工控技术为汽车工业带来成功解决方案

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戴姆勒·克莱斯勒先进制造工程(AME)控制/设备安装工程经理Julian Joe称，具有超过250台机床、物料输送、连续生产线和其他设备，新印第安那变速器二厂(ITP2)的开发是一个真正的挑战。该工厂的不同机床工具和其他设备要在全球不同国家建造。

        克莱斯勒集团在Kokomo、Indiana有三个变速器厂，ITP2生产W5A580，一种被设计用于包括克莱斯勒300(Chrysler 300)、道奇Magnum (Dodge Magnum)和吉普大切诺斯(Jeep Grand Cherokee)等各种汽车的后轮驱动变速器。ITP2于2003年6月投入生产，很快就达到了产量目标。

        在ITP2生产厂的设计阶段，向40余家机床供应商提出了一系列复杂的性能和数据传输要求。对于每一种加工操作，都要达到特定的目标。

        在Kokomo另外两个现有的克莱斯勒集团变速器厂，大多数机床具有(非网络)CNC或PLC车载控制。基于来自其他工厂的输入，AME就控制技术、以前与供应商的经验、操作员界面公共需求、质量控制系统和ITP2连通性要求的起草了一份白皮书。西门子能够在其Transline系统解决方案中实现克莱斯勒集团的要求，得到了达到Transline全球标准和克莱斯勒集团工厂规范要求的ITP2工厂系统解决方案。

        同时，AME小组在实地考察之后，对NAG1的现有硬件的核心力量进行了评估。如AME控制工程师Kulraj Randhawa指出，“至于我们在ITP2的目的，每个人都赞同连通性是关键，还有我们开始认识到在所有控制中需要一种公共PC前端。这一结论是由于我们人员分布策略和灵活性要求使然， NAG1的协议或者我们在另一个Kokomo工厂的经验更是如是。”

        工厂的各种机床、连续生产线、机器人和其他物料传输设备要求有约160个CNC和400个辅助PLC设备。按照Julian Jo的说法，指定控制规范中最重要的一点是“开发一个尽可能全面的操作整体框架，以确定机器制造商(machine builder)是否可能采用公共显示语言和屏幕。”

        在一个非常耗时的项目中，AME分离了ITP2的所有规范和功能性，达到所有操作员界面的公用性。

        然后，给每一个机器制造商选择控制提供商的选项。如Joe观察到的，“我们越回归到公共控制机制的概念，我们就越得益于西门子和其Transline系统解决方案。然而，在这个过程中，我们并不要求在任何时间对任何机器制造商进行控制。”他强调说。西门子提供了基于web的Sitescape技术，以向机器制造商更好地传递所有信息，特别是变化信息，他们的机器将最终在ITP2的工厂进行通信。

        与西门子客户项目经理Gary Bash一同工作，AME工程师制定了一个针对所有机器制造商的分阶段执行计划，包括对流程中机器的现场检视。控制供应商为克莱斯勒集团和机器制造商，就如何最佳实现特定CNC、PLC、发动机和驱动装置，加上Profibus组网和数据传输硬件，提供了使用选择、设计期望、技术和应用建议。AME为执行计划流程指派了四名全职工程师。

        如Joe的观察，“能从西门子工程师得到专家建议使我们员工更出色，并建立了信任。尤其是让Gary和其在德国负责同样事务的Klaus Kasperuk作为我们和这个项目涉及的数十个builders之间接口人大有帮助。”

        Transline是一种汽车应用，提供由西门子开发的在普通结构中集成如铣、车、镗、磨、组装和测试等动力传动系统制造功能的系统解决方案。基于其Sinumerik CNC和Simatic PLC平台的车载功能，西门子Transline采用了普通硬件和软件组件，以及在所有机床和其他设备中的HMI。这样ITP2所有40个机器制造商可以使用一种PLC编程工具和标准编程语言。如AME的Joe证实的那样，“这一系统使对ITP2操作人员和维护人员的培训更加容易，他们操作机器的效率更高并大大缩短学习时间。”

        由于机床是在多个国家的工厂生产的，2002年5月在斯图加特西门子办公室举行了一个项目研讨会，克莱斯勒集团和所有机器/设备供应商有代表出席。研讨会上审察了所有变化，并最终确定了整个控制机制。如Bash指出的，“西门子不得不符合克莱斯勒集团和北美汽车标准。我们的主任工程师之一Andrew Grimshaw几乎访问了所有机器制造商，以解决机器之间的通信问题。”

        随后克莱斯勒集团和西门子工程师进行了数次现在旅行，以审查最终建造阶段和首次亮相展示。

        “2003年早些时候，随着机器运至Kokomo，”Joe说。“我们按文字说明插入，它们都可以一同运行。我想当交响乐指挥听到所有乐器演奏同一张乐谱时，他也有同样的感觉吧。”他解嘲地说。

        ITP2的工厂经理附和了这一观点。“这是克莱斯勒集团历史上最成功的新工厂启动，尽管建立这样一个协同生产格局有很大挑战。” Ed Vondell说，他也指出其团队所接受的培训是他们能快速达成生产目标的关键。

        “由于我们已考察了欧洲正在进行的项目，Transline系统解决方案所需要的学习时间很短。”Joe补充道。“这使连接‘bingo’板与区域控制器和信息高速公路上的主机服务器更加容易。”为了更便于工厂启动，西门子不仅在ITP2工厂，而且在提供大部分设备内容的机器制造商中也有现场工程师。其中包括Heller、ICA和Gleason。

        机器/设备/控制供应商之间的密切合作，DCS AME工程师和ITP2员工得以按时在预算内交付所有系统组件。

        在ITP2厂区，铸铁、钢和铝被加工组装成W5A580变速箱。从像车幅一样的卫星工作单元送料，中间件被运送到集中组装区，在这里进行装内外壳的最后组装，压力/泄漏测试并传送至集结区。在集结区，扫描标识每台变速器特定型号目的地的栈板条码。然后，产品被包装并发送至的适当的工厂进行车辆安装。

        如制造工程经理Dan Cornell所细述的，ITP2有五项操作原则。“我们对操作人员提供支持，尽可能地标准化，在针对“bingo”板上“go/no-go”执行红/绿二进制通信协议，保持简化的中央组装策略以缩短人员移动的距离，最重要的是依赖于我们技术的持续改进使工厂保持最大效率。”

        工厂设施的质量控制和工具变化哲学似乎一直持续进行。克莱斯勒集团控制工程师Rich Schrauben和Yancy Laubsch以及模具工程师Dean Bazata证实了这一事实。Rich负责铝加工部分，而Yancy掌管着钢齿轮和轴的加工部分。

        Schrauben对于其厂区内Transline的评价是，由于不同的机器为PLC进料，要花些时间学习不同模块和程序，但Sinumerik 840D (CNC)公共控制使从一种机器到另一种机器的迁移更为容易。他嘲解道，西门子控制的编程灵活性和开放结构，给同一编程模块中组合不同语言协议带来无数种可能。当合并源代码文件时，特别是如果做了什么变化时，确实带来很大挑战。

        Laubsch对这一观点表示赞同。他没有负责过西门子控制系统，他从ITP1来到ITP2，在那里他主要与其他制造商工作。他列举了西门子PLC、CNC和Profibus现场总线的直接集成。“由于Profibus系统很简单，很少出现硬件I/O问题。”他还指出，就操作识别和故障发现解决而言，通用Transline HMI显示屏性能极好。

        Laubsch提到了一个随着机器开始从机器制商处运抵时，其团队面临的特殊挑战。“所有机床都规定了梯形逻辑。我们的电子技术人员了解所见到的产品时有些困难。”虽然他又说替代产品马上就发送了。

        “我们的操作人员对于Transline系统解决方案做出了正面的响应，由于在我们的厂区有近100种机器和辅助设备，只有几种在系统中。”西门子也提供了该一部门中大多数机床、旋转分度器和热处理设备的驱动和发动机一整套方案。

        由于Dean Bazata关注的是ITP2中的模具，他从不同角度对Transline给予了评价。他对GE Fanuc和Allen-Bradley控制系统有丰富经验，但对西门子了解甚少。

        “从一开始我们就注意到培训时间缩减了。通用显示屏给予我们操作人员很大的厂内灵活性，由于他们大多数都可以轻易地操作数种不同机器。”

        他描述了工具变化的流程。“克莱斯勒集团设计听取了我们关于成本改进或其工程师如何开发更经久耐用的解决方案方面的建议。然后各种变化通过制造工程再到我这里。我们会审查变化，如果同意就会实施。这些变化可能涉及材料、速率、供料速度、模具形式，甚至是编程工具。由于PC的前台和特别是西门子HMI非常使用，这使变化执行容易得多。”