以太网集成:分散控制赋予通用汽车制造灵活性

通用汽车(General Motors)位于俄亥俄州托莱多(Toledo)的动力传动系统公司(General Motors Powertrain)的GF6六速前轮驱动变速箱生产线正在加紧生产，以实现日产2,200台雪佛兰迈锐宝(Malibu)和新款雪佛兰科鲁兹(Cruze)汽车变速箱的最初目标。通用托莱多已经在这个200万平方英尺的工厂投资了8.72亿美元用于变速器生产。我们的投资得到了回报。

真正新颖的是用于对生产线进行编程、实现转换、安排工件流程、执行所有加工和二次操作以及组装成品变速器的方法。有了这些新方法，通用汽车实现了生产线变更所需时间从几周到几小时的缩短，并带来了其他好处。

几年前，当通用工程师开发这条生产线时，他们寻求更快的生产线转换速度，以及一种更灵活但高度自动化的变速箱制造系统。帮助他们实现这一目标的，是他们的自动化供应商西门子工业公司(Siemens Industry Inc.)和密歇根州罗彻斯特山(Rochester Hills)装配线配置软件供应商Elite Engineering的工程师的技能。

通过位于密歇根州特洛伊的西门子汽车技术中心，通用汽车将plc、cnc、hmi、RFID系统(见相关文章)与高级以太网协议Profinet集成在通用汽车通信网络上。在这种硬件和通信拓扑结构的基础上，Elite工程公司交付了其柔性装配配置系统(FACS)。西门子汽车技术中心的工程师Reinhold Niesing解释说:“(Elite)提供配置和监控系统，而我们(西门子)提供自动化运行时系统。这两个系统需要同步运行，以便在需要改变生产或增强制造能力时为通用汽车提供可配置的选项。”

通用汽车负责在托莱多工厂实施FACS的工程师乔治·朱厄尔(George Jewell)表示，FACS与其说是“教科书式”的产品生命周期管理，不如说是一种生产线生命周期管理工具。它固有的适应性意味着普通硬件可以以不同的速度完成不同的任务，并且可以在比以前更短的时间内进行实时切换。目前，通用汽车在墨西哥、中国、印度、泰国、韩国和美国的多家工厂使用FACS，不久将在加拿大和东欧使用。

发展战略

根据朱厄尔的说法，这条线路发展的总体目标是在每个车站都有一致的，甚至是相同的逻辑模块。这将允许，正如FACS架构的开创性一样，在整个生产线的所有阶段，在机器或组装操作中立即进行连续修改。

通用汽车控制经理Bob Raven表示:“在我们的制造原则中，这种面向灵活性的增值功能极大地支持了通用汽车动力总成在标准化流程和控制方面的努力，并不断改进。”

通过标准化所使用的硬件、软件和通信协议，可以控制工程成本，并且可以提高维护效率。Jewell表示，西门子通过“即插即用”的技术方法，以及对我们所使用的流程的理解，应对了这些挑战。他还指出，系统中的运行时组件可以在没有完整配置系统在线的情况下运行，进一步补充了分散的架构。

控制硬件

通过创建一个与工厂整体工作流程完全协调的分散控制网络，通用汽车和西门子为整个系统设计了一个最佳模块化但灵活的架构。这种完全集成的自动化方法不仅解决了涉及的多个硬件系列，还将所有代码开发，安全和通信功能协调到一个相互依存但高度灵活和自适应的控制方案中。

这种集成在整个设施的模块化和开放式控制器和I/O机架组件中最为明显。西门子Simatic S7 CPU、西门子安全集成驱动平台和所有I/O，包括用于RFID标签读取的射频(RF)天线，都配置在这些组件中。

通用汽车采用分散式和无柜式设计，将高度集成的RFID控制与易于访问相结合。Profinet提供了高性能、可靠的网络，对带宽的影响最小，也不会给工厂增加额外的网络负载。Profinet不需要特殊的硬件，从而节省了成本。Jeremy Bryant说:“只有几个组件在Profibus系统上对话。所有其他I/O和自动化组件都通过Profinet进行通信。”

所有操作、可视化和诊断功能都在一个称为Transline HMI Lite CE包的一致控制方案中进行了简化。该套件为整个工厂的大多数机床、传输线、机器人、装配机、传感设备和视觉系统的操作和诊断功能提供统一的用户界面。它也可以定制，以满足特定的用户需求和偏好。Transline HMI Lite CE为SIFACS系统提供有用的信息。

信息中心

西门子人员与通用汽车工艺专家和精英工程公司合作，创建了SIFACS解决方案，该解决方案将通用汽车的主机IT系统与每个装配操作和测试站的所有控制硬件和软件集成在一起。SIFACS主要专注于将核心PLC软件模块和工作站功能与每个工件托盘上的RFID标签集成在一起。它是生产线信息管理系统的枢纽，因为它协调来自通用汽车服务器和FACS配置站的所有需求输入，然后通过Profinet传输。

SIFACS将FACS的产品线生命周期管理功能链接到机床，装配和测试站的所有plc, hmi，电机启动器，变频器，安全集成驱动器和其他控制。同样，来自所有RFID标签，智能传感器，RS-232接口，手部扫描仪和其他I/O设备的反馈数据由SIFACS跟踪和捕获，供生产管理部门进行详细分析。

通过这种方式，系统的生产输出受到严密控制，生产线工作站可以重新配置，使用一个允许组件更换的微型存储卡，而无需笔记本电脑。PLC逻辑、硬件配置和过程数据嵌入在卡上，卡与1个Profibus端口和3个以太网端口相连，可进行即时通信。

该生产线上的所有智能设备也都与SIFACS解决方案相连，包括紧固、泄漏测试和压制系统，以及条形码读取器、条形码打印机、机器人关节和处理设备、视觉系统和协议网关。在最实际的层面上，甚至数据结构馈送到安东板用于工厂内显示也通过SIFACS通过常驻IT系统集成。

新系统集成了Elite Engineering的eFACS功能，该功能可以建立和监控连接，处理配置、过程和状态数据交换，以及模型配置数据管理。据Jewell介绍，全球其他通用汽车工厂正在引进FACS和SIFACS的进一步改进。

自动化和信息集成创造了可持续的、高度灵活的生产场景。控制和工作站硬件不需要为每个新模型重新发明。这条线路可以不间断地不断调谐。员工可以实时了解当前生产线的性能，并提出改进建议，这些建议几乎可以立即实施。

这条生产节油后轮驱动液压6L80变速箱的生产线与采用新控制系统的GF6变速箱生产线共享空间。当需要再平衡时，当需要生产的上升或下降时，或者当一个全新的模型出现时，转换可以很快发生。

朱厄尔说:“从我们在墨西哥拉莫斯·Arizpe的第一个安装到托莱多工厂，我们看到了很好的结果。需要几个月的活动减少到几周，需要几周的活动减少到几小时。启动时间更短，再加上转换和生产线平衡的优势已经证明这是一项有益的投资。”

Jim Remski是西门子工业公司、西门子工业自动化公司的汽车动力总成行业经理。

www.sea.siemens.com

www.eliteengineering.com

这篇文章发表在二月月刊控制工程．

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