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MES在汽车制造中的应用之架构篇(二)

发布时间:2018-02-15 作者:张涛云  来源:e-works
关键字:MES 汽车制造 
MES作为车间现场的执行系统,对稳定性、可靠性提出了很高的要求。这部分将介绍汽车制造MES的典型架构,并通过康明斯、福特、沃尔沃的案例予以分析说明。此外,还介绍了业内广泛使用的Kepware OPC系列产品。另外,还基于作者实践,介绍了IT PLC的应用及松耦合的设计。
    MES作为车间现场的执行系统,对稳定性、可靠性提出了很高的要求。这部分将介绍汽车制造MES的典型架构,并通过康明斯、福特、沃尔沃的案例予以分析说明。此外,还介绍了业内广泛使用的Kepware OPC系列产品。另外,还基于作者实践,介绍了IT PLC的应用及松耦合的设计。
 
    福特NGAVS介绍
 
    作为第一个将流水线技术引入汽车工厂的汽车制造商,福特一直以来非常注意自动化技术的应用,而NGAVS等系统,就充分利用了IT相关技术,实现了业务系统和控制系统的高度集成。
 
    1.业务功能
 
    NGAVS即Next Generation Automatic Vehicle Scheduling,即下一代自动车辆调度系统。
 
    NGAVS主要实现以下业务功能:
 
    1)焊装车间计划的下发。系统自动将计划下发给发动机舱、前地板、后地板、左侧围、右侧围的线体PLC,PLC根据NGAVS队列执行抓料、焊接等作业。
 
    2)车型识别。PLC从RFID TAG读取VIN号,然后从NGAVS查询得到对应的车型信息。
 
    3)过站记录。PLC完成装配作业后,将VIN号和过站标识发送给NGAVS,NGAVS处理后转发给ERP系统(用于物料结算)和物流系统(用于物料拉动)。
 
    4)防错集成。在总装车间装配线的线头安装RFID阅读器,识别车辆后由NGAVS转发给防错系统,用于计算流水线上车辆的队列和实时位置,作为防错系统的计算依据。
 
    5)质量检查站集成。在质量检查站的前、后工位安装RFID站,NGAVS查询哪些车辆已经通过前一站尚未通过后一站,把符合条件的车辆队列转发给质量检查站,这样工人无需手动扫描VIN号就可以识别车辆。
 
    6)拉入拉出。通常在质量检查站后一站紧接着设置拉入拉出站。拉出是把存在质量缺陷或特殊标记的车辆从生产线上移除,用于判定、维修,从而不影响主线的正常作业。拉入是指将已离线的车辆,经维修等操作后重新送回主线。拉入拉出操作会更新主线的车辆队列,从而影响分装线的零件配套和物料的配送需求。
 
    7)质量门。在焊、涂、总三个车间的车辆移交点设置质量门,并通过PLC和升降梯集成。如在焊装车间,NGAVS通过RFID识别车辆,并查询得到其质量状态;对于正常车辆,通知PLC将其通过升降梯送入WBS;对于异常车辆,通知PLC将其送入维修区。
 
    8)安全门。在总装车间出口设置安全门,并通过和道闸集成,根据车辆的VIN号,查询得到车辆的质量状态、工单状态等,从而判断是否允许车辆进入商品车停车场、工艺停车场、路试区域。
 
    由于历史原因,福特的工厂制造系统非常多,每个系统都有特定的应用领域,如:
  
    -FIS, Factory Information System工厂信息系统,相当于其它整车厂的PMC系统,主要通过采取现场PLC数据,来实现对生产现场的监控,并通过车间大屏进行展示。
 
    -EP, Error Proofing防错系统,提供拧紧防错、料架防错、加注涂胶打刻防错等。
 
    -CDC II, Component Data Collection II零件数据采集系统,即通过扫描枪来采集零件的原始供应商序列号信息,主要用于追溯和召回。
 
    -QLS VO, Quality Leadership System for Vehicle Operation整车质量领先系统,通过缺陷管理和分析来提升质量控制。
 
    -SKS,Sequence and Kitting System序列和配套系统,用于物料准备。
 
    -SMART,Synchronous Material Replenishment Trigger同步物料消耗触发系统,用于计算物料的消耗和拉动。
 
    -eCATS, Electronic Customer Acceptance Test System电子化客户接收检验系统,用于总装车辆的自动化检测,如四轮定位、刹车、灯光、尾气等。
 
    这其中,NGAVS和EP、QLS VO、SMART、eCATS都有集成关系。
 
    2.架构特点
 
图3.3-1是NGAVS的架构示意图:
 
 福特NGAVS系统架构
图3.3-1 福特NGAVS系统架构
 
    架构要点:
 
    1)由线体PLC集成RFID阅读器和传感器,并通过PN/PN Coupler和IT PLC集成。IT PLC作为NGAVS的现场控制器。
 
    2)IT PLC通过PLC网关实现信息格式转换,并通过MQ服务器和NGAVS应用服务器通信。PLC网关采用了西门子工业PC,并安装ILS DeviceWise软件,此软件能够自动将PLC信息转换成JAVA消息队列。
 
    3)应用服务器用于业务逻辑处理、外部系统接口通信、触发装车单打印等。
 
    4)客户端主要用于配置和查询处理。
 
    3.架构优点
 
    1)由于采用了IT PLC,现场调度的核心代码部署在IT PLC上,对线体PLC的逻辑影响较小,实施风险小。
 
    2)由于通过PN/PN Coupler进行IT PLC和线体PLC的通信,通信效率高并且实时,数据安全有保障。
 
    3)无论系统应用层还是PLC执行层都采用了标准模块、标准代码,工厂实施时订制化工作量小,实施难度得到控制。
 
    4.架构缺点
 
    1)由于大量采用IT PLC和PN/PN Coupler,硬件成本高。
 
    2)相对于主流OPC Server,ILS DeviceWise是一个较新的软件产品,存在一定的技术风险。
 
    3)由于RFID不缓存数据,线体PLC要获取车型信息必须和NGAVS实时集成,形成紧耦合设计,对系统可用性要求高。

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