通用汽车动力系统的开放、模块化体系结构控制——为什么通用汽车动力系统需要OMAC系统?

通用汽车动力总成组织
GMPTG基于数学的制造策略
GMPTG OMAC实施策略

为什么通用汽车动力总成需要OMAC系统吗?

GMPTG一直被认为是先进控制技术的领导者，特别是因为它参与了PLC的开发。GMPTG再次在其制造设施中领导实施基于omac的系统，因为它认识到需要拥有敏捷的新一代制造系统，以便生产出与快速变化的市场需求相匹配的产品。自1994年8月OMAC白皮书发布以来，OMAC的努力已经获得了很大的认可和势头。然而，自八十年代中期以来，GMPTG一直在工厂车间实施基于pc的控制系统，并于1991年在Kearney和Trecker 600四轴铣床上实现了第一个基于VMEbus的开放式结构CNC控制器。基于pc的控制系统的实现是在工厂车间实现开放、模块化控制系统的第一步，因为它引入了一个开放的硬件平台来执行工业控制任务。

在本节中，将介绍GMPTG组织的背景、基于数学的GMPTG制造策略以及GMPTG OMAC实现策略，以全面地说明为什么OMAC实现对GMPTG未来的成功至关重要。

通用汽车动力总成组织

从历史上看，通用汽车使用的发动机和变速箱是由不同汽车部门的不同组织设计和制造的。这些组织是独立运作的，造成许多重复和低效的业务。八十年代，中央集权迈出了第一步。传动制造设施被整合到液压系统部门。发动机业务被合并为雪佛兰、庞蒂亚克、加拿大通用汽车(CPC)集团和别克、奥兹莫比尔、凯迪拉克(BOC)集团下的两个集团，所有铸造设施被合并到中央铸造部门。与此同时，通用汽车技术中心成立了高级工程人员(AES)，负责动力总成产品和制造技术的高级开发活动。1990年，通用汽车发动机部门成立，后来在1991年与液压部门合并，形成通用汽车动力总成组织。Central Foundry于1992年加入GMPTG，最终AES的先进动力总成产品开发活动被纳入GMPTG的保护伞下，形成目前的通用动力总成集团。图4展示了通用汽车动力总成集团的发展历程。

图4。GMPTG组织的演变

目前，GMPTG在四个国家拥有27家工厂，在密歇根州和法国拥有8个产品工程中心，员工总数约为58,300人。1995年的年销售额为125亿美元，其中7.92亿美元销售给60个非通用汽车北美业务客户。GMPTG采用多种工艺技术生产各种产品，具有综合制造能力。

由于GMPTG来自许多不同的组织，组织面临的挑战之一是开发一个所有各方都能支持的通用制造控制策略。由于GMPTG是由产品团队和支持这些产品团队的功能组组织起来的，而控件是这些功能支持活动之一，这种“篮子编织”结构使通用的控制策略能够在所有产品计划中使用。

GMPTG数学基于制造的战略

基于数学的制造是GMPTG的关键制造策略之一。该策略的目标是将产品设计、铸造设计和加工设计的数学模型链接到特定产品的单个三维数学模型中，以便该数学模型可以直接以电子形式用于制造过程。如果在产品设计过程中发生变化，将自动对铸造模型和加工模型进行适当的变化，以适应产品的变化。图5展示了这些数学模型之间的链接，以及将包含在3D数学模型中的信息。

图5。基于数学的策略

有必要有一个敏捷制造系统来支持基于数学的制造策略，因为制造过程需要能够直接采用3D数学模型并有效地生产产品。制造系统还需要灵活地处理产品设计的频繁变化。每台机器上的通用控制平台允许使用通用的网络方法下载数学数据，因此OMAC技术成为成功执行基于数学的制造战略的关键推动因素之一。

GMPTGOMAC实现策略

GMPTG和许多其他制造组织在提高其制造系统效率方面面临着类似的挑战。目前，控制系统过于复杂，因为来自不同供应商的许多专有控制子系统被“修补”在一起以执行必要的功能。在单个制造设施中专有控制系统的扩散使得这些系统的维护和操作对于工厂人员来说难以管理。因此，每个公司都需要降低复杂性和扩散性，提高可靠性和可维护性，降低成本，提高适应变化的能力。

GMPTG开发了一套策略来应对控制系统实现中的这些挑战。本节列出了这些策略，并解释了为什么OMAC方向将有助于实现这些策略。

1)为所有控制系统提供一个通用的、标准的用户界面;

如果通用的、直观的和简单的用户界面应用于广泛的控制系统，操作员可以被分配操作不同的站，而不必通过大量的培训来操作单个机器。由于操作人员界面熟悉且易于使用，操作人员错误将减少，机器的整体正常运行时间将得到改善。由于专有控制和操作界面的复杂性，从机器故障条件中恢复可能很困难。通过具有标准外观的操作界面，操作人员可以按照熟悉的程序从错误中恢复，从而减少停机时间。类似地，具有诊断消息和有关机器和过程的相关信息的公共接口将指导维护人员更有效地完成机器维修程序，从而进一步减少机器停机时间。

2)减少控制系统开发和集成时间;

由于GMPTG制造系统面临着适应快速变化的市场需求的压力，在不久的将来，设计和集成控制系统所需的时间需要大大提高。当基于omac的控制系统变得更加普遍时，大多数控制组件将符合标准接口，并变得可互换(即插即用)。软件工具也将更容易帮助控制工程师执行系统集成任务。培训和再培训人员的需求将减少，进一步缩短系统集成时间。

3)随着技术的改进，允许控制系统的增量升级;

在许多情况下，专有控制系统限制了最终用户选择替代控制解决方案，并迫使他们在只需要添加一些新功能时，用更新更好的型号替换现有的控制器。这种情况不再是可以接受的，对于GMPTG来说，能够在不受控制系统架构限制的情况下逐步提高制造过程的性能是绝对关键的。当更新更好的技术可用时，GMPTG要求升级而不是替换控制系统!

当需要为控制系统添加传感器、通信、诊断等功能时，基于omac的控制系统可以选择和集成最合适的技术，而无需依赖特定的控制供应商开发定制解决方案。

4)采用简单通用的方法进行沟通和建立网络;

敏捷制造系统要求各个工作站通过通信网络进行点对点通信，并连接到全厂网络。其策略是使网络接口简单、通用且具有成本效益，基于omac的控制系统满足这些要求。例如，一个常用的PC以太网卡可以很容易地集成到基于PC的控制系统中，以执行必要的网络功能。专有控制系统中类似的解决方案将更加昂贵，因为专有控制供应商需要进行特定的开发，以拥有适合其控制器架构的通信产品。

5)创建就地PC系统，实施数学数据策略;

本文前面已经概述了基于数学的制造策略的重要性。可以在没有OMAC控制器的情况下执行基于数学的策略，但很可能每台机器都需要一台额外的个人计算机，以卸载许多需要完成的功能，这些功能无法通过专有控制器轻松完成。这些功能的一些例子是在控制器上对零件程序的后处理，用于过程测量和闭环控制的传感器集成，用于统计过程控制的数据监测和分析等。

使用基于pc的开放式控制器消除了为每台机器添加额外计算机的需要，并提供了完全支持基于数学的制造需求的能力和灵活性。

6)利用个人电脑市场的技术和成本优势;

在战略上，GMPTG也必须利用个人计算机技术的快速发展来增强控制系统的能力。个人电脑硬件和软件技术的创新每隔几个月就会出现一次，在大多数情况下，这些技术是向后兼容的。专有控制供应商在其控制产品中使用许多相同的技术。然而，这些控制产品的可用性落后于计算机市场大约18-24个月。同样重要的是要注意，基于pc的控制系统的实施成本较低，因为个人电脑市场的大规模驱动了组件的成本较低。

7)开始鼓励控制供应商“开放”他们的控制架构。

开放系统促进竞争。由于终端用户能够选择控制组件并将其集成到一个开放的控制器平台中，因此他们可以在特定领域选择和使用最好的技术，而不受限于从单个供应商购买完整的系统。这种选择能力将鼓励传统的控制供应商使其产品更加开放和模块化，以便他们也可以利用其他公司开发的技术。这种方法将使他们能够提供最佳的“集成”解决方案。

对于GMPTG来说，有多年来支持GMPTG程序的控制供应商来拥抱OMAC方向是有好处的。OMAC从来不打算将传统的控制供应商排除在GMPTG计划之外。它的目的是发展一种新的伙伴关系，重点是实施最适当的技术，分离组件采购和集成支持，以及密切的工作关系，这将使各方受益。

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