CN109189025A - 跨平台混流生产的三维动态控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨平台混流生产的三维动态控制***及方法，该***包括订单生产计划输入模块（1）、***运行模块（2）、车型工艺数据输入模块（3）、设备运行数据输入模块（4）、数据运行模块（5）及排产输出模块（6）；订单生产计划输入模块、车型工艺数据输入模块及设备运行数据输入模块输出端连***运行模块输入端，***运行模的输出端连数据运行模块输入端，数据运行模块输出端连排产输出模块输入端；***运行模块外接汽车制造执行***。本发明能控制不同平台车型的混线生产时间并平衡不同时刻下的人员作业负荷，有效改善忙闲不均的现象，避免线边物料抓取设备的搬运等待浪费，降低瓶颈作业时间，生产人员和设备的生产效率大大提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车制造设备及其生产控制方法，尤其涉及一种跨平台混流生产的三维动态控制***及方法。
背景技术
对于汽车生产企业而言，客户需求多样化、个性化，产品种类和配置需求更加丰富，考虑到优化利用企业资源，跨平台多品种车型混流生产成为了当前汽车制造排产的主流方式，而产品差异带来的资源浪费依靠传统的人工经验排产和简单的车型配比排产方式已无法满足跨平台多品种混流平衡的需要，主要原因如下：
1、不同于普通的乘用车企业，在某车企总装车间中，目前为多个平台近百种车型混线生产，一方面，混流生产过程中三种车型的单车工时差异较大，目前采用的相同车型在各工位的工序作业是固定不变的，造成任一车型的平衡都无法有效平衡各车型工时差异，导致现场人员效率低下。
2、另一方面，产线物料抓取机械臂等固定设备因无法接受产车型排产输入和需求时刻，仅等待车型到位后，人工操作机械臂取料进行物料抓取和装配，造成设备大量时间处于等待状态，差异车型的取料和装配作业工时长短不一，设备使用过程中存在过多的闲置，等待造成设备利用率较低，且初始位置设定单一，对于工时过长的车型装配过程容易造成碰撞干涉，大大影响了设备资源利用率，造成生产能力的极大浪费，带来生产质量风险，给企业带来了难以估量的成本损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种跨平台混流生产的三维动态控制***及方法，能控制不同平台车型的混线生产时间并平衡不同时刻下的人员作业负荷，有效改善忙闲不均的现象，避免了线边物料抓取设备的搬运等待浪费，降低了瓶颈作业时间，实时派工和设备动态运行使生产人员和设备的生产效率大大提升。
本发明是这样实现的：
一种跨平台混流生产的三维动态控制***，包括订单生产计划输入模块、***运行模块、车型工艺数据输入模块、设备运行数据输入模块、数据运行模块及排产输出模块；订单生产计划输入模块、车型工艺数据输入模块及设备运行数据输入模块的输出端分别连接到***运行模块的输入端，***运行模块的输出端与数据运行模块的输入端连接，数据运行模块的输出端与排产输出模块的输入端连接；***运行模块外接汽车制造执行***。
所述的排产输出模块包括排产序列模块、工序分配模块、动态派单模块及设备控制模块，排产序列模块与汽车下止点立库连接，设备控制模块连接到设备运行轨道，工序分配模块的输出端与动态派单模块的输入端连接，动态派单模块外接手持终端。
所述的设备控制模块包括***控制器及可编程逻辑控制器；***控制器的输出端与可编程逻辑控制器的输入端连接，可编程逻辑控制器的控制端连接到设备运行轨道上的物料抓取设备及物料托举设备，物料托举设备设置在板链输送线旁并将物料抓取设备抓取的物料移动到板链输送线上的车体上方。
一种跨平台混流生产的三维动态控制方法，包括如下步骤：
步骤1：根据生产中的不同平台车型的生产工艺特点，在车型工艺数据输入模块中输入所有生产车型的约束特性；
步骤2：在订单生产计划输入模块中输入计划生产的产品订单信息，在设备运行数据输入模块中输入设备运行数据信息，并发送到***运行模块；
步骤3：***运行模块识别产品订单的车辆识别号码信息，确定订单车型的配置信息，唯一锁定到产品装配工序信息并发送到数据运行模块；
步骤4：在数据运行模块中对不同车型的工序与工位的特性及物料抓取设备的控制运行参数进行集成，输出物料需求时刻信息，并发送到排产输出模块；
步骤5：排产输出模块输出生产所需的排产信息和PLC控制信息；
步骤6：排产序列模块与汽车下止点立库集成并根据PLC控制信息控制放车顺序，工序分配模块和动态派工模块根据排产信息指导现场员工生产作业；
步骤7：设备控制模块根据PLC控制信息对安装在线边的物料抓取设备进行运动轨迹控制。
在所述的步骤1中，生产车型的约束特性包括工艺装配约束、设备及工具约束、物料约束、作业状态、附加作业时间的特性。
在所述的步骤4中，数据运行模块的数据处理方法为：数据运行模块对人员与工位、人员与生产时间、设备与生产时间的三维状态进行动态分析，完成混线车型在不同时刻下的工序作业重组和物料抓取设备抓取物料的PLC控制集成，根据物料需求时刻表进行人员、工位和物料抓取设备的动态定位与调整。
在所述的步骤7中，还包括如下分步骤：
步骤7.1：可编程逻辑控制器控制物料抓取设备从物料存储区抓取物料并放置到物料托举设备；
步骤7.2：物料托举设备托举物料到待装配的车体，并与板链输送线随行；
步骤7.3：物料装配到车体后，物料托举设备退出到板链输送线边，等待放置下一个物料。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明突破了员工固定工位的局限，平衡不同车型到达工位的员工作业状态，结合车型长短工时搭配，安排员工跨工位作业，平衡不同时刻的作业负荷。
2、本发明突破了同一车型在工位作业分配固定的局限，不同时刻同一车型在同一工位作业不固定，优化混流过程中差异工时产品生产带来的工时平衡波动，通过实时动态的工位作业重组，实现不同时刻工位工时始终满足设定节拍的最佳状态。
3、本发明突破了设备初始位置固定的局限带来的等待和避免碰撞干涉风险，有效减少设备等待资源浪费，结合***输出的生产排序和运行工时需求动态调整现场总装车间线边取料机械臂初始定位和轨迹变化范围，提高设备的资源利用效率。
本发明通过自动识别输入生产订单信息，结合运行分析现场工艺装配约束条件，输出混线生产平衡最佳的排产序列和动态实时派工，有效改善了不同平台车型混线生产时忙闲不均的现象，避免了线边物料抓取设备的搬运等待浪费，降低了瓶颈作业时间，平衡了不同时刻下的人员作业负荷，实时派工和设备动态运行使生产人员和设备的效率大大提升；不同汽车生产企业结合自身的工艺装配约束特性数据，采用本发明对生产约束和设备进行细微调整，便可用以高效地指导混流生产的人机效率作业，提升设备资源利用率，适用面广。
附图说明
图1是本发明跨平台混流生产的三维动态控制***的原理图；
图2是本发明跨平台混流生产的三维动态控制***的设备控制模块的逻辑示意图。
图中，1生产计划输入模块，2***运行模块，3车型工艺数据输入模块，4设备运行数据输入模块，5数据运行模块，6排产输出模块，7排产序列模块，8工序分配模块，9动态派单模块，10设备控制模块，101***控制器，102可编程逻辑控制器，11设备运行轨道，111物料抓取设备，112物料托举设备，12板链输送线，13物料存储区，14手持终端，15汽车下止点立库。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
请参见附图1，一种跨平台混流生产的三维动态控制***，包括订单生产计划输入模块1、***运行模块2、车型工艺数据输入模块3、设备运行数据输入模块4、数据运行模块5及排产输出模块6；订单生产计划输入模块1、车型工艺数据输入模块3及设备运行数据输入模块4的输出端分别连接到***运行模块2的输入端，用于将订单生产计划、订单车型的工艺数据、设备运行数据等信息发送到***运行模块2；***运行模块2的输出端与数据运行模块5的输入端连接，***运行模块2将数据集成后发送到数据运行模块5，数据运行模块5的输出端与排产输出模块6的输入端连接，用于将排产信息和PLC控制信息发送到排产输出模块6，由排产输出模块6执行排产操作；***运行模块2外接汽车制造执行***（MES），进行数据的交互，将输出的生产序列反馈到计划物流，控制车体上线的顺序。
所述的排产输出模块6包括排产序列模块7、工序分配模块8、动态派单模块9及设备控制模块10，排产序列模块7与汽车下止点立库15高度集成连接，设备控制模块10连接到设备运行轨道11，工序分配模块8的输出端与动态派单模块9的输入端连接，工序分配模块8将生产订单的工序分配输入到动态派单模块9，动态派单模块9外接手持终端14，动态派单模块9将分配信息实时反馈到生产现场员工的手持终端14。
请参见附图2，所述的设备控制模块10包括***控制器101及可编程逻辑控制器102；***控制器101的输出端与可编程逻辑控制器102的输入端连接，可编程逻辑控制器102的控制端连接到设备运行轨道11上的物料抓取设备111及物料托举设备112，用于控制物料的抓取，物料托举设备112设置在板链输送线12旁并将物料抓取设备111抓取的物料移动到板链输送线12上的车体上方，便于车辆总装。
一种跨平台混流生产的三维动态控制方法，包括如下步骤：
步骤1：根据生产中的不同平台车型的生产工艺特点，在车型工艺数据输入模块3中输入所有生产车型的相关约束特性。
在所述的步骤1中，生产车型的相关约束特性包括工艺装配约束（工序工时、装配顺序）、设备及工具约束（固定工位、工具通用性）、物料约束（物料大小、存储位置）、作业状态（装配位置）、附加作业时间（跨工位走动、取料、工具拿取等）等影响生产作业的信息，用以指导***动态分配工位作业。
步骤2：在订单生产计划输入模块1中输入计划生产的产品订单信息，在设备运行数据输入模块4中输入设备运行数据信息，并发送到***运行模块2。
步骤3：***运行模块2识别产品订单的车辆识别号码（VIN码）信息，确定订单车型的配置信息，唯一锁定到产品装配工序信息并发送到数据运行模块。车辆识别号码（Vehicle Identification Number），简称VIN码，是一组由十七个英数组成，用于汽车上的一组独一无二的号码，可以识别汽车的生产商、引擎、底盘序号及其他性能等资料。
步骤4：在数据运行模块5中对不同车型的工序与工位的特性及物料抓取设备111的控制运行参数进行集成，输出物料需求时刻信息，并发送到排产输出模块6。
在所述的步骤4中，数据运行模块5的数据处理方法为：数据运行模块5对人员与工位、人员与生产时间、设备与生产时间的三维状态进行动态分析，完成混线车型在不同时刻下的工序作业重组和物料抓取设备111抓取物料的PLC控制集成，根据物料需求时刻表进行人员、工位和物料抓取设备111的动态定位与调整，达到混流生产条件下工位作业负荷和和线边设备负荷最佳的状态，改善了跨平台车型工时差异大、无法实现混线工时平衡的问题，有效地平衡了现场作业人员不同时刻的作业负荷，实时动态的指导现场作业生产，同时提高了线边取料设备的自动化率和资源利用率，实现动态调整运动位置，降低生产中的碰撞干涉风险，避免车型差异存在的等待浪费。
步骤5：排产输出模块6输出生产所需的排产信息和PLC控制信息。
步骤6：排产序列模块7与汽车下止点（BDC）立库高度集成并根据PLC控制信息控制放车顺序，工序分配模块8和动态派工模块9根据排产信息指导现场员工生产作业。
步骤7：设备控制模块10根据PLC控制信息对安装在线边的物料抓取设备111进行运动轨迹控制，最终以达到跨平台混流生产人机效率的有效提升。
步骤7还包括如下分步骤：
步骤7.1：可编程逻辑控制器102控制物料抓取设备111从物料存储区13抓取物料并放置到物料托举设备112；
步骤7.2：物料托举设备112托举物料到待装配的车体，并与板链输送线12随行；
步骤7.3：物料装配到车体后，物料托举设备112退出到板链输送线12边，等待放置下一个物料。
本发明突破了车型排序的限制，以工序级工艺动态重组为核心，分析不同工位的作业人员在不同时刻维度下的动态排产过程中的工序分配和线边机械设备自动化以及动态轨迹调整，以降低生产过程中的人机等待浪费，提高生产过程中企业人员和设备的资源利用率。
以某汽车厂家的SV7、SK8和SK9三大平台的车型混线总装为例，总装车间处于三大平台混流生产的状态。在车型工艺数据输入模块3中输入SV7、SK8和SK9三大平台车型的装配工艺、线边固定设备的运动轨迹范围和取料工时数据；在订单生产计划输入模块1输入计划生产的SV7、SK8和SK9三大平台的产品订单信息，在设备运行数据输入模块4输入设备运行数据信息，并发送到***运行模块2。数据运行模块5连接到汽车制造执行***（MES），结合数据信息使汽车制造执行***（MES）控制SV7、SK8和SK9三大平台的车型按序上线。
***运行模块2识别该产品订单的VIN码信息，确定订单车型的配置信息，唯一锁定到产品装配工序信息并发送到数据运行模块。在数据运行模块5中对SV7、SK8和SK9三大平台车型的工序与工位的特性及物料抓取设备111、物料托举设备112的控制运行参数进行集成，对人员与工位、人员与生产时间、设备与生产时间的三维状态进行动态分析，完成混线车型在不同时刻下的工序作业重组优化和物料抓取设备111抓取物料的PLC控制集成，结合***中已有的车型工艺数据与现场作业数据，按照设定的装配约束优先级执行工位作业重组，并结合跨工位作业、车型长短搭配等技术手段，优化调整后输出最佳的排产序列和动态派工单，并发送到排产输出模块6，由排产输出模块6控制执行。通过动态工位作业重组、长短工时搭配、跨工位调整以及设备轨迹定位和PLC控制调整等技术，实时动态的完成人员与工位、人员与车型、设备与车型三维状态平衡。
排产输出模块6输出生产所需的排产和PLC控制信息，排产序列模块7输出车型排产序列和工位物料需求信息，排产序列模块7与汽车下止点（BDC）立库高度集成控制放车顺序。工序分配模块8和动态派工模块9根据排产信息指导现场员工生产作业。
通过可编程逻辑控制器（PLC）102将PLC控制信息传输到线边的物料抓取设备111，物料抓取设备111包括内饰线的线边天窗抓取机械臂、底盘线的轮胎拧紧机械臂、最终线的座椅安装机械臂等取料设备，例如，在抓取汽车天窗时，可采用天窗抓取设备，在设定的时刻从物料存储区13抓取物料，放置到物料托举设备112，物料托举设备112包括各种汽车生产过程中各种物料的托举设备，如与天窗抓取设备匹配使用的天窗托举设备，结合输入的板链输送线12的输送速度及SV7、SK8和SK9不同平台车型的天窗装配时间，在设备运行轨道11的行程范围内，控制物料托举设备112在适当的时刻托举天窗到待装配的车体，并与板链输送线12随行，待天窗经螺栓预安装打紧后，退出空的天窗托举设备至板链输送线12边，等待天窗抓取设备放置下一台车的天窗物料，实现设备运行的效率提升，达到跨平台混流生产人机效率的有效提升。
本发明通过定义生产过程产品工序级装配约束和线边天窗、轮胎和座椅等固定工位的物料抓取设备111的运行时间和轨迹数据，在已有约束状态下，分析设定节拍下的人员与工位、人员和生产时间、设备与生产时间三个维度下人机效率优化，不同时刻下同一车型在同一工位分配工序作业不固定，动态分配工位作业，线边物料抓取设备通过PLC控制集成，随着不同序列下的物料需求实现动态运动轨迹调整，降低碰撞干涉风险，提升设备资源利用率，便于汽车轮胎、座椅等各装配件的总装。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种跨平台混流生产的三维动态控制***，其特征是：包括订单生产计划输入模块（1）、***运行模块（2）、车型工艺数据输入模块（3）、设备运行数据输入模块（4）、数据运行模块（5）及排产输出模块（6）；订单生产计划输入模块（1）、车型工艺数据输入模块（3）及设备运行数据输入模块（4）的输出端分别连接到***运行模块（2）的输入端，***运行模块（2）的输出端与数据运行模块（5）的输入端连接，数据运行模块（5）的输出端与排产输出模块（6）的输入端连接；***运行模块（2）外接汽车制造执行***。
2.根据权利要求1所述的跨平台混流生产的三维动态控制***，其特征是：所述的排产输出模块（6）包括排产序列模块（7）、工序分配模块（8）、动态派单模块（9）及设备控制模块（10），排产序列模块（7）与汽车下止点立库（15）连接，设备控制模块（10）连接到设备运行轨道（11），工序分配模块（8）的输出端与动态派单模块（9）的输入端连接，动态派单模块（9）外接手持终端（14）。
3.根据权利要求2所述的跨平台混流生产的三维动态控制***，其特征是：所述的设备控制模块（10）包括***控制器（101）及可编程逻辑控制器（102）；***控制器（101）的输出端与可编程逻辑控制器（102）的输入端连接，可编程逻辑控制器（102）的控制端连接到设备运行轨道（11）上的物料抓取设备（111）及物料托举设备（112），物料托举设备（112）设置在板链输送线（12）旁并将物料抓取设备（111）抓取的物料移动到板链输送线（12）上的车体上方。
4.一种如权利要求1-3任一所述的跨平台混流生产的三维动态控制***的控制方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：根据生产中的不同平台车型的生产工艺特点，在车型工艺数据输入模块（3）中输入所有生产车型的约束特性；
步骤2：在订单生产计划输入模块（1）中输入计划生产的产品订单信息，在设备运行数据输入模块（4）中输入设备运行数据信息，并发送到***运行模块（2）；
步骤3：***运行模块（2）识别产品订单的车辆识别号码信息，确定订单车型的配置信息，唯一锁定到产品装配工序信息并发送到数据运行模块；
步骤4：在数据运行模块（5）中对不同车型的工序与工位的特性及物料抓取设备（111）的控制运行参数进行集成，输出物料需求时刻信息，并发送到排产输出模块（6）；
步骤5：排产输出模块（6）输出生产所需的排产信息和PLC控制信息；
步骤6：排产序列模块（7）与汽车下止点立库集成并根据PLC控制信息控制放车顺序，工序分配模块（8）和动态派工模块（9）根据排产信息指导现场员工生产作业；
步骤7：设备控制模块（10）根据PLC控制信息对安装在线边的物料抓取设备（111）进行运动轨迹控制。
5.根据权利要求4所述的跨平台混流生产的三维动态控制方法，其特征是：在所述的步骤1中，生产车型的约束特性包括工艺装配约束、设备及工具约束、物料约束、作业状态、附加作业时间的特性。
6.根据权利要求4所述的跨平台混流生产的三维动态控制方法，其特征是：在所述的步骤4中，数据运行模块（5）的数据处理方法为：数据运行模块（5）对人员与工位、人员与生产时间、设备与生产时间的三维状态进行动态分析，完成混线车型在不同时刻下的工序作业重组和物料抓取设备（111）抓取物料的PLC控制集成，根据物料需求时刻表进行人员、工位和物料抓取设备（111）的动态定位与调整。
7.根据权利要求4所述的跨平台混流生产的三维动态控制方法，其特征是：在所述的步骤7中，还包括如下分步骤：
步骤7.1：可编程逻辑控制器（102）控制物料抓取设备（111）从物料存储区（13）抓取物料并放置到物料托举设备（112）；
步骤7.2：物料托举设备（112）托举物料到待装配的车体，并与板链输送线（12）随行；
步骤7.3：物料装配到车体后，物料托举设备（112）退出到板链输送线（12）边，等待放置下一个物料。
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