工艺完成各工序装配，并进行工序装配完工上报。监控计划执行状态、每件产品装配进度的物料消耗情况等，通过装配过程信息的实时采集、统计分析及可视化显示，使车间管理人员及时了解装配车间运行动态。

6)物料配送管理。分析生产线物料需求，根据装配工艺所需物料种类及需求时间，制定配送方案，利用物料运输设备，将所需的各类物料准确、及时、合理配送到各工位，保证生产有序进行。

7)条码管理。装配车间实行基于条码的信息采集与管理，对装配车间内的产品、人员、物料、资源和工序等信息进行分类编码，各装配工位、管理计算及装配现场终端配置条码扫描设备，进行条码识别，获取装配过程信息。

8)系统权限管理。对系统中各应用人员进行用户权限设置与管理，不同用户对应不同的角色及权限，对权限范围内的内容进行操作。

3.2 装配过程管理系统网络环境构建

建立装配过程管理系统运行的网络环境(见图4)，设置网络及应用管理服务器、装配计划调度管理、装配工艺管理、物料管理与物料配送、条码管理、装配现场管理等计算机终端。装配过程管理系统在网络、计算机、扫描及运输设备环境支持下，完成各项功能，使车间管理人员能够实时监控车间装配计划的执行状态。

图4 系统网络及硬件配置

3.3 装配过程管理系统实现

装配过程管理系统采用基于WEB形式的浏览器/服务器(B/S)模式设计与开发，在这种模式下管理系统在服务器端部署成功后，客户端可以通过浏览器打开系统主页访问系统，与企业其他应用系统通过开放的数据库集成接口实现集成。系统典型用户界面示意图如图5和图6所示。

图5 物料统计查询界面示意图

图6 装配工序要求界面示意图

4 结语

本文以柴油发动机全三维研制为背景，针对发动机装配过程，开展生产流程驱动的执行监控与数据采集技术研究，研发基于网络的发动机装配过程管理系统平台，实现发动机装配车间现场信息的智能采集与装配执行过程管理与监控。

[1] 李晓丹. 柴油机装配工艺可视化关键技术研究及实现[D]. 辽宁：大连交通大学，2009.

[2] 王强. 基于物联网的机械产品装配过程监测与控制关键技术研究[D]. 合肥：合肥工业大学, 2012.