發動機裝配線上的信息采集技術

傳統發動機裝配線大多采用手工方式記錄裝配過程重要參數，不僅效率低，而且容易產生錯誤，不便于管理。道依茨一汽（大連）柴油機有限公司在發動機裝配線上采用了完善的信息采集技術，減少了產品不合格率和生產線停臺等，使產品質量具備了可追溯性，可及時獲得質量改進和反饋信息，發動機裝配質量大幅提升。

傳統發動機裝配線大多采用手工方式記錄裝配過程重要參數。目前，多數國內發動機制造廠使用一種紙質跟蹤卡片，每一臺發動機上裝配線前根據不同型號選擇不同的紙質跟蹤卡片，或用一種通用的紙質跟蹤卡片以菜單形式由操作者記錄不同型號發動機的控制要點，跟蹤卡片固定在發動機上或裝配托盤上。這種方法往往由于工藝流程長并且每個記錄由不同的操作人員負責，導致發動機裝配記錄準確率低，并不易保管和統計。隨著汽車召回法規的實施，汽車廠和發動機廠實施裝配信息采集技術更加迫切。據我們了解，國內的設備制造商和軟件公司完成整個裝配線的信息采集系統經驗不多。本文結合道依茨（一汽）大連柴油機有限公司規劃設計的裝配線，重點介紹生產線數據采集系統在裝配線的現場實際應用。

裝配信息采集技術規劃

在裝配線規劃前，我們考察德國一家工廠裝配線信息系統，這個工廠產品主要銷售歐美市場，為滿足美國及歐盟召回法規規定，裝配線上采用了完善的計算機數據采集系統和信息管理軟件，建立每臺發動機終生質量信息檔案。點擊該發動機的終生質量信息檔案可以清楚地看到：發動機的零件清單、零件的供應商、每次質量改進零件狀態、發動機維修圖、工序操作者代碼、裝配線工位測量記錄以及售后維修記錄等，全部信息都集中在該公司的ERP系統上。我們在該公司看到有兩條流水線，一個是發動機裝配流水線；另一個是通過ERP將銷售、產品、標準、生產、工藝、質量和服務聯系起來的管理流水線。

在國外工廠方案的啟發下，我們在裝配線規劃時提出了使用裝配信息采集技術來保證裝配質量。規劃方案包括PLC總線網路、數據采集系統、生產線信息系統和ECU數據管理系統（見圖1）。

1．PLC總線網絡應用

PLC總線網絡是裝配信息采集系統的基礎，全部的基礎數據來源于該系統。我們的PLC總線網絡采用現場總線區域控制方式，通過現場分布I/O統一控制裝配線的運行及完成各工位間的通信。為實現自動數據采集，裝配線每個托盤帶有一個數據碼塊，在需要有自動記錄數據的工位裝有無線讀寫頭，托盤的數據碼塊和無線讀寫頭只要在一定區域即可以實現無線通信，數據碼塊信息定義在發動機上線時，定義的內容來源我公司ERP系統開發的標題文件，托盤碼塊定義數據格式如表1所示。

在自動工位通過讀取托盤碼塊發動機類型代碼（表1中第1項），設備自動調用針對該型號發動機操作子程序完成發動機自動裝配。對于需要上傳質量數據工位也是通過數據碼塊將發動機流水號（表1中第4項）與對應的質量數據進行關聯并上傳。專用的測量工位我們一般使用光柵尺傳感器或扭矩傳感器，先將測量數據傳給上位計算機，上位計算機通過專用軟件處理后以標準通信協議發給PLC。發動機裝配生產線電氣系統由13臺Siemens PLC300組成，這13臺PLC組成PLC控制網絡（見圖2）。

PLC采集發動機參數值儲存在DB模塊上，通過DB模塊傳給數據采集系統服務器，兩個系統通過ISO3964通信協議進行信息交換。

2．數據采集系統應用

數據采集系統是實現對裝配生產線13個PLC進行監控的計算機服務器。系統用以太網方式與13個PLC連接，完成裝配線上的信息采集、工位監控等功能。編程軟件是在西門子公司WINCC基礎上二次開發的，整線監控畫面（見圖3）是對整個生產流水線的圖例，可以了解所有工位的當前狀況。

該系統可以隨時以發動機流水號或生產日期等不同方式檢索發動機的質量記錄，也可以對系統采集的任意一組質量數據進行統計和分析。每天質量記錄定時用數據庫文件形式上傳給我公司的售后服務器，對于有權限的用戶可以使用遠程網絡進行數據查詢。

3．生產線信息系統應用

發動機生產線信息系統是生產線信息處理和控制的軟件系統，系統不但具有對數據采集系統的數據進行處理的功能，還實現了生產訂單的管理，發布電子工藝卡功能。系統主要實現了基于B/S結構的信息發布和管理功能，所有數據處理、任務控制等都在生產線信息系統服務器上實現。在生產線的兩側，有20個可以發布生產線信息的終端PC機，每個終端PC通過獲取生產線信息服務器上的信息，顯示本地工位上的電子工藝卡和安裝部件信息。

系統通過企業ERP網絡接收生產訂單、對應機型電子裝配工藝卡，信息的發布過程是由生產線PLC傳遞的機型為索引進行對應發布，圖4所示為一個工位的電子工藝卡。操作者從電子工藝卡上可以了解到發動機的訂單號，裝配的零件數量、名稱和技術要求等信息。數據采集系統服務器、發動機生產線信息系統服務器及每個工位PC之間在裝配過程中都需要按設計的步驟進行信息交換。圖5所示為兩個系統和工位PC的網絡拓撲關系。為保證控制數據傳輸的穩定性，數據采集系統服務器與發動機生產線信息系統服務器之間通過網絡對接線反線連接，從而使發動機生產線信息系統服務器與數據采集系統服務器及PLC系統的數據具備交互功能。

4．ECU數據管理系統應用

ECU數據管理系統是服務于電控發動機生產的重要系統，硬件是ECU數據管理服務器及ECU編程電腦。ECU（Electric Control Unit）是發動機中央控制的核心部件，需要裝配過程中采集部分裝配數據來補償ECU的相關參數。我們的ECU有3個型號滿足不同需求的發動機，每個系統都有不同的補償方法，補償數據寫入ECU可以使發動機達到性能的最佳狀態。發動機上裝配線時進行ECU類型定義并寫入托盤數據碼塊中。表2是ECU類型定義表和數據補償信息的分類。

數據補償信息來源于生產線上的數據采集系統和PLC交互的數據，同時在系統中保存對應機型的生產文件列表和生產文件，生產文件是一種寫入發動機ECU專用程序，一旦發動機進入監控工位，系統自動從數據庫中取出已經采集完成的補償參數據，并結合發動機流水號、ECU生產文件名生成ECU所需格式文件。不同系統的ECU格式文件后綴不同，系統根據文件后綴差異將格式文件分配不同文件夾內。我們生產線設有5臺ECU編程電腦，不同型號ECU使用不同的編程電腦。ECU服務器和ECU編程電腦采用微軟平臺映射技術，操作工人可以在ECU編程電腦獲得服務器上映射生產文件和格式文件，并用ECU寫入軟件將補償信息和生產文件寫入ECU電控單元內。數據寫入成功后，與該數據對應的補償文件自動上傳到企業的售后服務器。

結語

由于道依茨一汽（大連）柴油機有限公司在發動機裝配線上采用完善的信息采集技術，通過與生產設備、控制系統集成，下達指令、獲取數據，充分發揮了先進設備的功能。并通過與其他信息系統集成，進行信息交互，消除孤島，形成了系統集成的平臺，減少了產品不合格率和生產線停臺等，使產品質量具備了可追溯性，及時獲得質量改進和反饋信息，發動機裝配質量大幅提升。