發(fā)動機裝配線上的信息采集技術

傳統(tǒng)發(fā)動機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）柴油機有限公司在發(fā)動機裝配線上采用了完善的信息采集技術，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)量改進和反饋信息，發(fā)動機裝配質(zhì)量大幅提升。

傳統(tǒng)發(fā)動機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)動機制造廠使用一種紙質(zhì)跟蹤卡片，每一臺發(fā)動機上裝配線前根據(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)動機的控制要點，跟蹤卡片固定在發(fā)動機上或裝配托盤上。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責，導致發(fā)動機裝配記錄準確率低，并不易保管和統(tǒng)計。隨著汽車召回法規(guī)的實施，汽車廠和發(fā)動機廠實施裝配信息采集技術更加迫切。據(jù)我們了解，國內(nèi)的設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)驗不多。本文結(jié)合道依茨（一汽）大連柴油機有限公司規(guī)劃設計的裝配線，重點介紹生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在裝配線的現(xiàn)場實際應用。

裝配信息采集技術規(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算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和信息管理軟件，建立每臺發(fā)動機終生質(zhì)量信息檔案。點擊該發(fā)動機的終生質(zhì)量信息檔案可以清楚地看到：發(fā)動機的零件清單、零件的供應商、每次質(zhì)量改進零件狀態(tài)、發(fā)動機維修圖、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)動機裝配流水線；另一個是通過ERP將銷售、產(chǎn)品、標準、生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量和服務聯(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)絡應用

PLC總線網(wǎng)絡是裝配信息采集系統(tǒng)的基礎，全部的基礎數(shù)據(jù)來源于該系統(tǒng)。我們的PLC總線網(wǎng)絡采用現(xiàn)場總線區(qū)域控制方式，通過現(xiàn)場分布I/O統(tǒng)一控制裝配線的運行及完成各工位間的通信。為實現(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)域即可以實現(xiàn)無線通信，數(shù)據(jù)碼塊信息定義在發(fā)動機上線時，定義的內(nèi)容來源我公司ERP系統(tǒng)開發(fā)的標題文件，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)動機類型代碼（表1中第1項），設備自動調(diào)用針對該型號發(fā)動機操作子程序完成發(fā)動機自動裝配。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)動機流水號（表1中第4項）與對應的質(zhì)量數(shù)據(jù)進行關聯(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)傳給上位計算機，上位計算機通過專用軟件處理后以標準通信協(xié)議發(fā)給PLC。發(fā)動機裝配生產(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（見圖2）。

PLC采集發(fā)動機參數(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)服務器，兩個系統(tǒng)通過ISO3964通信協(xié)議進行信息交換。

2．數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應用

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是實現(xiàn)對裝配生產(chǎn)線13個PLC進行監(jiān)控的計算機服務器。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前狀況。

該系統(tǒng)可以隨時以發(fā)動機流水號或生產(chǎn)日期等不同方式檢索發(fā)動機的質(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)進行統(tǒng)計和分析。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器，對于有權(quán)限的用戶可以使用遠程網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)查詢。

3．生產(chǎn)線信息系統(tǒng)應用

發(fā)動機生產(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)進行處理的功能，還實現(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、任務控制等都在生產(chǎn)線信息系統(tǒng)服務器上實現(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，每個終端PC通過獲取生產(chǎn)線信息服務器上的信息，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)布過程是由生產(chǎn)線PLC傳遞的機型為索引進行對應發(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)動機的訂單號，裝配的零件數(shù)量、名稱和技術要求等信息。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)服務器、發(fā)動機生產(chǎn)線信息系統(tǒng)服務器及每個工位PC之間在裝配過程中都需要按設計的步驟進行信息交換。圖5所示為兩個系統(tǒng)和工位PC的網(wǎng)絡拓撲關系。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)服務器與發(fā)動機生產(chǎn)線信息系統(tǒng)服務器之間通過網(wǎng)絡對接線反線連接，從而使發(fā)動機生產(chǎn)線信息系統(tǒng)服務器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)服務器及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)應用

ECU數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是服務于電控發(fā)動機生產(chǎn)的重要系統(tǒng)，硬件是ECU數(shù)據(jù)管理服務器及ECU編程電腦。ECU（Electric Control Unit）是發(fā)動機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)來補償ECU的相關參數(shù)。我們的ECU有3個型號滿足不同需求的發(fā)動機，每個系統(tǒng)都有不同的補償方法，補償數(shù)據(jù)寫入ECU可以使發(fā)動機達到性能的最佳狀態(tài)。發(fā)動機上裝配線時進行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)補償信息的分類。

數(shù)據(jù)補償信息來源于生產(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)文件是一種寫入發(fā)動機ECU專用程序，一旦發(fā)動機進入監(jiān)控工位，系統(tǒng)自動從數(shù)據(jù)庫中取出已經(jīng)采集完成的補償參數(shù)據(jù)，并結(jié)合發(fā)動機流水號、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服務器和ECU編程電腦采用微軟平臺映射技術，操作工人可以在ECU編程電腦獲得服務器上映射生產(chǎn)文件和格式文件，并用ECU寫入軟件將補償信息和生產(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)對應的補償文件自動上傳到企業(yè)的售后服務器。

結(jié)語

由于道依茨一汽（大連）柴油機有限公司在發(fā)動機裝配線上采用完善的信息采集技術，通過與生產(chǎn)設備、控制系統(tǒng)集成，下達指令、獲取數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮了先進設備的功能。并通過與其他信息系統(tǒng)集成，進行信息交互，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)量改進和反饋信息，發(fā)動機裝配質(zhì)量大幅提升。