隨著國內(nèi)汽車發(fā)動機廠的生產(chǎn)規(guī)模和柔性化水平的提高，越來越多的發(fā)動機廠希望實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)并建立生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，但是，以CNC為核心的發(fā)動機生產(chǎn)線對生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)提出了不同于整車廠的軟硬件接口要求。
越來越多的發(fā)動機廠希望實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)并建立生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)（PMC），與此同時，在生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立生產(chǎn)管理系統(tǒng)。記錄發(fā)動機生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)和事件、為每臺發(fā)動機建立完整的產(chǎn)品譜系成為發(fā)動機廠新的目標，這將為今后產(chǎn)品質(zhì)量問題的追溯和產(chǎn)品召回制度的實施提供可靠保障。
系統(tǒng)概述
目前，國內(nèi)許多整車廠在自動化生產(chǎn)線上建立了生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)通信的方式連接了生產(chǎn)線上的PLC，實現(xiàn)了生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集。與整車廠相比，發(fā)動機廠的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)有其明顯的不同之處：除了PLC之外，發(fā)動機生產(chǎn)線還包含了大量的CNC和運動控制器。
現(xiàn)代化的發(fā)動機廠除了需要建立生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)以使生產(chǎn)操作和管理人員更方便地監(jiān)視生產(chǎn)過程和柔性化地控制生產(chǎn)過程之外，還應(yīng)該在生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)之上建立生產(chǎn)管理層。這一層應(yīng)從生產(chǎn)過程中采集大量的產(chǎn)品加工和裝配數(shù)據(jù)，如：每臺發(fā)動機的序列號、安裝在發(fā)動機上的零部件的批次編號、發(fā)動機裝配過程中的測試數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)應(yīng)該被存儲在一個面向生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)庫中，如Proficy Historian過程數(shù)據(jù)庫。生產(chǎn)管理層還應(yīng)該采集發(fā)動機生產(chǎn)過程中的事件，如機床換刀、缸體上線、進入返修區(qū)等，這些事件應(yīng)該被存儲在一個SQL 2000關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。最終，這些數(shù)據(jù)和事件被生產(chǎn)管理服務(wù)器歸納、整理成每臺發(fā)動機的生產(chǎn)過程檔案和一個完整的發(fā)動機產(chǎn)品譜系（產(chǎn)品譜系指的是該產(chǎn)品包含何種零部件及每種零部件的批次編號等信息）。這些信息還通過Web方式發(fā)布到全廠的客戶端計算機，使得發(fā)動機廠的生產(chǎn)管理人員在客戶端計算機上利用因特網(wǎng)瀏覽器就可以查詢、檢索發(fā)動機的生產(chǎn)過程檔案和產(chǎn)品譜系。生產(chǎn)管理服務(wù)器上運行的軟件可以是Proficy Production和Proficy Real-Time Information Portal軟件包。
生產(chǎn)監(jiān)控層與發(fā)動機生產(chǎn)線的軟硬件接口
生產(chǎn)監(jiān)控層中的計算機一般通過工業(yè)以太網(wǎng)與生產(chǎn)線上的PLC和CNC進行通信，這就要求PLC和CNC具有以太網(wǎng)接口，監(jiān)控計算機通過基于以太網(wǎng)的通信協(xié)議或者開放的OPC技術(shù)讀取控制器中的數(shù)據(jù)。根據(jù)這一思路，GE Fanuc公司幫助國內(nèi)某汽車發(fā)動機廠建立了生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。該項目大量使用了GE Fanuc的16i/18i/21i系列的CNC系統(tǒng)，這些數(shù)控單元都直接配置以太網(wǎng)接口，并支持基于TCP/IP的FOCAS1應(yīng)用層協(xié)議。運行在線端監(jiān)控計算機上的ProficyTM SCADA/HMI - CIMPLICITY?軟件通過該協(xié)議與數(shù)控單元交換數(shù)據(jù)。
整車廠的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)通常采集各生產(chǎn)工位（生產(chǎn)區(qū)域）的設(shè)備報警、工作節(jié)拍和產(chǎn)量統(tǒng)計等數(shù)據(jù)，而機加工線的監(jiān)控計算機必須考慮讀取各臺機床設(shè)備的報警故障狀態(tài)、刀具壽命、零件程序和各種測量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)與整車廠的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)相比，有著明顯不同的數(shù)據(jù)類型和含義。線端監(jiān)控計算機從機床設(shè)備采集的典型數(shù)據(jù)如表所示。
除了以上來自機床設(shè)備的數(shù)據(jù)之外，生產(chǎn)監(jiān)控層還需要采集裝配線上的發(fā)動機條碼或RFID等標簽數(shù)據(jù)、測試數(shù)據(jù)、擰緊裝置的力矩數(shù)據(jù)和發(fā)動機零部件的批次編號等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)首先被條碼掃描器、RF Tag讀寫器或者PLC所讀取，然后再發(fā)送到監(jiān)控計算機上，最終由生產(chǎn)管理層的服務(wù)器存儲和管理。
生產(chǎn)監(jiān)控層的功能
發(fā)動機廠的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)由分布在各裝配區(qū)域和各機加工線的監(jiān)控計算機構(gòu)成，這些監(jiān)控計算機提供動態(tài)的監(jiān)控畫面來反映生產(chǎn)設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)及其相關(guān)數(shù)據(jù)，操作人員通過監(jiān)控計算機可以完成如下監(jiān)控操作：
● 圖形監(jiān)控
● 刀具管理
● 零件程序管理
生產(chǎn)管理層的模型結(jié)構(gòu)
建立在生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)之上的生產(chǎn)管理層以過程數(shù)據(jù)庫(Historian)和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，由這兩個數(shù)據(jù)庫記錄發(fā)動機生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)和事件，并在此基礎(chǔ)之上建立發(fā)動機生產(chǎn)過程檔案和產(chǎn)品譜系。圖6是生產(chǎn)管理層的模型結(jié)構(gòu)。
以Proficy Production軟件為核心的生產(chǎn)管理層是建立在兩個類型不同的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)之上的——記錄生產(chǎn)過程中各種數(shù)據(jù)的過程數(shù)據(jù)庫Proficy Historian和記錄生產(chǎn)過程中各種事件的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL 2000。
這兩種數(shù)據(jù)庫所起的作用明顯不同：
● 過程數(shù)據(jù)管理(Historian)
記錄每臺發(fā)動機在機加工和裝配過程中的各種數(shù)據(jù)，如：每臺發(fā)動機的序列號、安裝在發(fā)動機上的零部件的批次編號、發(fā)動機裝配過程中的測試數(shù)據(jù)和擰緊裝置的力矩數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的存儲特點是容量大、存訪速度快，甚至可能有以毫秒級的間隔保存10年以上的數(shù)據(jù)。通常的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫滿足不了如此大容量、高速的數(shù)據(jù)存儲要求，而非關(guān)系型的過程數(shù)據(jù)庫采用平面式存儲結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)這樣的存儲要求。
● 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫
關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL 2000被用來記錄每臺發(fā)動機生產(chǎn)過程中的各種事件，如：機床換刀、缸體上線、進入返修等。采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不但可以記錄這些事件，還可建立這些事件之間以及這些事件與過程數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，這為發(fā)動機生產(chǎn)過程檔案和產(chǎn)品譜系的建立打下了基礎(chǔ)。
與這兩個數(shù)據(jù)庫建立交互操作的是Proficy Production軟件中的基礎(chǔ)模塊——“工廠模型”、“事件模型”和“產(chǎn)品模型”，這些模塊定義了發(fā)動機的產(chǎn)品種類、發(fā)動機在生產(chǎn)過程中所經(jīng)歷的各種事件及其所對應(yīng)的過程數(shù)據(jù)。
為了精確地記錄每臺發(fā)動機的生產(chǎn)過程，Proficy Production軟件還應(yīng)該記錄發(fā)動機的關(guān)鍵零部件及其跟蹤參數(shù)?？紤]到很多單個的發(fā)動機零部件很難被條碼和RFID來標識，通常采用給一批同樣類型的零部件分配一個唯一的記錄編號、將這批零部件放置在一個載具中并在載具上貼上條碼或安裝RFID來代表零部件批次編號的方式跟蹤這批零部件在生產(chǎn)過程中的使用，而Proficy Production軟件也是根據(jù)零部件的批次編號為每臺發(fā)動機建立產(chǎn)品譜系的。
生產(chǎn)管理層的功能
在整個發(fā)動機廠的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中，生產(chǎn)管理層實現(xiàn)了如下功能：
● 生產(chǎn)設(shè)備效率分析
● 產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計及分析
● 發(fā)動機生產(chǎn)過程檔案及產(chǎn)品譜系的建立
其中，“發(fā)動機生產(chǎn)過程檔案及產(chǎn)品譜系的建立”在發(fā)動機的生產(chǎn)過程中顯得尤為重要。為了實現(xiàn)這個功能，Proficy Production軟件將根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的發(fā)動機生產(chǎn)過程中的事件和各種工藝參數(shù)建立每臺發(fā)動機的生產(chǎn)檔案，該檔案將記錄每臺發(fā)動機的如下信息：發(fā)動機的唯一序列號、發(fā)動機加工生產(chǎn)過程中的事件及其時間戳、發(fā)動機各關(guān)鍵零部件的批次編號、發(fā)動機裝配過程中的測試數(shù)據(jù)和擰緊力矩數(shù)據(jù)等。
如此詳細的產(chǎn)品生產(chǎn)過程的記錄將為今后的查詢和檢索提供可靠的數(shù)據(jù)，同時為今后建立每臺發(fā)動機的生產(chǎn)過程及其零部件的追溯體系打下了基礎(chǔ)。如果發(fā)現(xiàn)已出廠的發(fā)動機存在質(zhì)量問題，該質(zhì)量問題是由生產(chǎn)過程中的某道工序或某批不合格的零部件造成的，那么用戶可以依據(jù)以上發(fā)動機生產(chǎn)過程的檔案記錄很快地檢索出含有同樣質(zhì)量問題的產(chǎn)品，迅速確定需要召回的產(chǎn)品范圍，減少損失。
下面的例子是GE Fanuc公司在北美某汽車發(fā)動機廠采用Proficy Production軟件建立發(fā)動機生產(chǎn)過程檔案和產(chǎn)品譜系的工程實例。
以Web界面顯示的發(fā)動機生產(chǎn)過程檔案，發(fā)動機產(chǎn)品譜系的索引。在這個例子中我們可以看到，基于Proficy軟件家族的生產(chǎn)監(jiān)控與生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)的解決方案采用流行的服務(wù)器/客戶端架構(gòu)，用戶與服務(wù)器之間的信息交互操作全部在Web平臺得以實現(xiàn)。這樣的系統(tǒng)架構(gòu)使得生產(chǎn)信息在生產(chǎn)管理的各個層次得到了最大程度的共享，也為生產(chǎn)管理人員提供了豐富的決策數(shù)據(jù)。
（轉(zhuǎn)載）
