车身焊装和冲压车间作业集成控制系统.pdf

本发明公开了一种车身焊装和冲压车间作业集成控制系统，焊装物料控制器与焊装上、下线识别器连接，接收焊装生产线的上、下线车身信息，再根据车身对应的工艺物料清单进行物料分解，生成焊装生产所需物料信息，将相关信息送到物料配送电子看板；焊装物料控制器还将焊装工件需求计划送给冲压作业排程器；更新冲压库存数据库的数据；冲压作业排程器从焊装物料控制器获取焊装工件需求计划，从冲压库存数据库获取冲压件库存数量，根据冲焊滚动生产计划和焊装工件需求计划及冲压件库存对冲压作业进行排程控制，并更新冲压库存数据库的数据。本发明实现了车身冲压和焊装生产的高效率、低成本运行；在满足焊装需求的前提下，降低了库存，保证平顺生产。

1、  一种车身焊装和冲压车间作业计划集成控制系统，其特征在于：该系统包括焊装上线识别器(1)、物料配送电子看板(2)、焊装下线识别器(3)、焊装物料控制器(4)、冲压作业排程器(5)、冲压库存数据库(6)、冲压作业电子看板(7)和冲压入库管理器(8)；
冲压库存数据库(6)用于存储冲压件件库存信息，包括冲压件出入库时间、数量、库存盘点信息；
冲压作业电子看板(7)安装在冲压生产线上，用于显示从冲压作业排程器传送来的冲压作业信息；
焊装上线识别器(1)安装在车身焊装生产线(9)上线处，用于采集焊装上线车身信息，并将该信息传送到焊装物料控制器(4)中；
物料配送电子看板(2)安装在车身焊装生产线(9)处，用于显示焊装物料控制器(4)传送过来的物料信息；
焊装下线识别器(3)安装在车身焊装生产线(9)下线处，用于采集焊装下线车身信息，并将该信息传送到焊装物料控制器(4)中；
焊装物料控制器(4)与焊装上线识别器(1)和焊装下线识别器(3)连接，接收焊装生产线的上、下线车身信息，然后根据车身对应的工艺物料清单进行物料分解，生成焊装生产所需物料信息，并将相关信息送到物料配送电子看板(2)；焊装物料控制器(4)还将焊装工件需求计划送给冲压作业排程器(5)；同时更新冲压库存数据库(6)的数据；
冲压作业排程器(5)从焊装物料控制器(4)获取焊装工件需求计划，从冲压库存数据库(6)获取冲压件库存数量，根据冲焊滚动生产计划和焊装工件需求计划及冲压件库存对冲压作业进行排程控制，并将冲压作业排程计划通过冲压作业电子看板(7)通知相关人员，通过冲压件入库管理器(8)进行入库管理，更新冲压库存数据库(6)的数据；
冲压件入库管理器(8)用于对完工的冲压件进行入库管理，将加工信息输入冲压库存数据库(6)。

2、  根据权利要求1所述的车身焊装和冲压车间作业计划集成控制系统，其特征在于：
冲压作业排程器按照下述过程进行冲压作业排程：
第一步：通过物料清单BOM对冲焊滚动计划进行分解；并从焊装物料控制器获取焊装工件需求计划，确定与焊装计划关联的冲压件计划P：
P=Σt=1TWt]]>
W_t是第t天焊装计划，T是焊装计划滚动时间窗长度，即滚动计划的天数；
第二步：确定冲压车间每一种工件批量B_i及其批次加工时间T_i，并计算冲压件库存供应系数k_i，以及根据冲压车间的产能设计，确定冲压车间的生产时间系数λ；
Bi=(PMi-SMi)/((PMi-SMi)*Vimin({(PMi-SMi)*Vi|i=1,2,...})*(TW-Σi=0n(ti*ji))/TMΣi=1n(PMi-SMi)*Vimin({(PMi-SMi)*Vi|i=1,2,...}))]]>
T_i＝TM+B_i*t_i+R_i
k_i＝(S_i-P_i)/C_i
λ=k*TSTC*PPS]]>
其中，i为工件的种类序号，PM_i是冲压件i的月或周总需求数量，SM_i是冲压件i的月或周总实际库存数量，V_i表示工件i的单位成本，TW是月或周总可用工作时间，j_i表示工件i在月或周总需求数量，t_i是工件i的单个工件加工工艺时间，n为工件总种类数量；TM是生产线的平均换模时间，R_i是工件i准备时间，S_i是冲压件i的实际库存数量，P_i是冲压件i的需求计划，C_i为冲压件i安全库存数量；k为冲压生产调整系数，P是冲压生产计划，PS是冲压车间设计标准计划，TS是标准计划的加工时间，TC是时间常数；
第三步：冲压计划排程，即确定冲压生产的工件种类、数量和次序：根据冲压工件的库存系数k_i，选择较小库存系数的n种冲压工件进行生产，生产数量为批量数量B_i和生产加工时间为T_i，并满足：
Σi=1nTi=λ*TS]]>
按照冲压件库存安全系数从小到大选择进行生产的工件，并在保证满足生产时间系数，再对冲压作业进行排程优化，得到排程结果及每一种工件的加工时间。

车身焊装和冲压车间作业集成控制系统
技术领域
本发明属于计算机集成制造技术领域，由计算机实现车身焊装和冲压车间作业集成调度控制。
技术背景
汽车整车制造一般来说包括四大工艺：车身冲压、车身焊装、车身涂装和整车总装。冲压是整车制造的第一大工艺，其生产采用按批次轮番作业的组织模式。根据焊接的需求计划和库存大小将板材分批，通过更换冲压模具、夹具和操作工艺来组织和安排生产。而在冲压生产计划的执行过程中，由于冲压件的种类繁多，工艺复杂和车间生产因素(设备故障、板料短缺、人员变动)的影响使得在实际生产过程中常存在库存过高、生产周期长，生产控制和调度难度增大，经常性的过量生产与短缺共存。因此，针对汽车冲压车间的需求，制定合理的生产调度机制，对于降低车间的库存水平，提高设备利用率和加工效率有着非常重要的意义。
在汽车整车制造的四大工艺中，冲压制造工作量占了相当大的比重。冲压生产具有离散生产特点与混流生产线的生产特点，由于批量转换、批量排序、多线生产的多样性、复杂性，使得冲压车间的动态调度比较困难，往往存在制品库存过高，生产周期长，且经常出现过量生产与短缺共存的现象。冲压车间作为车身制造车间之一，为焊装车间提供所需类型的冲压件。在冲压生产过程中，由于冲压件的种类繁多、工艺复杂以及车间制造资源有限等因素的影响，常存在库存过高、生产调度难度偏大，经常性的过量生产，同时在车身焊装时时常出现缺物短料情况。在车身冲压和焊装作业中，需要同时解决冲压件库存高和焊装缺物短料问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车身焊装和冲压车间作业集成控制系统，该系统可以达到降低冲压件库存量，实现车身冲压(作业型)与车身焊装(流水型)均衡化生产，并且实现了车身冲压和焊装生产的高效率、低成本运行。
本发明提供的车身焊装和冲压车间作业集成控制系统，包括焊装上线识别器、物料配送电子看板、焊装下线识别器、焊装物料控制器、冲压作业排程器、冲压库存数据库、冲压作业电子看板和冲压入库管理器；
冲压库存数据库用于存储冲压件件库存信息，包括冲压件出入库时间、数量、库存盘点信息；
冲压作业电子看板安装在冲压生产线上，用于显示从冲压作业排程器传送来的冲压作业信息；
焊装上线识别器安装在车身焊装生产线上线处，用于采集焊装上线车身信息，并将该信息传送到焊装物料控制器中；
物料配送电子看板安装在车身焊装生产线处，用于显示焊装物料控制器传送过来的物料信息；
焊装下线识别器安装在车身焊装生产线下线处，用于采集焊装下线车身信息，并将该信息传送到焊装物料控制器中；
焊装物料控制器与焊装上线识别器和焊装下线识别器连接，接收焊装生产线的上、下线车身信息，然后根据车身对应的工艺物料清单进行物料分解，生成焊装生产所需物料信息，并将相关信息送到物料配送电子看板；焊装物料控制器还将焊装工件需求计划送给冲压作业排程器；同时更新冲压库存数据库的数据；
冲压作业排程器从焊装物料控制器获取焊装工件需求计划，从冲压库存数据库获取冲压件库存数量，根据冲焊滚动生产计划和焊装工件需求计划及冲压件库存对冲压作业进行排程控制，并将冲压作业排程计划通过冲压作业电子看板通知相关人员，通过冲压件入库管理器进行入库管理，更新冲压库存数据库的数据；
冲压件入库管理器用于对完工的冲压件进行入库管理，将加工信息输入冲压库存数据库。
针对车身上述问题，本发明提供了一种车身焊装和冲压车间作业计划在线联动调度方法，以该方法为核心，构建了一个车身冲压和焊装车间作业计划集成控制系统。
本发明系统采用冲焊车间作业集成控制，将焊装线边物料的实时配送和冲压生产的排程集成起来进行控制，从而实现两种不同生产组织模式车间制造资源的集成优化配置，达到降低冲压件库存量，同时，保证焊装线边冲压件的及时供应，在实践中摸索和创造出来的这种新的生产组织和作业方式，实现车身冲压和焊装生产的高效率、低成本运行。
本发明系统是一种专门用于作业型生产的在制品自动转序成为后继流水型生产时物料的调度方法及控制系统。在作业型的生产中，遵循后续流水型生产的需求，保证后续流水型生产的物料及时供应，使两种不同生产模式所涉及的制品流畅合理地转序，实现车身冲压(作业型)与车身焊装(流水型)均衡化生产。
总之，本发明系统通过引入焊装滚动计划作为冲压计划的需求计划，然后计算库存供应系数、生产时间系数对冲压作业进行排程，建立了冲焊车间生产的关联生产，实现了焊装生产和冲压生产的集成控制，在满足焊装需求的前提条件下，降低库存，保证平顺生产。
附图说明
图1是车身焊装和冲压车间作业集成控制系统；
图2是车身焊装和冲压车间作业集成控制系统流程图；
图3是冲压车间中冲压件的批量及其加工时间；
图4是焊装车间滚动计划及对冲压车间需求，其中，图4.1为焊装车间滚动计划，图4.2为冲压车间滚动计划；
图5是关联焊装计划的冲压件库存供应系数，图5.1为关联焊装计划的冲压件滚动计划，图5.2为关联焊装计划的冲压件库存供应系数；
图6是冲压车间的生产时间系数；
图7是冲压车间工件的计划排程及工作时间。
具体实施方式
下面结合附图和实例对发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明集成控制系统包括焊装上线识别器1、物料配送电子看板2、焊装下线识别器3、焊装物料控制器4、冲压作业排程器5、冲压库存数据库6、冲压作业电子看板7和冲压入库管理器8。
焊装上线识别器1安装在车身焊装生产线9上线处，采集焊装上线车身信息，其主要内容有上线车型代码、订单号、批次号、白车身代码等，并将该信息传送到焊装物料控制器4中。
物料配送电子看板2安装在车身焊装生产线9，显示焊装物料控制器4传送过来的物料信息，其主要内容有焊装工位、物料数量、物料上线送达时间、批次、生产状态等内容，指导物料配送。
焊装下线识别器3安装在车身焊装生产线9下线处，采集焊装下线车身信息，其主要内容有上线车型代码、订单号、批次号、白车身代码等，并将该信息传送到焊装物料控制器4中。
焊装物料控制器4安装在服务器机房，主要功能是控制焊装生产线物料，并提供焊装工件需求计划到冲压生产。从焊装上线识别器1和焊装下线识别器3中获取焊装生产线的上下线车身信息，然后根据车身对应的工艺物料清单(BOM)进行物料分解，生成焊装生产所需物料信息，该信息包括冲压件物料计划、物料数量、物料工位、物料上线送达时间等；并将相关信息送到物料配送电子看板2通知生产相关人员；将焊装工件需求计划送给冲压作业排程器5；同时更新冲压库存数据库6的数据。
其具体流程如图2中焊装物料控制器部分：根据物料清单BOM对冲焊滚动计划进行物料分解，得到焊装物料计划，并综合上线车型信息进行物料排序，得到物料批次、数量、工位、上线时间等信息，并通过电子看板显示通知相关人员，然后通过焊装下线车型信息对焊装生产进行统计，最后更新冲压件库存数据6的数据。
冲压作业排程器5安装在服务器机房，主要功能是根据冲焊滚动生产计划和焊装工件需求计划及冲压件库存对冲压作业进行排程控制。从焊装物料控制器4获取焊装工件需求计划，从冲压库存数据库6获取冲压件库存数量，并考虑生产能力等因素，对冲压作业进行排程，并将冲压作业排程计划通过冲压作业电子看板7通知相关人员，通过冲压件入库管理器8进行入库管理，更新冲压库存数据库6的数据。
其具体流程如图2中冲压作业排程器部分：
第一步：通过物料清单BOM对冲焊滚动计划进行分解。并从焊装物料控制器4获取焊装工件需求计划，确定与焊装计划关联的冲压件计划P：
P=Σt=1TWt---(2)]]>
其中W_t是第t天焊装计划，T是焊装计划滚动时间窗长度，即滚动计划的天数，可以根据实际情况进行调整。如图3所示，在此例中，我们选择三天滚动计划，从而可以确定关联焊装计划的冲压生产的滚动计划P，SP是冲压车间设计的标准计划。
第二步：确定冲压车间每一种工件批量B_i及其批次加工时间T_i；
Bi=(PMi-SMi)/((PMi-SMi)*Vimin({(PMi-SMi)*Vi|i=1,2,...})*(TW-Σi=0n(ti*ji))/TMΣi=1n(PMi-SMi)*Vimin({(PMi-SMi)*Vi|i=1,2,...}))]]>
T_i＝TM+B_i*t_i+R_i。
其中i为工件的种类序号，PM_i是冲压件i的月(周)总需求数量，SM_i是冲压件i的月(周)总实际库存数量，V_i表示工件i的单位成本，TW是月(周)可用工作时间，j_i表示工件i在月(周)总需求数量，t_i是工件i的单个工件加工工艺时间，TM是生产线的换模时间，R_i是工件i准备时间，n为工件总种类数量。如图4所示为冲压车间工件的批次数量及批次加工时间实例，其中框上数字为工件批次数量，框中数字为批次加工时间。
第三步：计算冲压件库存供应系数k_i：
k_i＝(s_i-P_i)/C_i
其中S_i是冲压件i的实际库存数量，P_i是冲压件i的需求计划，C_i为冲压件i安全库存数量，如图5所示为库存系数计算实例。
第四步：根据冲压车间的产能设计，确定冲压车间的生产时间系数：
λ=f(TS,P,PS,k)=k*TSTC*PPS---(4)]]>
其中k为冲压生产调整系数，P是冲压生产计划，PS是冲压车间设计标准计划，TS是标准计划的加工时间，TC是时间常数，如图6为计算实例。
第五步：冲压计划排程，即确定冲压生产的工件种类、数量和次序：根据冲压工件的库存系数k_i，选择较小库存系数的n种冲压工件进行生产，生产数量为批量数量B_i和生产加工时间为T_i，并满足：
Σi=1nTi=λ*TS⇒Σi=1n(Mi+Bi*ti+Ri)=λ*TS---(5)]]>
如图7所示为冲压车间工件的计划排程结果，工件框中数字为批次加工时间。通过按照冲压件库存安全系数从小到大选择进行生产的工件，并保证满足生产时间系数，然后可以运用启发规则、遗传算法等优化算法对冲压作业进行排程优化，得到排程结果及每一种工件的加工时间。
冲压库存数据库6安装在服务器机房的数据库服务器上，主要用于存储冲压件件库存信息，包括冲压件出入库时间、数量、库存盘点等信息，并为焊装物料控制器4和冲压作业排程器5提供冲压件库存信息。通过焊装物料控制器4获取焊装下线车型的冲压件信息，并更新冲压件出库信息；通过冲压件入库管理器8更新冲压件入库信息。
冲压作业电子看板7安装在冲压生产线上，显示从冲压作业排程器传送来的冲压作业信息，其主要内容包括冲压件的类型、数量、次序、生产线和生产状态等，指导冲压生产的执行。
冲压件入库管理器8安装在冲压生产线下线完工处，主要对完工的冲压件进行入库管理，将冲压件类型、成品数量、加工时间、完工时间、废品数量等信息输入冲压库存数据库6。
实例：下面用简单例子来说明，不失一般性，假设焊装计划中只有一种车型。
1、如图3.1所示，焊装车间每一天焊装计划数量为方框上方数字，依次为115、150、90、100、120……等。选择滚动时间窗为3天，则得到冲压车间滚动需求计划如图3.1，其数量依次为355、340、310、395……。
2、计算所有冲压工件的批量及批次加工时间，如图4所示，其中方框上数字是批次数量，方框中数字是批次加工时间。
3、根据物料清单BOM，对冲压需求计划进行分解，得到各个冲压件的需求数量，并与冲压件实际库存及安全库存对比，如图5.1所示，其中虚线上的数字表示冲压件实际库存，中间实线表示冲压件需求数量，最底层实线表示冲压件安全库存。计算冲压件库存供应系数结果如图5.2所示。
4、根据冲压滚动计划，计算冲压车间生产时间系数，如图6所示，第一天滚动计划的生产系数为0.9。
5、满足冲压车间生产时间，按照冲压件库存供应系数从小到大选择冲压生产工件为J9、J4、J5、J7，Ji-1，其可用从图4获得冲压件的批次数量和时间，然后进行排序进行生产。结果如图7所示。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。