汽车制造智能工厂过程管控系统解决方案.docx
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汽车制造智能工厂过程管控系统解决方案
汽车制造智能工厂
过程管控系统解决方案
编制：
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批准：
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某信息科技发展有限公司
20xx年xx月
1.过程管控系统：
1.1过程管控系统简介
生产过程的任务在于将部件转化为产品进行输出，转化的条件是各种资源，通常包括人员、设备、生产工艺、生产管理及质量检测。
增值是生产过程的目标，为了获得稳定和最大化的增值，生产过程要被严格的规划、管理和监控，建立生产过程监控、管理、参数报价、质量控制、流程管理，并从生产各个环节中找到问题，并持续改进和创新。
在过程监控中，一共分为四个步骤：
●生产过程建立
根据整车厂的生产特点，建立适合自己品牌特点的生产过程，保证生产过程安全，高效的生产出高质量的产品。
所以众多的整车厂在生产过程上都建立了晚上的标准和体系，保证每个生产环节的过程。
●过程实施（D）
严格按照设计标准实现生产过程，保证设备、环节、管理、人员、流程的准确和稳定，保证设计标准与实施结果的高度一致。
●过程监测（C）
✓生产过程监测包括生产过程实施中监控和生产完成监控，旨在检查生产过程中的是否满足设计标准。
✓对生产过程的运行数据进行保存，特别是超出设计标准的参数提供长期保存，从而分析原因和得出改进方案。
✓过程监测可包括：
生产过程环节监控，生产过程中的过程检验和试验，过程质量审核，为实施SPC和质量改进而进行的过程因素、过程数据的采集。
●过程改进
生产过程的改进是依托于生产过程监控中的采样。
通过大量的数据、采样、记录等形式，对生产过程中的实施状况、设计状况进行评估和分析，得出进一步改进的意见和方案。
1.2过程管控系统在整车制造中的意义
整车制造厂，具有自动化水平高、生产节拍快、生产工艺复杂、生产质量要求高等特点。
生产过程中过程管控系统标准平台对整车制造有着更重要的意义。
Ø整车制造过程自动化水平高，已经打破了传统离散式生产模式中，劳动密集型的生产方式，生产节拍快，而且具有大量的无人值守工位；在人员操作工位，劳动强度大，操作准确性要求高；这些要求都对生产过程管控系统有着强烈的要求。
过程管控系统现在整车制造中已经开始充当着必不可少的角色了，所以对过程管控系统的需求、对过程管控系统标准化平台的需求也会日趋强烈。
Ø整车制造生产过程复杂，工艺参数复杂，检验工序多。
每个环节、每个工序、每个操作步骤都有大量繁琐的操作，所以在生产过程的设计阶段，一些环节可能被忽略，需要在后期的生产过程中通过管理和监控，进一步完善过程设计。
一套完善的过程管控系统可以将生产过程中不容易发觉的细节暴露出来。
过程管控系统对设备、人员、流程、节拍等等因素的数据采集和监控，可以让生产过程中透明化。
再通过过程完善机制，可以使得整车制造过程更加合理。
Ø整车制造，生产节拍快，对各个系统的稳定运行要求高，所以众多品牌都建立自己的制造标准、过程标准、质量标准等等生产过程体系。
这样的系统是长期的生产过程积累后的产物，这些标准的形成过程过程管控系统起到了必不可少的作用。
在各大车厂标准不断升级时，过程管控系统为标准改进提供了数据依据。
1.3系统互操作标准在整车制造的展望
整车制造过程中，是一个庞大的、精密的、高速的严谨生产过程，需要人、设备、管理手段的无缝完美结合，才能高速、稳定、有效的生产出高品质的车辆。
整车制造行业生产过程需要经过数以万计的生产环节，每个环节需要控制的标准和参加也都不尽相同。
生产出高质量的车辆，需要每个环节的严格执行，也需要对人、机、物在生产过程中的监控管理。
在智能制造的未来前景下，生产过程不再是简单的自动化实现，也需要信息化、数字化、互联网的支持。
这些因素的应该都是在生产过程中，信息化和数字化的实现需要过程管控系统。
通过过程管控系统，可以为整车制造的智能水平提供到一个新高度，实现数据闭环、设备自制化、人员数字化管理、流程数字化、质量管理全面化等目标
2.整车制造过程管控系统标准化框架
整车制造在制造业中，一直处于制造水平的最顶端，是冲压、焊接、铆接、喷涂、组装、机械加工、输送等生产加工模式与一身的高端制造行业。
在整车制造过程每个传感器，每个加工设备，每个操作工人，都是整车制造过程的重要环节。
在整车制造中，各个生产环节之间通过不同的连接方式进行协作和交接，生产环节间也不断的传递着数据来完成生产过程的每个节点。
在整个整车制造过程中，每秒钟都会发生不同的生产工艺、每秒钟都会发生不同的加工要求、每秒钟都会产生不同的生产数据，这些数据和过程，都是过程管控系统需要管理和监控的因素。
通过建立过程管控系统标准验证平台，可以将现有生产过程中的数据进行统一化管理，从生产过程、质量因素、加工参数、人员管理、等方面进行监管，得到的数据和记录，是整车制造过程中综合化的生产过程依据。
通过过程管控系统，可以对整车制造的从前到后的流程生产过程，对从传感器到控制系统，从单个工位到整条生产线，各个环节和元素进行过程控制和管理，实现生产环节的全监管。
整车制造的整车厂，在生产过程中系统会涉及很多分类、功能和层次。
从操作流程看，所有系统可以分为三层，三层分别是：
设备层、人员操作层、系统层。
Ø生产控制层。
该层主要是生产使用的各类自动化设备，是智能工厂的基础。
由于整车厂的生产水平自动化水平较高，生产控制层的系统主要有
●自动化控制系统：
以PLC逻辑控制单元为主，控制各类系统的逻辑运行和生产自动化；
●数控加工系统：
针对一些汽车部件的自动化机械加工设备，同时可以实现自动化和远程化协同控制；
●自动化输送系统
●自动化加工设备系统
●机器人系统
●检测和测量系统等。
生产控制层系统主要是以自动化控制系统为主，过程管控系统可以通过设备控制单元、管理终端、数据接口对生产过程中设备运行的状况、加工参数、故障原因等信息进行管理和分析。
Ø人员层
该层面的主要针对非自动化工位，例如焊装分装工位、调整工位、品质管理工位，总装的装配工位、检测工位、加注工位等。
这些工位暂时无法实现自动化，过程管控系统主要管理以下信息
●人工操作设备状态、参数和故障原因
●人工检测质量信息
●人员操作行为信息，包括操作节拍、加工质量、零部件匹配、作业信息匹配
●生产过程请求
●作业指导执行反馈
以上信息，都可以通过传感器、管理终端等方式，将数据传递到过程管控系统中。
Ø系统层
系统层主要涉及整车制造过程中需要的整体性系统，例如质量管理系统、电泳系统、喷漆系统、排风系统、供电系统等。
这些系统作为一个整体，在生产过程中起着一定的作用。
在过程管控中，需要将这些系统也视为一个整体进行管理和控制。
主要包含的系统有：
●品质控制系统
●车身识别系统
●物料跟踪系统
●关键参数管理系统
三个层之间并没有明显的业务界限，层与层之间的在生产过程中不仅相互协作生产，也会将将生产过程中的数据进行传递，保证各自环节的生产过程的稳定和标准化。
3.系统过程管控系统标准因素
整车制造过程管控系统标准，是整车制造过程中与各个生产过程环节数据、记录、状况信息交互的平台。
这个平台是通过硬件、软件系统、接口等因素搭建而成。
各个因素之间的标准化后，过程管控系统的标准验证平台才可以搭建完成，在标准验证平台上，可以对各个系统之间的连接、数据传递、相互控制等组成部分进行标准验证，实现整车制造过程过程管控系统的标准化。
为整车制造的智能工厂提供系统基础。
3.1整车制造过程管控系统标准平台的硬件因素
整车制造中的各个系统环节的过程管控基础是硬件连接，通过硬件连接后，系统之间才能在信号、数据、控制等方面进行交互提供桥梁。
互操作性标准平台的硬件主要分为以下几个大类：
●通讯类
●计算机类
●终端采集类
●协议转换类
3.1.1通讯类
整车制造中，系统之间的互操作，需要将连个系统的控制单元或数据单元进行连接，进行必要的数据连接和信号交换。
稳定耐用的通讯硬件，是保证系统间信号交互和数据交换的基础条件。
通讯类硬件主要分为两类：
Ø以太网通讯类
在系统交互需要使用以太网的接口处，设备可以提供光纤和以太网RJ45接口接入，采用智能性交换设备，适用于恶劣的工业环境。
设备具有以下特点：
●网络类型：
可建立环形网络，适用于恶劣的工业环境。
●交换方式：
存储－转发
●端口类型：
光纤和以太网RJ45接口
●具有稳定的10V-36V稳定供电电源需要
为了提供产品稳定性，需要将设备安装在安装箱内，保证设备的防尘、防潮、防撞击等要求。
图二工业交换机
图三核心交换机
Ø工业总线通讯类
自动化系统中，使用的各类总线系统，来实现控制单元和执行单元的数据交互。
工业总线的高速和稳定，是自动化系统运行的保障。
自动化系统之间的互操作性实现，也需要总线的通讯方式。
标准化的总线通讯方式，可以大大降低系统间的通讯成本，提高系统间通讯稳定性，保证互操作性的稳定。
自动化系统间的信号传递，可以通过总线耦合器来实现，需要交换控制信号的系统，通过总线耦合器将各自的通讯总线进行连接，并将需要交换和相互控制的信号传递到耦合器中，进行数据交互，完成系统间的信号传递。
3.1.2计算机类
计算机类硬件是系统互操作性中数据交换和重要硬件，计算机类硬件不仅可以收集和存储系统间的数据和信号，还可以将对交换后的数据进行再次处理，实现系统内数据的转换。
Ø服务器
服务器用于信息化系统之间的互操作和数据交换，通过信息化系统间的数据库等数据媒介进行数据交换和保存，同时对采集到的其他系统数据在本系统内进行数据处理；服务器用于信息化与自动化系统的数据交换，通过专用的硬件采集接口和数据交换接口，可以实现数据交换和信号传递
●服务器是系统内核心部件，是处理和存储数据的平台。
●数据服务器采用磁盘阵列形式进行数据冗余备份。
●服务器CPU
●多通讯接口
●专用服务器硬盘
●冗余电源
●机架式、塔式、刀片式
图四服务器
图四服务器
Ø计算机
计算机是系统中重要数据交换媒介和接口，在数据采集和信息交换频繁的整车制造现场，需要计算机承担起更重要的数据交换和采集工作。
计算机在整车制造互操作性中，除了传统的台式计算机外，还会使用到工业级计算机、工业一体机等
●工业级计算机
工业计算机与传统计算机不同，具有更高的防护等级、低功耗、散热低等特点，非常适合整车制造环境。
图五工业级电脑
●工业一体机
工业一体机是讲触摸屏、计算机整合在一体的硬件方案，可以适合现场恶劣、安装控件狭小的环境。
可以在多个系统间进行信号传递和互操作。
图六工业一体机
3.1.3终端采集类
终端采集类硬件涉及的类型非常广泛，主要分为以下几个方面：
Ø人员呼叫单元
人员呼叫系统主要应用在人工工位中，主要功能是在人员发生生产问题时，可以通过呼叫单元将故障、问题、状况反应处理，从而及时处理。
●呼叫按钮
●呼叫拉升开关
●呼叫触摸屏
呼叫按钮
拉绳开关
Ø信息采集终端
信息采集终端主要是在生产过程中进行信息跟踪的采集手段。
在整车制造过程中，车身的唯一身份标示是RFID、条码这样的信息存储方式。
所以在过程管控系统中，需要实时了解车身的当前状况和加工情况。
信息采集终端主要分为以下两个类型:
●条码设备。
在整车制造过程中，条码是非常常用的一种信息存储的模式，而且成本低，可使用率高。
条码需要安装在车身上，通过自动或者手动条码扫描设备，在指定工位上，可以将车身信息读取出来，与当前工位的操作信息、加工参数、安装零部件信息与车身信息进行绑定。
手持扫描设备
自动条码阅读器
ØRFID
RFID近几年兴起的一种信息标示方式，相比较传统的条码有很大的优势：
储存信息量大，可重复使用，信息安全，防护等级高等特点。
这种技术已经广泛的使用在整车制造过程中。
RFID读写头
RFID载码体
手持RFID读写器
3.1.4协议转换类
不同系统中，有着不同的通讯协议，所以需要协议转换硬件转换后才能进行数据交换。
各种协议之间都可以通过协议转换硬件进行转换，完成数据交换。
3.2整车制造系统互操作性标准平台的功能因素
过程管控系统的在整车制造中，最重要的应用方式是监控生产过程中的车身生产状况、加工工艺、零部件匹配程度等信息。
这些信息的采集，都需要与车身信息进行绑定和组合，这样过程管控系统就可以实时的了解生产过程，对生产过程进行管理、监管、控制和分析，
3.2.1系统总体结构
如上图所示，在整个车间生产设备的自动化控制系统中，采用“集中监测、分散控制”的典型控制模式，依据这一原则，将整个车间生产设备的控制系统分为二级网络。
电控系统使用基于车间工艺自动化控制系统的基础上，结合目前国际、国内自动化水平和工程制造行业的实际运作方式，选择在业内应用成熟、技术先进可靠、功能实用的控制方式与控制设备。
这个系统以稳定高效为基本原则，配合工艺自动化系统，将生产队列与车身信息相结合，及时指导和反馈现场车身和生产情况，实现每个RFID读写站的准确工作。
●建立在高速以太网基础之上。
●整个系统的数据实时、高速共享。
●信息系统数据分布式存储，业务数据自动汇总、分析计算。
●所需信息通过现场PLC控制系统反馈给网络。
初始数据可以通过网络导入或者人工录入。
3.2.2系统供电结构
系统关键设备通过UPS不间断电源供电，保证设备运行可靠。
如上图：
✧控制计算机、服务器、触摸屏均采用UPS供电，保证供电连续性。
✧PLC、RFID读写头通过稳压电源供电，保证供电平稳。
3.2.3系统数据：
数据系统流向图
Ø系统数据通过网络实现高速的数据共享。
Ø数据的访问同系统的安全体系结合，限制访问权限，保证数据的有效访问。
3.2.4系统安全方案
Ø系统物理安全：
A．控制机安全：
所有应用PC均采用以下防护措施
✧IP54等级现场防护箱，防止外界环境的破坏；
B．网络设备安全：
所有网络交换设备均通过UPS集中供电，保证通讯安全。
C.供电系统安全：
供电系统采用集中供电，通讯设备、控制机、等重要设备采用UPS稳定供电。
Ø统数据安全：
为了保证系统数据的存储可靠，从物理层已经作了完善的防护措施，在数据层上通过建立完善的数据备份机制来实现数据的长期可靠有效。
✧数据集中存储，防止出现版本错误。
✧数据存储前进行校验，保证数据的有效。
✧数据定时自动备份，自动建立备份版本，生成日志记录。
Ø系统灾难恢复
✧操作系统恢复：
控制机操作系统在安装完毕后建立系统盘镜像，当系统出现故障后以最快的速度恢复系统。
✧系统软件：
所有的应用软件均安装到系统盘，同系统一同建立磁盘镜像，出现故障后采用镜像文件恢复。
✧系统程序：
系统程序存储到非系统盘，并做到异地备份，在程序出现故障时可以进行快速恢复。
✧系统数据：
系统数据库按照设定（每日、每周、每月）自动进行数据的差异备份和数据整理。
备份文件做到异地存放。
当系统数据库出现错误时可以在最短的时间内恢复数据，保证关键的数据不会丢失。
3.2.5AVI系统功能
AVI系统是种充分利用生产信息指导现场操作的车身管理系统
AVI系统通过现场RFID，将车身信息写入车身信息载体，通过车身信息指导人员和工艺设备生产，更加高效准确的完成生产任务。
✓获取直接订单信息，指导工艺流程生产，准确及时完成订单任务
✓获得高效高质量的产品
✓确保每个工艺的质量
✓系统可以指导自动化设备准确高效工作
✓系统能够持续的促进安全、质量、效率、成本的改进
✓系统作为生产指导，及时更新生产信息，使生产与订单直接挂钩，提高企业竞争力
AVI系统提供如下的功能：
a）RFID读写
Ø通过生产队列写入车身信息
Ø读取车身信息指导工艺
Ø手持设备及时修改问题车身信息
Ø清空流转至下步工序载码体中信息
b）车身识别：
在需要识别车身信息的工艺，例如机运系统分道处，进入机器人工作区之前，车身存储区等，利用车身上的信息指导工艺进行。
c）历史数据及报表查询
Ø生成支持生产改进和提升的图标和分析走势。
Ø汇总历史有效数据
Ø具体报表样式根据双方商定后确定
d）服务器功能
Ø保存AVI系统获得的所有有效信息
Ø为其他系统提供数据接口
ØAVI系统程序运行
ØAVI参数设定：
包括服务器时间、生产节拍、车身信息、生产队列设定等，并对以上数据进行保存和查询
ØAVI系统状态监控
Ø现场PLC信息获取，生产状态监控
e）条码扫描
Ø在车身信息获取处，通过获取条码信息，将条码信息获取到系统内，然后通过获取系统将车身信息写入RFID中。
3.2.6大屏幕显示功能
每个大屏幕显示根据现场采集信号，可轮循显示生产计划信息、生产状态信息、其他自定义信息。
生产计划可显示内容有（如上图）：
Ø计划产量：
由生产管理人员手工批量导入当日计划。
Ø当班产量：
由生产管理人员手工批量导入当日班次产量。
Ø节拍产量：
节拍产量=（当班经过时间/当班总开动时间）×当班产量。
Ø日累差值：
当日累计差值=当日白班的“当前差值”+当日夜班的“当前差值”。
Ø当前差值：
当前差值=当前实际-当前计划。
Ø实际产量：
为当班的实际产量，从PLC采样得到。
Ø时间显示：
24小时制显示时间
Ø滚动文字显示：
在信息提示区滚动显示文字信息。
生产状态可显示内容有（如上图，内容仅供参考，内容根据实际样式定制）：
Ø当前上线车身信息：
通过进入涂装车间入口处的RFID读写头，获取当前上线车身信息。
Ø下线车身信息：
从涂装与总装交接处的RFID读写
Ø涂装车间流转车身数量：
统计显示在涂装车间内流转的车身数量。
Ø大修车身数量：
统计显示大修过的车身数量。
Ø存储区存储数量：
统计显示存放在存储区的车身数量。
Ø显示车身节拍：
显示车身上线和下线的间隔节拍时间。
Ø设备开动率：
实际运行时间／理论运行时间，百分比显示。
Ø生产差：
计划产量和下线车身实际产量之间的差值。
其他信息显示：
可由用户选择显示宣传标语、文字、图片等信息。
但由于显示屏分辨率所限，图片显示会根据实际大小进行压缩，我们会对于该情况进行定制功能开发。
3.2.7系统设置
Ø系统时间设置：
设定这个系统的标准时间。
Ø计划产量设置
1.手工操作：
在系统界面中人工录入指定日期的计划产量数据，并保存至数据库；修改已保存至系统的计划产量数据；删除已保存至系统的计划产量数据。
2.批量导入：
通过表格形式，将已经整理好的计划产量数据批量导入系统中，并进行保存。
Ø班次设置：
设置班次的工作时间和班次名称。
Ø接受短信人员设置：
对接受短信的人员进行分组和电话号码设置。
3.2.8现场监控
通过PLC信号同步的监控现场各个控制点的状态
3.2.9消息发布
用户可以通过录入改变大屏幕显示的滚动信息。
3.2.10生产图表
表格制作方便、灵活，数据存取安全、快捷，报表具有一般表格的基本操作，如单元格的字符、边界以及行、列等属性设置，还可以显示BMP、JPG、GIF等位图文件，并可以将表格的某一区域的数据形成曲线、棒图、饼图，从而使您的表格更加形象、丰富，图文并茂。
报表可以直接从数据库中随意提取所需要的数据，形成表格。
通过生成SELECT语句或存储过程数据源模板，并定义到报表各单元格，从而形成最终报表。
双方根据分析和统计所需要的图表样式，制定规范合理的图表形式，通过到处EXCEL、打印等形式传达。
3.2.11用户权限设定
系统按照用户级别分为系统管理员、工艺管理员、现场操作员，数据浏览用户，系统根据不同的用户级别分配系统的权限，系统显示程序修改时需经过用户权限校验，防止非法用户操作系统数据，防止数据错误。
Ø系统管理员：
可以进行全部操作
Ø工艺管理员：
可以进行生产信息的设定和一些系统设定
Ø现场操作人员：
可以对现场载码体上的车身信息进行修改和补充
Ø数据浏览员：
仅可以浏览报表和图形分析数据
3.2.12防错机制
由于在实际生产中，复杂条件和人为干扰，可能对车身识别系统的现场RFID读写头和占位开关产生影响，所以有效的防错措施是数据准确性最好的保证。
以下是针对不同可能产生干扰的防错措施：
Ø写信息防错：
获取站点占位信号后上位系统给PLC开始写入数据信号，若在指定时间内没有获取到写数据完成信号，再次发送开始写数据信号，反复三次不成功后，上位报警，通过中控室屏幕显示和短信发送形式通知，人工到现场通过读取条形码信息，使用手持RFID设备将信息写入载码体。
Ø读信息防错：
获取站点占位信号后上位系统给PLC开始读取数据信号，若在指定时间内没有获取到载码体信息，再次发送开始读取数据的信号，反复三次不成功后，上位报警，通过中控室屏幕显示和短信发送形式通知，进行人工干预。
Ø存储区防错：
存储区倒出所需车身，是通过上位系统给PLC两个信息：
车身所在存储链和链上所在位置。
PLC通过第一个信息确定链所在位置，以计数形式确定所在位置。
为了防止各种干扰对计数的准确性，制定以下防错措施：
当获取占位信号以后，判断车身的输送信号是否按照设定好的步骤反馈，若连续的几个车身输送信号获取顺序正确，即完成一个计数；否则需要人工干预，进行手工放车。
Ø喷涂机器人信息确认：
防止喷涂机器人操作错误，在为机器人提供数据的站点，除了载码体信息读取，还需要人工通过车身信息与生产队列的比较信息确认后放行生产。
通过以上
3.2.13路由规则
在编组区前对车身进行编组，编组规则为颜色或者车型编组。
Ø路由规则：
在管理系统中设置每个编组区每一个存储道的编组规则，可以按照颜色或者车型进行编组。
规则设定好后下发给机运PLC中，有PLC进行执行。
由于同一车型存储道内停满，则规则双方商定。
Ø路由执行：
由管理系统进行信息下发，由PLC系统按照当前的设备状态进行执行。
Ø特殊方式处理：
可以手动对控制界面进行车辆手动控制、冻结、临时编组规则修改等。
Ø存储区管理：
可以实时获取显示进入和出离存储区的车辆信息，并对车辆的信息状态进行查询，同时可以实时了解每个存储区的车辆信息。
同时进入和离开存储区的路由规则可以根据管理系统进行设置，可以实现按颜色和车型的道次存储。
Ø
Ø滑橇管理：
是指在合适的地方移去空的滑橇以便修理和清理。
在车身管理系统中提供所需的橇体循环次数、维修信息。
底漆、面漆滑橇带有数据载体。
数据载体为非接触式修改数据载体的内容的方式，根据工艺要求布置读写站，以便控制系统根据数据载体的内容控制物流自动化和喷涂设备（如：
自动喷涂机）的协调操作等。
Ø颜色分配：
在监控计算机控制系统中安装涂层表格，按照生产计划自动实现颜色的分配，或操作人员能方便组织颜色的分配。
通过这个表格，车身在进入涂装车间时就能按指定的颜色进行分配。
颜色内容予以纪录并传送到相控制系统的可编程序控制器（PLC），同时在涂装车间的上件转挂工位通过信息捕捉系统予以确认并写到滑撬数据载码体内。
Ø安装方式：
滑橇安装：
吊具安装：
升级会员 