从物流仿真的角度看待焊装生产控制系统的变迁

从物流仿真的角度看待焊装生产控制系统的变迁

夏韦韦

库卡柔性系统（上海）有限公司 201612

摘要：

生产控制对于一个企业的生产过程有着举足轻重的作用,好的生产控制系统通过平衡生产计划、提高响应速度、合理布局生产线等,达到提高物流中转效率、按时完成生产计划，降低企业生产成本等目的。在竞争日趋激烈的汽车市场环境中，企业务必具备足够智能的生产控制系统,才能应对日益复杂的市场环境,在严酷的竞争环境中获取产品优势。本文基于生产控制理论,结合作者多年的物流仿真经验，对焊装车间目前生产控制方式进行了总结和探讨,为优化汽车生产控制的方式提供借鉴。

关键字：焊装车间 自动化控制 智能制造

前言：

国内较先进的汽车焊装线大多采用自动化焊接设备和控制系统。其中焊装车间控制系统自动化程度较高，数据采集量大，控制站多，系统可靠性要求较高，具有较高的机电一体化水平。合理的生产控制系统安全可靠，减少了设备运行的故障率, 提高了生产效率。

背景介绍：

汽车焊装过程中应用自动控制技术的第一要务是设计一整套的程序，将其输入到汽车生产管理系统当中去，保证电脑对生产过程实现智能控制，这样不仅可以节约人力，还可以保证汽车制造质量。

生产控制系统的构成及功能：

自动化生产控制系统通常由以下几部分构成：

监管层：

我国目前整车厂的汽车生产体系中，大部分车间都是利用自动化技术进行控制，利用一个核心系统针对生产过程中的各个环节进行生产监督，通过不同的控制单元对工作内容进行细分，保证不同的工作内容既能各司其职，又能彼此协调。监管层主要是对车间内的服务器运行情况进行监督，负责发现系统中的问题，并及时将信息传递出去，可以为生产工作的安全高效提供保障。

控制层：

控制层的主要组成部分是安放于焊装车间不同区域的PLC系统，它们通过以太网交换机实现连接，不同的信息显示屏，机器人以及其他各种自动化设备首先要和PLC系统进行连接，PLC系统再连接到焊装车间中不同地方的交换机，再通过以太网连接成一个环装系统，最后一同连接到监控系统中。

设备层：

作为工作任务执行层的设备层，主要是接受来自监管层的工作计划，同时遵循控制层的操作要求和步骤，这些设备功能在执行层面的顺利实现，不仅可以有效的降低生产成本，同时还可以对人为的错误进行识别和纠错，提高产品的合格率。

生产控制系统的逻辑类型：

1.顺序生产

顺序生产是一种理想化的生产方式，即所有分拼线严格按照主订单定义好的次序生产和供件，不考虑任何可能打乱生产次序的干扰因素，预设所有支流都和主订单同步，都能和主订单的次序完美匹配，这种生产方式不需要复杂的控制逻辑和防错机制。但显然在实际生产中，有很多因素会影响到生产顺序，比如计划内的离线抽检，非计划内的离线抽检以及返修完成件的随机导入，不同的并行支流也可能出现超速，甚至控制系统本身的信号错误，这一系列因素都可能导致装配工位的车型无法顺利匹配，这时如果没有任何自动防错机制，在车型匹配报错时只能人为的对生产次序进行干预，通过对车件的导入导出进行顺序调整，报错响应慢，严重影响生产效率。并且要准备大量的库存以备不时之需，生产成本较高。

2.KANBAN控制

KANBAN最初是丰田汽车公司于20世纪50年代从超级市场的运行机制中得到启示，作为一种生产，运送指令的传递工具而被创造出来，经过近50年的发展和完善，目前已经在很多方面都发挥着重要的机能，应用在车身焊接领域，相对于传统的顺序生产，制造灵活性大大提高，所有支流完全由主订单拉动，按需供应，实现车型的灵活匹配。

KANBAN控制可以在同一道工序或者前后工序之间进行物流或信息流的传递，一旦主生产计划确定以后，就会向各个生产车间或区域下达指令，各零部件的生产根据KANBAN来进行，在装配工位前将适用的零部件取下，以此再去前一道工序领取，前工序则只生产被KANBAN所领走的量，“后工序领走”及“适时适量生产”就是通过这些KANBAN来实现的。

KANBAN控制的生产方式要求各车型都有自己专门的缓存区，所以同时也存在缓存区大，对生产空间要求高的特点，为了进一步降低生产成本，提高生产效率，亟待开发出更智能的生产控制系统。

3.PFM 生产控制系统

随着人们物质生活水平的不断提高，对于汽车的个性化诉求也日益强烈，即便同一车型，也衍生出更多样的变体：左舵，右舵，高配，低配，天窗，非天窗，电动，混动……，于是生产控制也面临着更大的挑战，材料存储及缓冲所需要的空间已经无法由已有的生产控制方式实现，因此，戴姆勒公司开发了一种全新的生产管理系统（PFM- Production Flow management）,该系统由现有的各种IT系统（如ASF,PLUS,MRS,AmSupply等）功能连接而成。

ASF系统负责生产订单的制定和优化，生产能力的管理等，相当于本文之前提到的监管层。综合考虑客户需求，附加需求（CKD），抽检需求等因素后，ASF系统会生成最优的生产序列，释放给 PLUS系统。

PLUS系统负责生产指导及控制，相当于本文之前提到的控制层，它基于生产订单来控制生产，通过与ASF和PLC的实时交互获取计划序列，以此来启动订单和车身流程的自动化控制，监测和引导生产流程。通过计划序列让各个上件口的供件物流系统AmSupply提前启动物流调度，做好生产准备。 这样做的好处是大大缩短了物流响应时间，在订单指令进入PLC执行层之前已将相关资源准备到位，这样即便在多种变体混线的情况下，也无需为所有车型预留上件缓存位，大大缩减了线边的缓存空间需求。

PLC它负责所有订单指令的具体执行，相当于本文之前提到的设备层。

在一个理想的车身车间，所有的订单都被精确的按照他们的预定顺序处理，然而，在真实的生产中，中断一再发生，导致有些订单不能按计划处理，这些中断因素包括超声波检测，在线返修及离线返修等，在这些情况下有两种选择：

1. 在此地点停止生产，直到可以按照计划生产下一个订单为止。

2. 延迟不能构建的序列，并检查下一个序列是否满足构建条件，直到获取可构建序列。

PFM系统是通过上述方案2来保证生产的顺利进行，为了能使订单序列被打乱后快速解耦，PFM生产系统具备如下特点：

• 缓冲区应设计成随机存取缓冲区。（新功能：减少及纠正次序混乱）

• 车身车间所有决策点的控制系统为PLUS。

• 不允许有“盲点”，PFM控制车身生产的一个基本前提是，所有的出库件都要立即上报给PLUS（对应的车身信息扫描点由线体总承包商规划）。

• 在PLUS系统的客户端，针对特定的站点，如离线检修工位，需要安装额外的可视化系统。

基于PFM系统的上述特点，合理设置产品的离线点及返回点，便可以保证生产不被中断，

在装配工位之前设置随机缓存区，工件在完成离线操作后，返回到随机缓存区，这些工件的离开和返回都会被记录到PLUS系统中。而随机缓存会对所有进入动态缓存区的工件进行排序，排序依据是订单指令进入PLC系统的先后顺序，在这些工件按升序排列后依序比对，将变体相同的件进行匹配，匹配不上的件顺延至等待清单，直到匹配成功后进入装配工位。通过这样的检索过程，既可以使被打乱的订单实现匹配，又可以保证先进入缓存的工件能优先被构建。

结束语

汽车工业作为奔向工业4.0时代的急先锋，对自动化和智能化一直如饥似渴，目前，国内各大汽车生产商都越来越重视生产车间的控制技术，从小处看，它体现了汽车厂的现场管理水平，从大处着眼，这关系到智能制造能在多大程度上实现。在汽车市场日益饱和的今天，如何提高生产控制技术，满足不同客户个性化需求的同时降低生产成本，成为提升企业盈利能力的重要因素，因此智能制造系统有着巨大的发展潜力和良好的应用前景