汽车轮毂智能化加工mes系统设计(附件)【字数：17285】
针对目前汽车制造业需逐渐适应多品种、小批量、定制化的生产要求，本文以智能制造技术为基础，基于WinCC、工业通信和互联网云端技术，结合工业机器人、机器视觉等设备，提出了一种汽车轮毂智能化加工MES系统，旨在解决工艺生产无法满足定制化加工的短板。本设计选用工业以太网通讯来完成加工系统的控制和信息采集，利用云端将生产系统制造工艺流程和设备状态实时上传，实现移动终端对设备运行状态的监视和控制，提升了MES系统对生产全过程的监控能力；通过对加工系统进行软件编程设计并进行实验验证。结果表明，本系统可以实现自动网络接单、自动进行汽车轮毂的定制化加工并分拣出库、实时显示轮毂加工进程及设备运行状态，实现了汽车轮毂的柔性化自动生产。
目 录
引 言 1
一、生产系统总体设计 2
（一）系统整体设计方案 2
（二）制造执行系统设计 4
（三）生产系统数据分析 5
二、MES系统组成结构 6
（一）上位机监控系统 6
（二）数字化通信设计 10
（三）移动端监控系统 14
三、MES系统软件设计 15
（一）机器人MES子系统设计 16
（二）仓储MES子系统设计 18
（三）数铣MES子系统设计 20
（四）分拣MES子系统设计 21
四、MES云端设计 23
（一）云端界面设计 23
（二）云端脚本设计 26
（三）云端通讯设计 26
五、实验与分析 26
（一）MES系统调试 26
（二）云端数据调试 34
（三）生产定制化调试 37
总结 39
参考文献 40
谢辞 41
引 言
随着客户、市场对产品质量提出更高要求，汽车轮毂定制化成为新的发展趋势。2019年全年，中国汽车产销分别完成2572.1万辆和2576.9万辆。2020年全年中国汽车产销分别完成2522 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.5万辆和2531.1万辆。随着国内庞大的汽车产品数量增多和批量减小，在大规模定制生产下，传统的汽车轮毂已经不能够满足消费者的需求，对于定制化加工的需求日益提升。
制造企业生产过程执行管理系统简称MES系统，由美国先进制造研究中心AMR率先提出，紧接着MES在国外被迅速而广泛地应用。在2004年，制造执行系统协会MESA提出了协同MES体系结构（CMES）。MES系统的特点为:动态性、柔性化和动态网络监控。目前许多公司需要对汽车轮毂的生产单元进行升级改造，以满足不同类型的轮毂共线生产，提高公司生产效率，降低成本。
智能化加工MES系统作为生产系统的重要组成部分，为系统使用者提供工业自动化系统的数据采集、实施监控以及远程控制的功能服务。MES系统开发方法有很多，本文使用的WinCC（Windows Control Center）视窗控制中心即为基于PC站的HMI系统，是较为便捷的系统组态软件。能提高汽车生产的开发周期，同时能将标准化生产和定制化生产的优势有效结合，同时在不牺牲经济效益的前提下，满足客户的个性化需求。
为了解决汽车轮毂生产智能改造的需求，本文基于现有的生产实训平台，以智能制造技术为基础，结合工业机器人、机器人视觉等，提出了一种智能化加工MES系统，旨在解决工艺生产无法满足定制化加工的短板。
本系统基于WinCC、工业通信和互联网云端技术，选用工业以太网通讯来完成系统的控制和信息采集，利用云端将生产系统制造工艺流程和设备状态实时上传，实现移动终端对设备运行状态的监视和控制，从而提升MES系统对生产全过程的监控能力。
一、生产系统总体设计
（一）系统整体设计方案
依据汽车轮毂加工工艺，本文提出的智能化加工系统可以实现自动网络接单、自动进行汽车轮毂的定制化加工并分拣出库、实时显示轮毂加工进程及设备运行状态。汽车轮毂智能化加工MES系统（如图11所示）。
/
图11 汽车轮毂智能化加工MES系统三维图
汽车轮毂智能化加工MES系统能满足不同客户的个性化的定制需求。在生产过程（如图12所示）中，MES系统能根据用户的需求，自动生成定制化加工程序，首先设定加工工件并导入检测标准，选定加工产品后，工业机器人自动更换夹具，机器人运行到智能仓储处等待，经过仓储系统输出物料，机器人自动抓取待加工轮毂送至检测单元进行初步检测，MES系统通过核对物料信息，检测完成后由机器人将待加工轮毂放至数铣加工单元进行铣削作业，通过MES系统输入的定制化信息输入到数控机床中，待完成加工再由机器人送至打磨单元进行打磨工序，待打磨完成后送至检测单元检测产品优良，检测完成后将成品轮毂送至分拣单元进行分拣，系统加工全过程可通过WinCC画面以及移动终端进行实时监控和远程操作。
智能化加工MES系统（系统布局如图13所示）中的一个重要环节是数据采集，本设计选用SINUMERIK西门子公司的828D数控加工系统，加工系统中的数据通过系统的“算术参数”为数据采集提供的使用变量，变量名规定以英文字母“R”开头，其后跟随2位正整数，范围从R00到R99。这种“算术参数”又通常被简称为“R参数”（如图14所示）。
图12 系统标准化生产流程图
图13 MES系统布局
/
图14 R参数监控与调节界面
对于加工形状较简单的零件，计算和程序比较简单，采用手工编写程序能较容易完成。因此在点定位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工中等几何形状较为简洁的产品，手工编程仍广泛应用；但对于加工几何形状复杂的零件（如图26所示），特别几何形状中是具有非圆曲线、列表曲线及曲面等的个性化零件，传统的手工编程就会有一定的困难，出错机率很大，在加工中会出现铣刀跑偏发生断刀等安全问题，甚至无法编程。对于这种情况，采用“R”参数编程则就可以高效且无误的解决这类问题。
目 录
引 言 1
一、生产系统总体设计 2
（一）系统整体设计方案 2
（二）制造执行系统设计 4
（三）生产系统数据分析 5
二、MES系统组成结构 6
（一）上位机监控系统 6
（二）数字化通信设计 10
（三）移动端监控系统 14
三、MES系统软件设计 15
（一）机器人MES子系统设计 16
（二）仓储MES子系统设计 18
（三）数铣MES子系统设计 20
（四）分拣MES子系统设计 21
四、MES云端设计 23
（一）云端界面设计 23
（二）云端脚本设计 26
（三）云端通讯设计 26
五、实验与分析 26
（一）MES系统调试 26
（二）云端数据调试 34
（三）生产定制化调试 37
总结 39
参考文献 40
谢辞 41
引 言
随着客户、市场对产品质量提出更高要求，汽车轮毂定制化成为新的发展趋势。2019年全年，中国汽车产销分别完成2572.1万辆和2576.9万辆。2020年全年中国汽车产销分别完成2522 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.5万辆和2531.1万辆。随着国内庞大的汽车产品数量增多和批量减小，在大规模定制生产下，传统的汽车轮毂已经不能够满足消费者的需求，对于定制化加工的需求日益提升。
制造企业生产过程执行管理系统简称MES系统，由美国先进制造研究中心AMR率先提出，紧接着MES在国外被迅速而广泛地应用。在2004年，制造执行系统协会MESA提出了协同MES体系结构（CMES）。MES系统的特点为:动态性、柔性化和动态网络监控。目前许多公司需要对汽车轮毂的生产单元进行升级改造，以满足不同类型的轮毂共线生产，提高公司生产效率，降低成本。
智能化加工MES系统作为生产系统的重要组成部分，为系统使用者提供工业自动化系统的数据采集、实施监控以及远程控制的功能服务。MES系统开发方法有很多，本文使用的WinCC（Windows Control Center）视窗控制中心即为基于PC站的HMI系统，是较为便捷的系统组态软件。能提高汽车生产的开发周期，同时能将标准化生产和定制化生产的优势有效结合，同时在不牺牲经济效益的前提下，满足客户的个性化需求。
为了解决汽车轮毂生产智能改造的需求，本文基于现有的生产实训平台，以智能制造技术为基础，结合工业机器人、机器人视觉等，提出了一种智能化加工MES系统，旨在解决工艺生产无法满足定制化加工的短板。
本系统基于WinCC、工业通信和互联网云端技术，选用工业以太网通讯来完成系统的控制和信息采集，利用云端将生产系统制造工艺流程和设备状态实时上传，实现移动终端对设备运行状态的监视和控制，从而提升MES系统对生产全过程的监控能力。
一、生产系统总体设计
（一）系统整体设计方案
依据汽车轮毂加工工艺，本文提出的智能化加工系统可以实现自动网络接单、自动进行汽车轮毂的定制化加工并分拣出库、实时显示轮毂加工进程及设备运行状态。汽车轮毂智能化加工MES系统（如图11所示）。
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图11 汽车轮毂智能化加工MES系统三维图
汽车轮毂智能化加工MES系统能满足不同客户的个性化的定制需求。在生产过程（如图12所示）中，MES系统能根据用户的需求，自动生成定制化加工程序，首先设定加工工件并导入检测标准，选定加工产品后，工业机器人自动更换夹具，机器人运行到智能仓储处等待，经过仓储系统输出物料，机器人自动抓取待加工轮毂送至检测单元进行初步检测，MES系统通过核对物料信息，检测完成后由机器人将待加工轮毂放至数铣加工单元进行铣削作业，通过MES系统输入的定制化信息输入到数控机床中，待完成加工再由机器人送至打磨单元进行打磨工序，待打磨完成后送至检测单元检测产品优良，检测完成后将成品轮毂送至分拣单元进行分拣，系统加工全过程可通过WinCC画面以及移动终端进行实时监控和远程操作。
智能化加工MES系统（系统布局如图13所示）中的一个重要环节是数据采集，本设计选用SINUMERIK西门子公司的828D数控加工系统，加工系统中的数据通过系统的“算术参数”为数据采集提供的使用变量，变量名规定以英文字母“R”开头，其后跟随2位正整数，范围从R00到R99。这种“算术参数”又通常被简称为“R参数”（如图14所示）。
图12 系统标准化生产流程图
图13 MES系统布局
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图14 R参数监控与调节界面
对于加工形状较简单的零件，计算和程序比较简单，采用手工编写程序能较容易完成。因此在点定位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工中等几何形状较为简洁的产品，手工编程仍广泛应用；但对于加工几何形状复杂的零件（如图26所示），特别几何形状中是具有非圆曲线、列表曲线及曲面等的个性化零件，传统的手工编程就会有一定的困难，出错机率很大，在加工中会出现铣刀跑偏发生断刀等安全问题，甚至无法编程。对于这种情况，采用“R”参数编程则就可以高效且无误的解决这类问题。
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