王亮亮，吳 超，趙騰騰，段偉群 Wang Liangliang，Wu Chao，Zhao Tengteng，Duan Weiqun

?

基于工業(yè)4.0思路的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)模式研究

王亮亮，吳 超，趙騰騰，段偉群 Wang Liangliang，Wu Chao，Zhao Tengteng，Duan Weiqun

（北京汽車越野車分公司，北京 101300）

介紹某汽車廠在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，暴露設(shè)備與工廠網(wǎng)絡(luò)之間無法交互的問題。重點(diǎn)分析設(shè)備通過中間工控機(jī)與工廠網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互的案例，通過項(xiàng)目的實(shí)施效果總結(jié)得失，為后期類似項(xiàng)目開發(fā)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，最后闡述工業(yè)4.0思路。

工業(yè)4.0；汽車設(shè)備；生產(chǎn)管理；聯(lián)網(wǎng)

0 引 言

當(dāng)費(fèi)爾達(dá)芬工業(yè)峰會(huì)提出工業(yè)4.0概念之后，生產(chǎn)企業(yè)的工程師對(duì)于生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)之間的信息斷層有了越來越清晰的認(rèn)識(shí)。生產(chǎn)管理系統(tǒng)規(guī)劃本身就傾向于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理，通過工廠網(wǎng)絡(luò)將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在制品、原材料、設(shè)備狀態(tài)、質(zhì)量等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)收集和匯總，并將結(jié)果反饋給生產(chǎn)組織者，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃可以進(jìn)行有效分解。由于生產(chǎn)管理系統(tǒng)本身是在數(shù)據(jù)庫平臺(tái)上開發(fā)的，與生產(chǎn)設(shè)備PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）系統(tǒng)信息交互深度有限，使生產(chǎn)管理系統(tǒng)無法實(shí)時(shí)獲取到產(chǎn)品加工情況，同時(shí)PLC系統(tǒng)也無法實(shí)時(shí)獲取到生產(chǎn)計(jì)劃，不能指導(dǎo)生產(chǎn)過程并簡(jiǎn)化員工作業(yè)流程。

如何使PLC系統(tǒng)有效利用生產(chǎn)管理系統(tǒng)下發(fā)的生產(chǎn)信息并有效監(jiān)控、采集PLC系統(tǒng)信息，這是深化工業(yè)4.0思路的一個(gè)方向。

1 生產(chǎn)管理系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)互聯(lián)的必要性

汽車產(chǎn)業(yè)近些年來的發(fā)展，越來越趨向于多品種、小批量生產(chǎn)組織方式以提供更多個(gè)性化產(chǎn)品滿足顧客需求。很多知名汽車生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品規(guī)劃初期通過互聯(lián)網(wǎng)收集關(guān)注者的建議，幫助其實(shí)現(xiàn)更好的產(chǎn)品開發(fā)。在不斷飽和的市場(chǎng)環(huán)境下，高柔性化生產(chǎn)方式必將成為主流。

雖然這種產(chǎn)品生產(chǎn)方式具有吸引力，但沒有在現(xiàn)實(shí)中得到廣泛的應(yīng)用，究其原因，主要包含以下兩點(diǎn)。

1）汽車廠產(chǎn)品間存在多種不同配置的差別，且需要適用于不同的行駛區(qū)域，增加了現(xiàn)場(chǎng)裝配的復(fù)雜性。例如，某個(gè)產(chǎn)品按照車型需要區(qū)分4座、7座2個(gè)版本，在這2個(gè)版本基礎(chǔ)上又分為柴油版、汽油版，又區(qū)分出寒、暑、溫區(qū)域等情況。另外，單品類車型還存在標(biāo)準(zhǔn)、舒適、豪華、尊貴等多種區(qū)分。如果在常規(guī)配置的基礎(chǔ)上，加上消費(fèi)者的個(gè)性化需求，生產(chǎn)線的生產(chǎn)組織將遇到很大挑戰(zhàn)。

2）在產(chǎn)品質(zhì)量門檢查時(shí)，質(zhì)量檢查的標(biāo)準(zhǔn)無法適應(yīng)多品種的產(chǎn)品，最簡(jiǎn)單的配置也會(huì)變得異常復(fù)雜，如何確保車輛在滿足整車驗(yàn)收指標(biāo)外符合客戶個(gè)性化需求，這在數(shù)據(jù)追蹤和產(chǎn)品信息追溯上仍然沒有一個(gè)較為完整的解決方案。

在天花亂墜的配置面前，如何避免員工操作中出錯(cuò)，裝配過程中防錯(cuò)防漏顯得尤為重要。雖然無法一步踏入工業(yè)4.0萬物互聯(lián)[1]階段，但可以基于4.0思路通過信息互聯(lián)解決一些現(xiàn)場(chǎng)問題，提升生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息處理水平。

2 加注設(shè)備與工廠網(wǎng)絡(luò)交互

費(fèi)爾達(dá)芬工業(yè)峰會(huì)后，生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)與資源管理系統(tǒng)之間的信息壁壘得到廣泛的共識(shí)，西方系統(tǒng)集成商提供了各種實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)的解決方案。了解到“互通互聯(lián)”“萬物互聯(lián)”“物聯(lián)網(wǎng)”新概念后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況借鑒工業(yè)4.0互聯(lián)思路，開發(fā)了總裝車間加注設(shè)備互聯(lián)項(xiàng)目。

國(guó)內(nèi)某汽車廠以打造多車型、小批量產(chǎn)品為宗旨，建立整車組裝車間。在生產(chǎn)過程中，因產(chǎn)品車型多，且產(chǎn)品需要分布在寒暑地區(qū)，使得總裝車間油液加注設(shè)備在選擇車型和加注參數(shù)時(shí)給操作者帶來很多麻煩。根據(jù)市場(chǎng)反饋，錯(cuò)加注、漏加注的情況時(shí)有發(fā)生，加注數(shù)據(jù)無追溯也導(dǎo)致后期質(zhì)量追溯無跡可尋。為了避免操作過程中出錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)總裝車間加注設(shè)備對(duì)車型和加注參數(shù)的自動(dòng)選擇，以及后期數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)便于質(zhì)量追溯的目的，成立項(xiàng)目組。

以工業(yè)4.0信息處理方式為指導(dǎo)思路，以整車廠MES（Manufacturing Execution System，生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）下發(fā)的車型隊(duì)列信息為依據(jù)，通過整個(gè)項(xiàng)目核心的工控機(jī)轉(zhuǎn)化，將加注設(shè)備與MES之間的信息斷層連接起來。工控機(jī)可通過判斷加注設(shè)備拾取到的車輛唯一碼判斷車型信息及自動(dòng)選擇加注參數(shù)，并下發(fā)給加注設(shè)備，加注成功后，將加注結(jié)果與車輛信息、加注機(jī)信息綁定儲(chǔ)存，為后期質(zhì)量追溯留下數(shù)據(jù)。加注設(shè)備互聯(lián)項(xiàng)目分析如圖1所示。

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀，在整車廠MES實(shí)時(shí)隊(duì)列信息中包含車輛的加注特性數(shù)據(jù)，基于S7-200 PLC系統(tǒng)的加注設(shè)備無法直接與MES數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，加注設(shè)備無法自動(dòng)獲取生產(chǎn)線上的車型隊(duì)列信息。為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與MES對(duì)接提取加注特性數(shù)據(jù)，需要增加起中間轉(zhuǎn)化作用的工控機(jī)系統(tǒng)。工控機(jī)系統(tǒng)可以通過同格式的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)實(shí)時(shí)接收MES下發(fā)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。對(duì)MES數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，拾取車輛標(biāo)志信息和加注參數(shù)的標(biāo)志信息。當(dāng)員工通過掃描槍掃描到車輛唯一識(shí)別碼時(shí)，加注設(shè)備通過工業(yè)以太網(wǎng)將加注信息上傳給工控機(jī)系統(tǒng)，工控機(jī)系統(tǒng)依靠唯一識(shí)別碼在MES下發(fā)的隊(duì)列信息中查詢出加注參數(shù)信息，并將此信息轉(zhuǎn)換成PLC系統(tǒng)可識(shí)別的數(shù)據(jù)下發(fā)給設(shè)備控制系統(tǒng)，激活加注程序，員工拿取加注槍完成加注后，加注設(shè)備將實(shí)時(shí)記錄的加注結(jié)果與車輛識(shí)別碼進(jìn)行綁定并反饋給工控機(jī)系統(tǒng)，工控機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化后生成表單永久儲(chǔ)存。整個(gè)操作過程中，員工只需掃描車輛唯一識(shí)別碼和提槍加注，相對(duì)于原手動(dòng)加注方式，員工無須選擇車型和加注參數(shù)，大大減少操作的難度，并將加注結(jié)果進(jìn)行永久儲(chǔ)存便于后期追溯。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。MES與PLC工控機(jī)信息交互流程如圖3所示。

基于工業(yè)4.0信息交互思路，將設(shè)備與MES之間的信息壁壘通過工控機(jī)系統(tǒng)打破，使生產(chǎn)監(jiān)控水平得到顯著提高，更加適應(yīng)目前的生產(chǎn)方式。

3 實(shí)施效果

項(xiàng)目實(shí)施后，員工的操作得到很大簡(jiǎn)化，無須手動(dòng)選擇車型參數(shù)和加注參數(shù)，通過MES下發(fā)的車型隊(duì)列信息，工控機(jī)可以有效準(zhǔn)確地采集到車型加注特性參數(shù)，避免了人工選擇錯(cuò)加的問題，通過MES下發(fā)的車型隊(duì)列，工控機(jī)系統(tǒng)可以匯總出漏加的車輛信息，避免故障車輛流向市場(chǎng)。加注結(jié)果可與車輛信息綁定并永久儲(chǔ)存便于后期質(zhì)量追溯。根據(jù)該項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和效果，可以開展工藝裝配防錯(cuò)和扭矩防錯(cuò)等項(xiàng)目。

圖1 加注設(shè)備互聯(lián)項(xiàng)目分析

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖3 信息交互流程

4 結(jié) 論

有分析人士認(rèn)為，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展還停滯在3.X時(shí)代，作為長(zhǎng)期從事生產(chǎn)工作的人員，不可盲從，需要立足生產(chǎn)，強(qiáng)化自身工作技能，解決現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的實(shí)際問題。

[1]烏爾里希·森德勒．工業(yè)4.0［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

2017-09-04

1002-4581（2017）06-0017-03

U468.2

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2017.06.005