汽車動(dòng)力總成的信息化解決方案[一]

西門子MCIS是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱等汽車動(dòng)力總成部件生產(chǎn)而提供的完整信息化解決方案，是為適應(yīng)車間級(jí)和工廠級(jí)信息化需求而開發(fā)的運(yùn)動(dòng)控制信息系統(tǒng)。它具有較強(qiáng)的開放性，不同的工控產(chǎn)品可以連接在共同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，軟件平臺(tái)統(tǒng)一，硬件結(jié)構(gòu)一致，提供與上位管理軟件開放性的接口，為實(shí)現(xiàn)全廠ERP提供了軟件保障。

隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益普遍運(yùn)用，汽車制造業(yè)走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化已成為必然的趨勢(shì)和方向。目前流行的ERP對(duì)于汽車制造業(yè)來說，側(cè)重于通常的管理部門(人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷)或設(shè)計(jì)、開發(fā)等上層部門，而工廠、車間的最底層加工設(shè)備——數(shù)控機(jī)床不能夠連接網(wǎng)絡(luò)或信息化系統(tǒng)就必然成為制約汽車制造業(yè)工廠信息化的瓶頸。ERP沒能真正地解決汽車制造工廠最關(guān)鍵的問題，而對(duì)于面臨日益全球化競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)代汽車制造工廠來說，第一是要大大提高機(jī)床的數(shù)控化率，即數(shù)控機(jī)床必須達(dá)到起碼的數(shù)量或比例，第二就是所擁有的數(shù)控機(jī)床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。

西門子MCIS ( Motion Control Information System ) 正是為適應(yīng)汽車動(dòng)力總成車間信息化而設(shè)計(jì)開發(fā)的，它包含了基于以太網(wǎng)的眾多信息模塊，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的不同要求，定制成車間級(jí)信息管理系統(tǒng)，并提供了完善的通訊接口與ERP連接，為汽車工廠實(shí)施ERP管理提供可靠的軟件保障。

MCIS的結(jié)構(gòu)與功能

1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通常的制造業(yè)信息系統(tǒng)由ERP、MES和生產(chǎn)控制級(jí)三層結(jié)構(gòu)組成(如圖 1所示)。西門子MCIS是中間層的制造執(zhí)行系統(tǒng)，是連接生產(chǎn)級(jí)與ERP的橋梁，以實(shí)現(xiàn)信息流在底層和上層的暢通無阻，同時(shí)具有信息收集、統(tǒng)計(jì)、分析和處理功能。MCIS與ERP之間相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)， MCIS構(gòu)成了一個(gè)功能完善的車間管理信息系統(tǒng)。

2. MCIS的功能模塊

MCIS是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱等汽車動(dòng)力總成部件生產(chǎn)而提供的完整信息化解決方案，它具有分布式的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)開放性的運(yùn)動(dòng)控制信息系統(tǒng)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，不同的工控產(chǎn)品可以連接在共同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，軟件平臺(tái)統(tǒng)一，硬件結(jié)構(gòu)一致。它主要由以下幾大模塊組成：生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理、NC程序管理、刀具管理、維修管理和遠(yuǎn)程診斷(如圖2所示)。

(1)生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理

生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理包含機(jī)床數(shù)據(jù)獲取(MDA)、工件監(jiān)控和跟蹤(PMT)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)獲取(PDA)功能模塊。

機(jī)床數(shù)據(jù)獲取(MDA)

該功能模塊通過OPC自動(dòng)化接口和工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集統(tǒng)計(jì)完成報(bào)警信息的分類歸檔、機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)分析比較、設(shè)備整體效率分析等δ堋M?中，MDA IFC安裝在連接單臺(tái)機(jī)床的控制面板上，MDA HMI安裝在工作站上，最多可連接16臺(tái)設(shè)備、MDA PLANT安裝在服務(wù)器上，負(fù)責(zé)信息的分析和管理。信息顯示方式可選擇表格、曲線、棒圖等多種形式。

機(jī)床操作面板(如PCU50)與PLC之間的數(shù)據(jù)傳遞是通過OPC自動(dòng)化接口來完成的。PLC向上傳遞的數(shù)據(jù)統(tǒng)一放在DB13數(shù)據(jù)塊中，同類數(shù)據(jù)信息放在相同的位、字節(jié)、字或雙字中，MDA軟件模塊以相同的地址收集數(shù)據(jù)信息。到目前為止，全球范圍內(nèi)已有近300家公司加入了OPC基金會(huì)這個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)組織，其中包括了所有大型的控制設(shè)備廠商和控制軟件供應(yīng)商，這樣保證了西門子MCIS具有很大的開放性，可以集成不同廠商的控制設(shè)備在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)操作面板與服務(wù)器之間的工業(yè)以太網(wǎng)通訊出現(xiàn)故障時(shí)，收集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)被暫時(shí)緩存在操作面板的小型數(shù)據(jù)庫中，通訊恢復(fù)正常后再向服務(wù)器中的大型數(shù)據(jù)庫傳送，避免生產(chǎn)數(shù)據(jù)丟失。

工件監(jiān)控和跟蹤(PMT)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理軟件包PMT為操作員提供了對(duì)生產(chǎn)設(shè)施的最優(yōu)化支持。許多功能的目的在于優(yōu)化車間操作。將所有的加工結(jié)果以及來自生產(chǎn)和裝配的附加數(shù)據(jù)長期地保存在永久性存儲(chǔ)器中，對(duì)于調(diào)查產(chǎn)品責(zé)任來說非常重要。用戶獲得對(duì)車間操作的最優(yōu)化支持：透明的零件管理、滿足產(chǎn)品責(zé)任立法的要求和在索賠情況下，通過零件跟蹤和目標(biāo)檢索，減少優(yōu)惠和保修成本。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)獲取(PDA)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理PDA軟件包從ERP系統(tǒng)(例如SAP R / 3)獲得例如生產(chǎn)訂單等規(guī)定數(shù)據(jù)，并使操作員在生產(chǎn)級(jí)通過操作人員對(duì)話框使用這些數(shù)據(jù)。反過來，工件計(jì)數(shù)或者報(bào)廢原因等來自生產(chǎn)的反饋信息記錄在生產(chǎn)服務(wù)器中，這些項(xiàng)還可以傳送到ERP系統(tǒng)。

PDA允許將來自ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)訂單數(shù)據(jù)傳送以后獨(dú)立地運(yùn)行。將訂單分發(fā)給較低級(jí)別的工作站，可以保證在出現(xiàn)電源或者服務(wù)器故障的情況下也可以在生產(chǎn)級(jí)別獨(dú)立地運(yùn)行。這種雙級(jí)獨(dú)立的方案保證了系統(tǒng)的高可靠性

(2)NC程序管理(DNC)

DNC用于工件程序的管理，可進(jìn)行NC程序和數(shù)據(jù)的上載及下傳，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。DNC IFC SINUMERIK安裝在連接單臺(tái)機(jī)床的控制面板上;DNC HMI安裝在工作站上，最多可連接16臺(tái)設(shè)備;DNC PLANT安裝在服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)各機(jī)床加工程序的統(tǒng)一管理。NC程序存放在Windows或Unix文件系統(tǒng)中，通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行文件的傳遞。

(3)刀具管理( TDI )

刀具管理是運(yùn)動(dòng)控制信息系統(tǒng)獲取刀具數(shù)據(jù)信息( MCIS TDI )的接口，通過該功能模塊可以得到車間所有刀具的詳細(xì)信息，方便操作人員瀏覽和操作。它能設(shè)定刀具的功能參數(shù)，生成刀具管理計(jì)劃，根據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型生成刀具訂單，并提供了外圍設(shè)備接口。圖4顯示的是刀具信息瀏覽和刀具訂單的畫面。