發(fā)動(dòng)機裝配線(xiàn)上的信息采集技術(shù)

傳統發(fā)動(dòng)機裝配線(xiàn)大多采用手工方式記錄裝配過(guò)程重要參數，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）柴油機有限公司在發(fā)動(dòng)機裝配線(xiàn)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(xiàn)停臺等，使產(chǎn)品質(zhì)量具備了可追溯性，可及時(shí)獲得質(zhì)量改進(jìn)和反饋信息，發(fā)動(dòng)機裝配質(zhì)量大幅提升。

傳統發(fā)動(dòng)機裝配線(xiàn)大多采用手工方式記錄裝配過(guò)程重要參數。目前，多數國內發(fā)動(dòng)機制造廠(chǎng)使用一種紙質(zhì)跟蹤卡片，每一臺發(fā)動(dòng)機上裝配線(xiàn)前根據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(dòng)機的控制要點(diǎn)，跟蹤卡片固定在發(fā)動(dòng)機上或裝配托盤(pán)上。這種方法往往由于工藝流程長(cháng)并且每個(gè)記錄由不同的操作人員負責，導致發(fā)動(dòng)機裝配記錄準確率低，并不易保管和統計。隨著(zhù)汽車(chē)召回法規的實(shí)施，汽車(chē)廠(chǎng)和發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)實(shí)施裝配信息采集技術(shù)更加迫切。據我們了解，國內的設備制造商和軟件公司完成整個(gè)裝配線(xiàn)的信息采集系統經(jīng)驗不多。本文結合道依茨（一汽）大連柴油機有限公司規劃設計的裝配線(xiàn)，重點(diǎn)介紹生產(chǎn)線(xiàn)數據采集系統在裝配線(xiàn)的現場(chǎng)實(shí)際應用。

裝配信息采集技術(shù)規劃

在裝配線(xiàn)規劃前，我們考察德國一家工廠(chǎng)裝配線(xiàn)信息系統，這個(gè)工廠(chǎng)產(chǎn)品主要銷(xiāo)售歐美市場(chǎng)，為滿(mǎn)足美國及歐盟召回法規規定，裝配線(xiàn)上采用了完善的計算機數據采集系統和信息管理軟件，建立每臺發(fā)動(dòng)機終生質(zhì)量信息檔案。點(diǎn)擊該發(fā)動(dòng)機的終生質(zhì)量信息檔案可以清楚地看到：發(fā)動(dòng)機的零件清單、零件的供應商、每次質(zhì)量改進(jìn)零件狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機維修圖、工序操作者代碼、裝配線(xiàn)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系統上。我們在該公司看到有兩條流水線(xiàn)，一個(gè)是發(fā)動(dòng)機裝配流水線(xiàn)；另一個(gè)是通過(guò)ERP將銷(xiāo)售、產(chǎn)品、標準、生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量和服務(wù)聯(lián)系起來(lái)的管理流水線(xiàn)。

在國外工廠(chǎng)方案的啟發(fā)下，我們在裝配線(xiàn)規劃時(shí)提出了使用裝配信息采集技術(shù)來(lái)保證裝配質(zhì)量。規劃方案包括PLC總線(xiàn)網(wǎng)路、數據采集系統、生產(chǎn)線(xiàn)信息系統和ECU數據管理系統（見(jiàn)圖1）。

1．PLC總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )應用

PLC總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是裝配信息采集系統的基礎，全部的基礎數據來(lái)源于該系統。我們的PLC總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )采用現場(chǎng)總線(xiàn)區域控制方式，通過(guò)現場(chǎng)分布I/O統一控制裝配線(xiàn)的運行及完成各工位間的通信。為實(shí)現自動(dòng)數據采集，裝配線(xiàn)每個(gè)托盤(pán)帶有一個(gè)數據碼塊，在需要有自動(dòng)記錄數據的工位裝有無(wú)線(xiàn)讀寫(xiě)頭，托盤(pán)的數據碼塊和無(wú)線(xiàn)讀寫(xiě)頭只要在一定區域即可以實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信，數據碼塊信息定義在發(fā)動(dòng)機上線(xiàn)時(shí)，定義的內容來(lái)源我公司ERP系統開(kāi)發(fā)的標題文件，托盤(pán)碼塊定義數據格式如表1所示。

在自動(dòng)工位通過(guò)讀取托盤(pán)碼塊發(fā)動(dòng)機類(lèi)型代碼（表1中第1項），設備自動(dòng)調用針對該型號發(fā)動(dòng)機操作子程序完成發(fā)動(dòng)機自動(dòng)裝配。對于需要上傳質(zhì)量數據工位也是通過(guò)數據碼塊將發(fā)動(dòng)機流水號（表1中第4項）與對應的質(zhì)量數據進(jìn)行關(guān)聯(lián)并上傳。專(zhuān)用的測量工位我們一般使用光柵尺傳感器或扭矩傳感器，先將測量數據傳給上位計算機，上位計算機通過(guò)專(zhuān)用軟件處理后以標準通信協(xié)議發(fā)給PLC。發(fā)動(dòng)機裝配生產(chǎn)線(xiàn)電氣系統由13臺Siemens PLC300組成，這13臺PLC組成PLC控制網(wǎng)絡(luò )（見(jiàn)圖2）。

PLC采集發(fā)動(dòng)機參數值儲存在DB模塊上，通過(guò)DB模塊傳給數據采集系統服務(wù)器，兩個(gè)系統通過(guò)ISO3964通信協(xié)議進(jìn)行信息交換。

2．數據采集系統應用

數據采集系統是實(shí)現對裝配生產(chǎn)線(xiàn)13個(gè)PLC進(jìn)行監控的計算機服務(wù)器。系統用以太網(wǎng)方式與13個(gè)PLC連接，完成裝配線(xiàn)上的信息采集、工位監控等功能。編程軟件是在西門(mén)子公司W(wǎng)INCC基礎上二次開(kāi)發(fā)的，整線(xiàn)監控畫(huà)面（見(jiàn)圖3）是對整個(gè)生產(chǎn)流水線(xiàn)的圖例，可以了解所有工位的當前狀況。

該系統可以隨時(shí)以發(fā)動(dòng)機流水號或生產(chǎn)日期等不同方式檢索發(fā)動(dòng)機的質(zhì)量記錄，也可以對系統采集的任意一組質(zhì)量數據進(jìn)行統計和分析。每天質(zhì)量記錄定時(shí)用數據庫文件形式上傳給我公司的售后服務(wù)器，對于有權限的用戶(hù)可以使用遠程網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據查詢(xún)。

3．生產(chǎn)線(xiàn)信息系統應用

發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)線(xiàn)信息系統是生產(chǎn)線(xiàn)信息處理和控制的軟件系統，系統不但具有對數據采集系統的數據進(jìn)行處理的功能，還實(shí)現了生產(chǎn)訂單的管理，發(fā)布電子工藝卡功能。系統主要實(shí)現了基于B/S結構的信息發(fā)布和管理功能，所有數據處理、任務(wù)控制等都在生產(chǎn)線(xiàn)信息系統服務(wù)器上實(shí)現。在生產(chǎn)線(xiàn)的兩側，有20個(gè)可以發(fā)布生產(chǎn)線(xiàn)信息的終端PC機，每個(gè)終端PC通過(guò)獲取生產(chǎn)線(xiàn)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。

系統通過(guò)企業(yè)ERP網(wǎng)絡(luò )接收生產(chǎn)訂單、對應機型電子裝配工藝卡，信息的發(fā)布過(guò)程是由生產(chǎn)線(xiàn)PLC傳遞的機型為索引進(jìn)行對應發(fā)布，圖4所示為一個(gè)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(dòng)機的訂單號，裝配的零件數量、名稱(chēng)和技術(shù)要求等信息。數據采集系統服務(wù)器、發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)線(xiàn)信息系統服務(wù)器及每個(gè)工位PC之間在裝配過(guò)程中都需要按設計的步驟進(jìn)行信息交換。圖5所示為兩個(gè)系統和工位PC的網(wǎng)絡(luò )拓撲關(guān)系。為保證控制數據傳輸的穩定性，數據采集系統服務(wù)器與發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)線(xiàn)信息系統服務(wù)器之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對接線(xiàn)反線(xiàn)連接，從而使發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)線(xiàn)信息系統服務(wù)器與數據采集系統服務(wù)器及PLC系統的數據具備交互功能。

4．ECU數據管理系統應用

ECU數據管理系統是服務(wù)于電控發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)的重要系統，硬件是ECU數據管理服務(wù)器及ECU編程電腦。ECU（Electric Control Unit）是發(fā)動(dòng)機中央控制的核心部件，需要裝配過(guò)程中采集部分裝配數據來(lái)補償ECU的相關(guān)參數。我們的ECU有3個(gè)型號滿(mǎn)足不同需求的發(fā)動(dòng)機，每個(gè)系統都有不同的補償方法，補償數據寫(xiě)入ECU可以使發(fā)動(dòng)機達到性能的最佳狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機上裝配線(xiàn)時(shí)進(jìn)行ECU類(lèi)型定義并寫(xiě)入托盤(pán)數據碼塊中。表2是ECU類(lèi)型定義表和數據補償信息的分類(lèi)。

數據補償信息來(lái)源于生產(chǎn)線(xiàn)上的數據采集系統和PLC交互的數據，同時(shí)在系統中保存對應機型的生產(chǎn)文件列表和生產(chǎn)文件，生產(chǎn)文件是一種寫(xiě)入發(fā)動(dòng)機ECU專(zhuān)用程序，一旦發(fā)動(dòng)機進(jìn)入監控工位，系統自動(dòng)從數據庫中取出已經(jīng)采集完成的補償參數據，并結合發(fā)動(dòng)機流水號、ECU生產(chǎn)文件名生成ECU所需格式文件。不同系統的ECU格式文件后綴不同，系統根據文件后綴差異將格式文件分配不同文件夾內。我們生產(chǎn)線(xiàn)設有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(xiě)入軟件將補償信息和生產(chǎn)文件寫(xiě)入ECU電控單元內。數據寫(xiě)入成功后，與該數據對應的補償文件自動(dòng)上傳到企業(yè)的售后服務(wù)器。

結語(yǔ)

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