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1、整車制造智能工廠 過程管控系統標準驗證平臺1. 過程管控系統：1.1 過程管控系統簡介生產過程的任務在于將部件轉化為產品進行輸出，轉化的條件是各種資源，通常包括人員、設備、生產工藝、生產管理及質量檢測。增值是生產過程的目標，為了獲得穩定和最大化的增值，生產過程要被嚴格的規劃、管理和監控，建立生產過程監控、管理、參數報價、質量控制、流程管理，并從生產各個環節中找到問題，并持續改進和創新。在過程監控中，一共分為四個步驟：l 生產過程建立根據整車廠的生產特點，建立適合自己品牌特點的生產過程，保證生產過程安全，高效的生產出高質量的產品。所以眾多的整車廠在生產過程上都建立了晚上的標準和體系，保證每個生產2、環節的過程。l 過程實施（D）嚴格按照設計標準實現生產過程，保證設備、環節、管理、人員、流程的準確和穩定，保證設計標準與實施結果的高度一致。l 過程監測（C） 生產過程監測包括生產過程實施中監控和生產完成監控，旨在檢查生產過程中的是否滿足設計標準。 對生產過程的運行數據進行保存，特別是超出設計標準的參數提供長期保存，從而分析原因和得出改進方案。 過程監測可包括：生產過程環節監控，生產過程中的過程檢驗和試驗，過程質量審核，為實施SPC和質量改進而進行的過程因素、過程數據的采集。l 過程改進生產過程的改進是依托于生產過程監控中的采樣。通過大量的數據、采樣、記錄等形式，對生產過程中的實施狀況、設計狀3、況進行評估和分析，得出進一步改進的意見和方案。1.2過程管控系統在整車制造中的意義 整車制造廠，具有自動化水平高、生產節拍快、生產工藝復雜、生產質量要求高等特點。生產過程中過程管控系統標準平臺對整車制造有著更重要的意義。 整車制造過程自動化水平高，已經打破了傳統離散式生產模式中，勞動密集型的生產方式，生產節拍快，而且具有大量的無人值守工位；在人員操作工位，勞動強度大，操作準確性要求高；這些要求都對生產過程管控系統有著強烈的要求。過程管控系統現在整車制造中已經開始充當著必不可少的角色了，所以對過程管控系統的需求、對過程管控系統標準化平臺的需求也會日趨強烈。 整車制造生產過程復雜，工藝參數復雜，檢4、驗工序多。每個環節、每個工序、每個操作步驟都有大量繁瑣的操作，所以在生產過程的設計階段，一些環節可能被忽略，需要在后期的生產過程中通過管理和監控，進一步完善過程設計。一套完善的過程管控系統可以將生產過程中不容易發覺的細節暴露出來。過程管控系統對設備、人員、流程、節拍等等因素的數據采集和監控，可以讓生產過程中透明化。再通過過程完善機制，可以使得整車制造過程更加合理。 整車制造，生產節拍快，對各個系統的穩定運行要求高，所以眾多品牌都建立自己的制造標準、過程標準、質量標準等等生產過程體系。這樣的系統是長期的生產過程積累后的產物，這些標準的形成過程過程管控系統起到了必不可少的作用。在各大車廠標準不斷升5、級時，過程管控系統為標準改進提供了數據依據。1.3系統互操作標準在整車制造的展望整車制造過程中，是一個龐大的、精密的、高速的嚴謹生產過程，需要人、設備、管理手段的無縫完美結合，才能高速、穩定、有效的生產出高品質的車輛。整車制造行業生產過程需要經過數以萬計的生產環節，每個環節需要控制的標準和參加也都不盡相同。生產出高質量的車輛，需要每個環節的嚴格執行，也需要對人、機、物在生產過程中的監控管理。在智能制造的未來前景下，生產過程不再是簡單的自動化實現，也需要信息化、數字化、互聯網的支持。這些因素的應該都是在生產過程中，信息化和數字化的實現需要過程管控系統。通過過程管控系統，可以為整車制造的智能水平提6、供到一個新高度，實現數據閉環、設備自制化、人員數字化管理、流程數字化、質量管理全面化等目標2.整車制造過程管控系統標準化框架整車制造在制造業中，一直處于制造水平的最頂端，是沖壓、焊接、鉚接、噴涂、組裝、機械加工、輸送等生產加工模式與一身的高端制造行業。在整車制造過程每個傳感器，每個加工設備，每個操作工人，都是整車制造過程的重要環節。在整車制造中，各個生產環節之間通過不同的連接方式進行協作和交接，生產環節間也不斷的傳遞著數據來完成生產過程的每個節點。在整個整車制造過程中，每秒鐘都會發生不同的生產工藝、每秒鐘都會發生不同的加工要求、每秒鐘都會產生不同的生產數據，這些數據和過程，都是過程管控系統需要7、管理和監控的因素。通過建立過程管控系統標準驗證平臺，可以將現有生產過程中的數據進行統一化管理，從生產過程、質量因素、加工參數、人員管理、等方面進行監管，得到的數據和記錄，是整車制造過程中綜合化的生產過程依據。通過過程管控系統，可以對整車制造的從前到后的流程生產過程，對從傳感器到控制系統，從單個工位到整條生產線，各個環節和元素進行過程控制和管理，實現生產環節的全監管。 整車制造的整車廠，在生產過程中系統會涉及很多分類、功能和層次。從操作流程看，所有系統可以分為三層，三層分別是：設備層、人員操作層、系統層。 生產控制層。該層主要是生產使用的各類自動化設備，是智能工廠的基礎。由于整車廠的生產水平自動8、化水平較高，生產控制層的系統主要有l 自動化控制系統：以PLC邏輯控制單元為主，控制各類系統的邏輯運行和生產自動化；l 數控加工系統：針對一些汽車部件的自動化機械加工設備，同時可以實現自動化和遠程化協同控制；l 自動化輸送系統l 自動化加工設備系統l 機器人系統l 檢測和測量系統等。生產控制層系統主要是以自動化控制系統為主，過程管控系統可以通過設備控制單元、管理終端、數據接口對生產過程中設備運行的狀況、加工參數、故障原因等信息進行管理和分析。 人員層該層面的主要針對非自動化工位，例如焊裝分裝工位、調整工位、品質管理工位，總裝的裝配工位、檢測工位、加注工位等。這些工位暫時無法實現自動化，過程管控9、系統主要管理以下信息l 人工操作設備狀態、參數和故障原因l 人工檢測質量信息l 人員操作行為信息，包括操作節拍、加工質量、零部件匹配、作業信息匹配l 生產過程請求l 作業指導執行反饋以上信息，都可以通過傳感器、管理終端等方式，將數據傳遞到過程管控系統中。 系統層系統層主要涉及整車制造過程中需要的整體性系統，例如質量管理系統、電泳系統、噴漆系統、排風系統、供電系統等。這些系統作為一個整體，在生產過程中起著一定的作用。在過程管控中，需要將這些系統也視為一個整體進行管理和控制。主要包含的系統有：l 品質控制系統l 車身識別系統l 物料跟蹤系統l 關鍵參數管理系統三個層之間并沒有明顯的業務界限，層與層10、之間的在生產過程中不僅相互協作生產，也會將將生產過程中的數據進行傳遞，保證各自環節的生產過程的穩定和標準化。3.系統過程管控系統標準因素整車制造過程管控系統標準，是整車制造過程中與各個生產過程環節數據、記錄、狀況信息交互的平臺。這個平臺是通過硬件、軟件系統、接口等因素搭建而成。各個因素之間的標準化后，過程管控系統的標準驗證平臺才可以搭建完成，在標準驗證平臺上，可以對各個系統之間的連接、數據傳遞、相互控制等組成部分進行標準驗證，實現整車制造過程過程管控系統的標準化。為整車制造的智能工廠提供系統基礎。3.1 整車制造過程管控系統標準平臺的硬件因素 整車制造中的各個系統環節的過程管控基礎是硬件連接，11、通過硬件連接后，系統之間才能在信號、數據、控制等方面進行交互提供橋梁?；ゲ僮餍詷藴势脚_的硬件主要分為以下幾個大類：l 通訊類l 計算機類l 終端采集類l 協議轉換類3.1.1 通訊類 整車制造中，系統之間的互操作，需要將連個系統的控制單元或數據單元進行連接，進行必要的數據連接和信號交換。穩定耐用的通訊硬件，是保證系統間信號交互和數據交換的基礎條件。通訊類硬件主要分為兩類： 以太網通訊類在系統交互需要使用以太網的接口處，設備可以提供光纖和以太網RJ45接口接入，采用智能性交換設備，適用于惡劣的工業環境。設備具有以下特點：l 網絡類型：可建立環形網絡，適用于惡劣的工業環境。l 交換方式：存儲轉發l12、 端口類型：光纖和以太網RJ45接口l 具有穩定的10V-36V穩定供電電源需要為了提供產品穩定性，需要將設備安裝在安裝箱內，保證設備的防塵、防潮、防撞擊等要求。圖二 工業交換機圖三 核心交換機 工業總線通訊類自動化系統中，使用的各類總線系統，來實現控制單元和執行單元的數據交互。工業總線的高速和穩定，是自動化系統運行的保障。自動化系統之間的互操作性實現，也需要總線的通訊方式。標準化的總線通訊方式，可以大大降低系統間的通訊成本，提高系統間通訊穩定性，保證互操作性的穩定。自動化系統間的信號傳遞，可以通過總線耦合器來實現，需要交換控制信號的系統，通過總線耦合器將各自的通訊總線進行連接，并將需要交換和13、相互控制的信號傳遞到耦合器中，進行數據交互，完成系統間的信號傳遞。3.1.2計算機類 計算機類硬件是系統互操作性中數據交換和重要硬件，計算機類硬件不僅可以收集和存儲系統間的數據和信號，還可以將對交換后的數據進行再次處理，實現系統內數據的轉換。 服務器服務器用于信息化系統之間的互操作和數據交換，通過信息化系統間的數據庫等數據媒介進行數據交換和保存，同時對采集到的其他系統數據在本系統內進行數據處理；服務器用于信息化與自動化系統的數據交換，通過專用的硬件采集接口和數據交換接口，可以實現數據交換和信號傳遞l 服務器是系統內核心部件，是處理和存儲數據的平臺。l 數據服務器采用磁盤陣列形式進行數據冗余備份14、。l 服務器CPU l 多通訊接口 l 專用服務器硬盤 l 冗余電源l 機架式、塔式、刀片式圖四 服務器圖四 服務器 計算機計算機是系統中重要數據交換媒介和接口，在數據采集和信息交換頻繁的整車制造現場，需要計算機承擔起更重要的數據交換和采集工作。計算機在整車制造互操作性中，除了傳統的臺式計算機外，還會使用到工業級計算機、工業一體機等l 工業級計算機工業計算機與傳統計算機不同，具有更高的防護等級、低功耗、散熱低等特點，非常適合整車制造環境。圖五 工業級電腦l 工業一體機工業一體機是講觸摸屏、計算機整合在一體的硬件方案，可以適合現場惡劣、安裝控件狹小的環境?？梢栽诙鄠€系統間進行信號傳遞和互操作。圖15、六 工業一體機3.1.3 終端采集類終端采集類硬件涉及的類型非常廣泛，主要分為以下幾個方面： 人員呼叫單元人員呼叫系統主要應用在人工工位中，主要功能是在人員發生生產問題時，可以通過呼叫單元將故障、問題、狀況反應處理，從而及時處理。l 呼叫按鈕 l 呼叫拉升開關l 呼叫觸摸屏呼叫按鈕拉繩開關 信息采集終端信息采集終端主要是在生產過程中進行信息跟蹤的采集手段。在整車制造過程中，車身的唯一身份標示是RFID、條碼這樣的信息存儲方式。所以在過程管控系統中，需要實時了解車身的當前狀況和加工情況。信息采集終端主要分為以下兩個類型:l 條碼設備。在整車制造過程中，條碼是非常常用的一種信息存儲的模式，而且成本16、低，可使用率高。條碼需要安裝在車身上，通過自動或者手動條碼掃描設備，在指定工位上，可以將車身信息讀取出來，與當前工位的操作信息、加工參數、安裝零部件信息與車身信息進行綁定。手持掃描設備自動條碼閱讀器 RFIDRFID近幾年興起的一種信息標示方式，相比較傳統的條碼有很大的優勢：儲存信息量大，可重復使用，信息安全，防護等級高等特點。這種技術已經廣泛的使用在整車制造過程中。RFID讀寫頭RFID載碼體手持RFID讀寫器3.1.4 協議轉換類 不同系統中，有著不同的通訊協議，所以需要協議轉換硬件轉換后才能進行數據交換。 各種協議之間都可以通過協議轉換硬件進行轉換，完成數據交換。3.2整車制造系統互操作17、性標準平臺的功能因素 過程管控系統的在整車制造中，最重要的應用方式是監控生產過程中的車身生產狀況、加工工藝、零部件匹配程度等信息。這些信息的采集，都需要與車身信息進行綁定和組合，這樣過程管控系統就可以實時的了解生產過程，對生產過程進行管理、監管、控制和分析，3.2.1系統總體結構如上圖所示，在整個車間生產設備的自動化控制系統中，采用“集中監測、分散控制”的典型控制模式，依據這一原則，將整個車間生產設備的控制系統分為二級網絡。電控系統使用基于車間工藝自動化控制系統的基礎上，結合目前國際、國內自動化水平和工程制造行業的實際運作方式，選擇在業內應用成熟、技術先進可靠、功能實用的控制方式與控制設備。這18、個系統以穩定高效為基本原則，配合工藝自動化系統，將生產隊列與車身信息相結合，及時指導和反饋現場車身和生產情況，實現每個RFID讀寫站的準確工作。l 建立在高速以太網基礎之上。l 整個系統的數據實時、高速共享。l 信息系統數據分布式存儲，業務數據自動匯總、分析計算。l 所需信息通過現場PLC控制系統反饋給網絡。初始數據可以通過網絡導入或者人工錄入。3.2.2系統供電結構 系統關鍵設備通過UPS 不間斷電源供電，保證設備運行可靠。如上圖： 控制計算機、服務器、觸摸屏均采用UPS供電，保證供電連續性。 PLC、RFID讀寫頭通過穩壓電源供電，保證供電平穩。3.2.3系統數據：數據系統流向圖 系統數據19、通過網絡實現高速的數據共享。 數據的訪問同系統的安全體系結合，限制訪問權限，保證數據的有效訪問。3.2.4系統安全方案 系統物理安全：A控制機安全：所有應用PC均采用以下防護措施 IP54等級現場防護箱，防止外界環境的破壞；B網絡設備安全：所有網絡交換設備均通過UPS集中供電，保證通訊安全。C. 供電系統安全：供電系統采用集中供電，通訊設備、控制機、等重要設備采用UPS穩定供電。 統數據安全：為了保證系統數據的存儲可靠，從物理層已經作了完善的防護措施，在數據層上通過建立完善的數據備份機制來實現數據的長期可靠有效。 數據集中存儲，防止出現版本錯誤。 數據存儲前進行校驗，保證數據的有效。 數據定時20、自動備份，自動建立備份版本，生成日志記錄。 系統災難恢復 操作系統恢復：控制機操作系統在安裝完畢后建立系統盤鏡像，當系統出現故障后以最快的速度恢復系統。 系統軟件：所有的應用軟件均安裝到系統盤，同系統一同建立磁盤鏡像，出現故障后采用鏡像文件恢復。 系統程序：系統程序存儲到非系統盤，并做到異地備份，在程序出現故障時可以進行快速恢復。 系統數據：系統數據庫按照設定(每日、每周、每月)自動進行數據的差異備份和數據整理。備份文件做到異地存放。當系統數據庫出現錯誤時可以在最短的時間內恢復數據，保證關鍵的數據不會丟失。3.2.5 AVI系統功能AVI系統是種充分利用生產信息指導現場操作的車身管理系統 AV21、I系統通過現場RFID，將車身信息寫入車身信息載體，通過車身信息指導人員和工藝設備生產，更加高效準確的完成生產任務。 獲取直接訂單信息，指導工藝流程生產，準確及時完成訂單任務 獲得高效高質量的產品 確保每個工藝的質量 系統可以指導自動化設備準確高效工作 系統能夠持續的促進安全、質量、效率、成本的改進 系統作為生產指導，及時更新生產信息，使生產與訂單直接掛鉤，提高企業競爭力AVI系統提供如下的功能：a) RFID讀寫 通過生產隊列寫入車身信息 讀取車身信息指導工藝 手持設備及時修改問題車身信息 清空流轉至下步工序載碼體中信息b) 車身識別：在需要識別車身信息的工藝，例如機運系統分道處，進入機器人22、工作區之前，車身存儲區等，利用車身上的信息指導工藝進行。c) 歷史數據及報表查詢 生成支持生產改進和提升的圖標和分析走勢。 匯總歷史有效數據 具體報表樣式根據雙方商定后確定 d) 服務器功能 保存AVI系統獲得的所有有效信息 為其他系統提供數據接口 AVI系統程序運行 AVI參數設定：包括服務器時間、生產節拍、車身信息、生產隊列設定等，并對以上數據進行保存和查詢 AVI系統狀態監控 現場PLC信息獲取，生產狀態監控e) 條碼掃描 在車身信息獲取處，通過獲取條碼信息，將條碼信息獲取到系統內，然后通過獲取系統將車身信息寫入RFID中。3.2.6 大屏幕顯示功能每個大屏幕顯示根據現場采集信號，可輪循23、顯示生產計劃信息、生產狀態信息、其他自定義信息。生產計劃可顯示內容有（如上圖）： 計劃產量：由生產管理人員手工批量導入當日計劃。 當班產量：由生產管理人員手工批量導入當日班次產量。 節拍產量：節拍產量=（當班經過時間/當班總開動時間）當班產量。 日累差值：當日累計差值=當日白班的“當前差值”+當日夜班的“當前差值”。 當前差值：當前差值=當前實際-當前計劃。 實際產量：為當班的實際產量，從PLC采樣得到。 時間顯示：24小時制顯示時間 滾動文字顯示：在信息提示區滾動顯示文字信息。生產狀態可顯示內容有（如上圖，內容僅供參考，內容根據實際樣式定制）： 當前上線車身信息：通過進入涂裝車間入口處的RF24、ID讀寫頭，獲取當前上線車身信息。 下線車身信息：從涂裝與總裝交接處的RFID讀寫 涂裝車間流轉車身數量：統計顯示在涂裝車間內流轉的車身數量。 大修車身數量：統計顯示大修過的車身數量。 存儲區存儲數量：統計顯示存放在存儲區的車身數量。 顯示車身節拍：顯示車身上線和下線的間隔節拍時間。 設備開動率：實際運行時間理論運行時間，百分比顯示。 生產差：計劃產量和下線車身實際產量之間的差值。其他信息顯示：可由用戶選擇顯示宣傳標語、文字、圖片等信息。但由于顯示屏分辨率所限，圖片顯示會根據實際大小進行壓縮，我們會對于該情況進行定制功能開發。3.2.7 系統設置 系統時間設置：設定這個系統的標準時間。 計劃產25、量設置1. 手工操作：在系統界面中人工錄入指定日期的計劃產量數據，并保存至數據庫；修改已保存至系統的計劃產量數據；刪除已保存至系統的計劃產量數據。2. 批量導入：通過表格形式，將已經整理好的計劃產量數據批量導入系統中，并進行保存。 班次設置：設置班次的工作時間和班次名稱。 接受短信人員設置：對接受短信的人員進行分組和電話號碼設置。3.2.8 現場監控通過PLC信號同步的監控現場各個控制點的狀態3.2.9消息發布 用戶可以通過錄入改變大屏幕顯示的滾動信息。3.2.10生產圖表表格制作方便、靈活，數據存取安全、快捷，報表具有一般表格的基本操作，如單元格的字符、邊界以及行、列等屬性設置，還可以顯示B26、MP、JPG、GIF等位圖文件，并可以將表格的某一區域的數據形成曲線、棒圖、餅圖，從而使您的表格更加形象、豐富，圖文并茂。報表可以直接從數據庫中隨意提取所需要的數據，形成表格。通過生成SELECT語句或存儲過程數據源模板，并定義到報表各單元格，從而形成最終報表。雙方根據分析和統計所需要的圖表樣式，制定規范合理的圖表形式，通過到處EXCEL、打印等形式傳達。3.2.11用戶權限設定系統按照用戶級別分為系統管理員、工藝管理員、現場操作員，數據瀏覽用戶，系統根據不同的用戶級別分配系統的權限，系統顯示程序修改時需經過用戶權限校驗，防止非法用戶操作系統數據，防止數據錯誤。 系統管理員：可以進行全部操作 27、工藝管理員：可以進行生產信息的設定和一些系統設定 現場操作人員：可以對現場載碼體上的車身信息進行修改和補充 數據瀏覽員：僅可以瀏覽報表和圖形分析數據3.2.12 防錯機制由于在實際生產中，復雜條件和人為干擾，可能對車身識別系統的現場RFID讀寫頭和占位開關產生影響，所以有效的防錯措施是數據準確性最好的保證。以下是針對不同可能產生干擾的防錯措施： 寫信息防錯：獲取站點占位信號后上位系統給PLC開始寫入數據信號，若在指定時間內沒有獲取到寫數據完成信號，再次發送開始寫數據信號，反復三次不成功后，上位報警，通過中控室屏幕顯示和短信發送形式通知，人工到現場通過讀取條形碼信息，使用手持RFID設備將信息寫28、入載碼體。 讀信息防錯：獲取站點占位信號后上位系統給PLC開始讀取數據信號，若在指定時間內沒有獲取到載碼體信息，再次發送開始讀取數據的信號，反復三次不成功后，上位報警，通過中控室屏幕顯示和短信發送形式通知，進行人工干預。 存儲區防錯：存儲區倒出所需車身，是通過上位系統給PLC兩個信息：車身所在存儲鏈和鏈上所在位置。PLC通過第一個信息確定鏈所在位置，以計數形式確定所在位置。為了防止各種干擾對計數的準確性，制定以下防錯措施：當獲取占位信號以后，判斷車身的輸送信號是否按照設定好的步驟反饋，若連續的幾個車身輸送信號獲取順序正確，即完成一個計數；否則需要人工干預，進行手工放車。 噴涂機器人信息確認：防29、止噴涂機器人操作錯誤，在為機器人提供數據的站點，除了載碼體信息讀取，還需要人工通過車身信息與生產隊列的比較信息確認后放行生產。通過以上3.2.13 路由規則 在編組區前對車身進行編組，編組規則為顏色或者車型編組。 路由規則：在管理系統中設置每個編組區每一個存儲道的編組規則，可以按照顏色或者車型進行編組。規則設定好后下發給機運PLC中，有PLC進行執行。由于同一車型存儲道內停滿，則規則雙方商定。 路由執行：由管理系統進行信息下發，由PLC系統按照當前的設備狀態進行執行。 特殊方式處理：可以手動對控制界面進行車輛手動控制、凍結、臨時編組規則修改等。 存儲區管理：可以實時獲取顯示進入和出離存儲區的車30、輛信息，并對車輛的信息狀態進行查詢，同時可以實時了解每個存儲區的車輛信息。同時進入和離開存儲區的路由規則可以根據管理系統進行設置，可以實現按顏色和車型的道次存儲。 滑橇管理：是指在合適的地方移去空的滑橇以便修理和清理。在車身管理系統中提供所需的橇體循環次數、維修信息。底漆、面漆滑橇帶有數據載體。數據載體為非接觸式修改數據載體的內容的方式，根據工藝要求布置讀寫站，以便控制系統根據數據載體的內容控制物流自動化和噴涂設備（如：自動噴涂機）的協調操作等。 顏色分配：在監控計算機控制系統中安裝涂層表格，按照生產計劃自動實現顏色的分配，或操作人員能方便組織顏色的分配。通過這個表格，車身在進入涂裝車間時就能按指定的顏色進行分配。顏色內容予以紀錄并傳送到相控制系統的可編程序控制器（PLC），同時在涂裝車間的上件轉掛工位通過信息捕捉系統予以確認并寫到滑撬數據載碼體內。 安裝方式：滑橇安裝：吊具安裝：