發(fā)動機(jī)裝配線上的信息采集技術(shù)

傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)裝配線大多采用手工方式記錄裝配過程重要參數(shù)，不僅效率低，而且容易產(chǎn)生錯誤，不便于管理。道依茨一汽（大連）柴油機(jī)有限公司在發(fā)動機(jī)裝配線上采用了完善的信息采集技術(shù)，減少了產(chǎn)品不合格率和生產(chǎn)線停臺等，使產(chǎn)品質(zhì)量具備了可追溯性，可及時獲得質(zhì)量改進(jìn)和反饋信息，發(fā)動機(jī)裝配質(zhì)量大幅提升。

傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)裝配線大多采用手工方式記錄裝配過程重要參數(shù)。目前，多數(shù)國內(nèi)發(fā)動機(jī)制造廠使用一種紙質(zhì)跟蹤卡片，每一臺發(fā)動機(jī)上裝配線前根據(jù)不同型號選擇不同的紙質(zhì)跟蹤卡片，或用一種通用的紙質(zhì)跟蹤卡片以菜單形式由操作者記錄不同型號發(fā)動機(jī)的控制要點(diǎn)，跟蹤卡片固定在發(fā)動機(jī)上或裝配托盤上。這種方法往往由于工藝流程長并且每個記錄由不同的操作人員負(fù)責(zé)，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)裝配記錄準(zhǔn)確率低，并不易保管和統(tǒng)計(jì)。隨著汽車召回法規(guī)的實(shí)施，汽車廠和發(fā)動機(jī)廠實(shí)施裝配信息采集技術(shù)更加迫切。據(jù)我們了解，國內(nèi)的設(shè)備制造商和軟件公司完成整個裝配線的信息采集系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)不多。本文結(jié)合道依茨（一汽）大連柴油機(jī)有限公司規(guī)劃設(shè)計(jì)的裝配線，重點(diǎn)介紹生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在裝配線的現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用。

裝配信息采集技術(shù)規(guī)劃

在裝配線規(guī)劃前，我們考察德國一家工廠裝配線信息系統(tǒng)，這個工廠產(chǎn)品主要銷售歐美市場，為滿足美國及歐盟召回法規(guī)規(guī)定，裝配線上采用了完善的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和信息管理軟件，建立每臺發(fā)動機(jī)終生質(zhì)量信息檔案。點(diǎn)擊該發(fā)動機(jī)的終生質(zhì)量信息檔案可以清楚地看到：發(fā)動機(jī)的零件清單、零件的供應(yīng)商、每次質(zhì)量改進(jìn)零件狀態(tài)、發(fā)動機(jī)維修圖、工序操作者代碼、裝配線工位測量記錄以及售后維修記錄等，全部信息都集中在該公司的ERP系統(tǒng)上。我們在該公司看到有兩條流水線，一個是發(fā)動機(jī)裝配流水線；另一個是通過ERP將銷售、產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量和服務(wù)聯(lián)系起來的管理流水線。

在國外工廠方案的啟發(fā)下，我們在裝配線規(guī)劃時提出了使用裝配信息采集技術(shù)來保證裝配質(zhì)量。規(guī)劃方案包括PLC總線網(wǎng)路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、生產(chǎn)線信息系統(tǒng)和ECU數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（見圖1）。

1．PLC總線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

PLC總線網(wǎng)絡(luò)是裝配信息采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)，全部的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于該系統(tǒng)。我們的PLC總線網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場總線區(qū)域控制方式，通過現(xiàn)場分布I/O統(tǒng)一控制裝配線的運(yùn)行及完成各工位間的通信。為實(shí)現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集，裝配線每個托盤帶有一個數(shù)據(jù)碼塊，在需要有自動記錄數(shù)據(jù)的工位裝有無線讀寫頭，托盤的數(shù)據(jù)碼塊和無線讀寫頭只要在一定區(qū)域即可以實(shí)現(xiàn)無線通信，數(shù)據(jù)碼塊信息定義在發(fā)動機(jī)上線時，定義的內(nèi)容來源我公司ERP系統(tǒng)開發(fā)的標(biāo)題文件，托盤碼塊定義數(shù)據(jù)格式如表1所示。

在自動工位通過讀取托盤碼塊發(fā)動機(jī)類型代碼（表1中第1項(xiàng)），設(shè)備自動調(diào)用針對該型號發(fā)動機(jī)操作子程序完成發(fā)動機(jī)自動裝配。對于需要上傳質(zhì)量數(shù)據(jù)工位也是通過數(shù)據(jù)碼塊將發(fā)動機(jī)流水號（表1中第4項(xiàng)）與對應(yīng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)并上傳。專用的測量工位我們一般使用光柵尺傳感器或扭矩傳感器，先將測量數(shù)據(jù)傳給上位計(jì)算機(jī)，上位計(jì)算機(jī)通過專用軟件處理后以標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議發(fā)給PLC。發(fā)動機(jī)裝配生產(chǎn)線電氣系統(tǒng)由13臺Siemens PLC300組成，這13臺PLC組成PLC控制網(wǎng)絡(luò)（見圖2）。

PLC采集發(fā)動機(jī)參數(shù)值儲存在DB模塊上，通過DB模塊傳給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)服務(wù)器，兩個系統(tǒng)通過ISO3964通信協(xié)議進(jìn)行信息交換。

2．?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對裝配生產(chǎn)線13個PLC進(jìn)行監(jiān)控的計(jì)算機(jī)服務(wù)器。系統(tǒng)用以太網(wǎng)方式與13個PLC連接，完成裝配線上的信息采集、工位監(jiān)控等功能。編程軟件是在西門子公司W(wǎng)INCC基礎(chǔ)上二次開發(fā)的，整線監(jiān)控畫面（見圖3）是對整個生產(chǎn)流水線的圖例，可以了解所有工位的當(dāng)前狀況。

該系統(tǒng)可以隨時以發(fā)動機(jī)流水號或生產(chǎn)日期等不同方式檢索發(fā)動機(jī)的質(zhì)量記錄，也可以對系統(tǒng)采集的任意一組質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。每天質(zhì)量記錄定時用數(shù)據(jù)庫文件形式上傳給我公司的售后服務(wù)器，對于有權(quán)限的用戶可以使用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。

3．生產(chǎn)線信息系統(tǒng)應(yīng)用

發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線信息系統(tǒng)是生產(chǎn)線信息處理和控制的軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)不但具有對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的功能，還實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)訂單的管理，發(fā)布電子工藝卡功能。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了基于B/S結(jié)構(gòu)的信息發(fā)布和管理功能，所有數(shù)據(jù)處理、任務(wù)控制等都在生產(chǎn)線信息系統(tǒng)服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)。在生產(chǎn)線的兩側(cè)，有20個可以發(fā)布生產(chǎn)線信息的終端PC機(jī)，每個終端PC通過獲取生產(chǎn)線信息服務(wù)器上的信息，顯示本地工位上的電子工藝卡和安裝部件信息。

系統(tǒng)通過企業(yè)ERP網(wǎng)絡(luò)接收生產(chǎn)訂單、對應(yīng)機(jī)型電子裝配工藝卡，信息的發(fā)布過程是由生產(chǎn)線PLC傳遞的機(jī)型為索引進(jìn)行對應(yīng)發(fā)布，圖4所示為一個工位的電子工藝卡。操作者從電子工藝卡上可以了解到發(fā)動機(jī)的訂單號，裝配的零件數(shù)量、名稱和技術(shù)要求等信息。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)服務(wù)器、發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線信息系統(tǒng)服務(wù)器及每個工位PC之間在裝配過程中都需要按設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行信息交換。圖5所示為兩個系統(tǒng)和工位PC的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系。為保證控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)服務(wù)器與發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線信息系統(tǒng)服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)對接線反線連接，從而使發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線信息系統(tǒng)服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)服務(wù)器及PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)具備交互功能。

4．ECU數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)應(yīng)用

ECU數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是服務(wù)于電控發(fā)動機(jī)生產(chǎn)的重要系統(tǒng)，硬件是ECU數(shù)據(jù)管理服務(wù)器及ECU編程電腦。ECU（Electric Control Unit）是發(fā)動機(jī)中央控制的核心部件，需要裝配過程中采集部分裝配數(shù)據(jù)來補(bǔ)償ECU的相關(guān)參數(shù)。我們的ECU有3個型號滿足不同需求的發(fā)動機(jī)，每個系統(tǒng)都有不同的補(bǔ)償方法，補(bǔ)償數(shù)據(jù)寫入ECU可以使發(fā)動機(jī)達(dá)到性能的最佳狀態(tài)。發(fā)動機(jī)上裝配線時進(jìn)行ECU類型定義并寫入托盤數(shù)據(jù)碼塊中。表2是ECU類型定義表和數(shù)據(jù)補(bǔ)償信息的分類。

數(shù)據(jù)補(bǔ)償信息來源于生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PLC交互的數(shù)據(jù)，同時在系統(tǒng)中保存對應(yīng)機(jī)型的生產(chǎn)文件列表和生產(chǎn)文件，生產(chǎn)文件是一種寫入發(fā)動機(jī)ECU專用程序，一旦發(fā)動機(jī)進(jìn)入監(jiān)控工位，系統(tǒng)自動從數(shù)據(jù)庫中取出已經(jīng)采集完成的補(bǔ)償參數(shù)據(jù)，并結(jié)合發(fā)動機(jī)流水號、ECU生產(chǎn)文件名生成ECU所需格式文件。不同系統(tǒng)的ECU格式文件后綴不同，系統(tǒng)根據(jù)文件后綴差異將格式文件分配不同文件夾內(nèi)。我們生產(chǎn)線設(shè)有5臺ECU編程電腦，不同型號ECU使用不同的編程電腦。ECU服務(wù)器和ECU編程電腦采用微軟平臺映射技術(shù)，操作工人可以在ECU編程電腦獲得服務(wù)器上映射生產(chǎn)文件和格式文件，并用ECU寫入軟件將補(bǔ)償信息和生產(chǎn)文件寫入ECU電控單元內(nèi)。數(shù)據(jù)寫入成功后，與該數(shù)據(jù)對應(yīng)的補(bǔ)償文件自動上傳到企業(yè)的售后服務(wù)器。

結(jié)語

由于道依茨一汽（大連）柴油機(jī)有限公司在發(fā)動機(jī)裝配線上采用完善的信息采集技術(shù)，通過與生產(chǎn)設(shè)備、控制系統(tǒng)集成，下達(dá)指令、獲取數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮了先進(jìn)設(shè)備的功能。并通過與其他信息系統(tǒng)集成，進(jìn)行信息交互，消除孤島，形成了系統(tǒng)集成的平臺，減少了產(chǎn)品不合格率和生產(chǎn)線停臺等，使產(chǎn)品質(zhì)量具備了可追溯性，及時獲得質(zhì)量改進(jìn)和反饋信息，發(fā)動機(jī)裝配質(zhì)量大幅提升。