GEFanuc工业网络系统助力奇瑞实现发动机的澎湃动力

应用背景
奇瑞汽车有限公司成立于1997年，由安徽省及芜湖市五个投资公司共同投资兴建的国有大型股份制企业，坐落在水陆空交通条件非常便利的国家级开发区――芜湖经济技术开发区。公司于1997年3月18日正式破土动工，至2003年3 月，已全部完成一期至二期投资建设，占地面积130多万平方米，总投资41.52 亿，现已经形成年产40万台发动机和30万辆整车的生产能力。三、四期工程正在建设中，预计四期工程都完成后，奇瑞的产能将达到100万辆。轿车厂、发动机厂生产设备均达到并超过世界先进水平。

奇瑞发动机公司始建于1997年，现由发动机一厂、发动机二厂、产品工程部、质量保障部、制造技术部等组成。2005年3月28日，奇瑞发动机二发启动及首台发动机点火仪式在奇瑞第二发动机举行，从而实现中国在主要零部件自主研发上“零”的突破。发动机二厂产品技术、生产线设备主要由国外成套引进。发动机二厂生产线设备由德国Cross-Huller、Heller、Gerhing、Junker、Mauser 等世界一流厂家提供，采用Hommel 和Marposs 量仪和检具，装配线设备由意大利Comau 公司提供。在一期中，共计有六条加工线和一条装配线：
——缸体生产线和连杆生产线是由德国HUELLER-HILLE GMBH 承包的交钥匙工程，全部选用进口先进设备，整线由18台卧式加工中心和相应的辅机组成的柔性生产线；
——框架体生产线由9台立式加工中心和2台卧式加工中心和相应的辅机组成的柔性生产线。设备品质世界一流，是一条柔性极强的半自动生产线；
——所有缸盖均为铝合金材料，具有良好的散热及工艺性能；采用四气阀双顶置凸轮轴配气机构，多款发动机采用了世界一流的CBRVVT、DGI 及TC/TCI 技术，具备优良的性能参数；
——曲轴生产线是一条适合于多品种曲轴加工的柔性生产线；
——NEF1 装配线是一条10种产品共线的柔性装配线。由意大利COMAU 公司总承包供货。纲领分两期，一期12 万，节拍90S；二期20万，节拍54S。整线分缸盖分装线、活塞连杆分装线、短发动机装配线、长发动机装配线。

对于总计有100 多套CNC 和PLC 设备的发动机二厂来说，一套功能完善的工业网络系统对于提高整个工厂运营的需求也就呼之欲出了，在此基础上，GE Fanuc 承接了发动机二厂工业网络系统的整体实施工作。

客户需求
奇瑞发动机二厂包括全厂由缸体、框架、缸盖，连杆，曲轴，凸轮轴，和装试等七条生产线组成。设备类型有Siemens 840D CNC，s7-300 PLC，MAZAK 640M CNC，FANUC CNC 和以PC 为主的检测设备，控制设备数超过100台。除装配线之外的其它六条线的网络系统都在此次工业网络系统范围之内，装配线系统由其本身的供应商自己集成。

每条生产线都需设置线端工控机，采集并管理本线的生产和报警信息。此外在发动机二厂办公室区域还需设置中央监控室，放置厂级服务器，此服务器与线端工控机（包括装试线工控机）需要通过以太网相连，采集所有现场设备的必要数据，进行数据集中管理。服务器集中管理生产现场各种工艺加工设备，并将各线工控机的数据采集上来，服务器向下通过以太网接口将整个车间连接成网络。需要实现的功能主要包括：生产线状态、机床状态、零件统计、报警分析、生产效率分析、数据保存等。

解决方案
1 系统概述
奇瑞发动机二厂的工业网络系统覆盖了缸体、框架、缸盖，连杆，曲轴，凸轮轴等六条加工线以及连接装试线的生产监控系统，GE Fanuc 所承接的工业网络系统项目包括需求分析、详细设计、系统开发、设备采购、机柜制造、现场安装、系统调试、项目培训和文档开发。
GE Fanuc 实施的工业网络系统是建立在GE Fanuc 的Proficy 软件模块和历经考验的控制技术基础上的，该系统具有一个分布式的客户机/服务器体系结构。网络中的不同服务器节点不需要额外的配置或编程、就可以共享数据信息。从用户的角度来看，整个系统（包括网络、服务器节点和终端）是一个虚拟的完整系统。系统结构如下图所示：

工业网络系统硬件上采用两层网络结构，顶层的企业&数据库服务器采用TCP/IP 以太网将各生产线的数据采集站、操作员站、LED 显示板相连，并同时与整个车间和办公以太网进行连接，使所有支持以太网接口的终端构筑在同一平台上，保证数据传输的通畅性。第二层通过生产线的数据采集站也采用TCP/IP 以太网向下连接各生产线上的CNC、PLC和检测设备。
——企业&数据库服务器位于中央控制室，负责存储从各生产线上采集的数据，以及设备监控画面的开发，报表开发及质量监控。
——线端数据采集站，负责采集并管理各生产线的生产和报警信息。在六条生产线上均设置线端数据采集站。
——维修计算机用来对企业&数据库服务器上开发的画面进行浏览，为维修工作人员提供参考数据。

2 系统数据流
工业网络系统软件平台基于Microsoft  Windows 2003/2000 操作系统，采用GE Fanuc 的Proficy HMI / SCADA –CIMPLICITY 软件，以完成采集现场设备层的数据的任务，并将这些信息通过SQL 2000 数据库进行存取，用以进行数据处理和报表查询。系统数据流如下图所示：

3 系统网络设计
奇瑞发动机二厂主要生产和装配发动机部件，生产厂房为单层结构，因此布线系统主要包括厂房内连接每个生产工艺节点的环形光纤骨干，厂房内从每个生产工艺节点到最终工控设备之间的超五类屏蔽双绞线。GE Fanuc 采用的设计思路和网络结构完全依据上述要求，力争使系统配置更具超前性，并且更加合理和经济。
奇瑞发动机二厂工业网络主要为独立的生产工业网络，主要提供各生产设备的通讯连接，其应用特点是通讯量有限，但是可靠性要求比较高，同时网络设备的安装环境和工作环境相对较差，工作温度范围大，电磁干扰强。因此，对网络设备的要求与普通的网络设备不同。
工业网络的整个布线系统只提供数字通讯，网络连接为100 Mbps，端口采用标准8 芯RJ45 插口，采用超五类插座用于百兆数据传输连接。车间骨干网络采用光纤环形拓扑结构，使用HIRSCHMANN 的RS2 工业交换机，形成完整的HIRER-RING 拓扑结构。车间设备的分支网络采用Allied Telesis 交换机组成，这些网络交换机分布在发动机车间各生产线，机床设备中的CNC 和PLC通过双绞线连接到附近的交换机。

4 工业网络系统功能介绍
工业网络系统从功能上讲，包含了以下六大功能：
——设备联网
——生产线和设备监控
——产量记数
——OEE和停机时间统计
——SPC管理
——统计分析报表

4.1 生产线设备的联网
奇瑞发动机二厂的生产设备中由于控制设备的品牌较多，控制接口协议也不统一，并且有一些非标控制器设备（如测量设备），而且生产线设备的联网对于系统的成功关系重大，针对这一现状，GE Fanuc 在系统中就不同的设备采用了不同的通讯方式与OEM 设备进行通讯。设备种类包括：
——MAZAK CNC设备
——FANUC CNC 设备
——SIEMENS CNC设备
——SIEMENS PLC 设备
——SPC测量装置

4.2 生产线和设备监控
实现图形化的方式，动态显示车间内流水线及工位的生产状态、生产信息，为现场操作员提供及时信息。操作员可以通过下一级画面（机加工或分装线的区域）查看更详细的信息，动态显示操作/设备的状态，如运行或故障，堵塞或待料，高于或低于设定循环时间等。

4.3 生产线产量记数
实现以生产小时为单位的产量计数以及该班次的目标累计产量。通过颜色动画显示产量与目标的差异（超过目标产量为绿色，低于目标产量为红色）。显示该班次当前累计产量，目标产量及预测到该班次结束时的产量曲线。可以提供三个班次的产量趋势图。

4.4 生产线OEE和停机时间统计
实现每条机加工线或者分装线各区域的设备的OEE 显示，显示方式通过表格或棒状图。实现每条机加工线或者分装线各区域的以生产小时为单位的总停机时间（以分钟为单位）以及发生停机的次数。显示每条机加工线或者分装线各区域的％UPTIME。

4.5 SPC 分析
实现加工线上的测量装置的SPC 分析，例如用来检测发动机零部件的加工精度等。系统采用文件交换的格式从测量装置定时或不定时获取数据。

4.6 报表
针对奇瑞的需求，系统提供以下几类报表：
——报警报表
-报警详细报表
-报警汇总报表
-前N 个报警按时间
-前N 个报警按次数
——产量报表
-日产量报表
-月产量报表
- 时间报表
-日时间报表
-月时间报表
——OEE报表

5 工业网络系统特点
GE Fanuc 针对奇瑞发动机二厂实施的工业网络系统具有以下几个特点：
——系统平台的统一：采用GE Fanuc 统一的系统平台Proficy，包括数据通讯，人机界面，数据库，MES 应用及面向Web 的应用。
——系统平台的开放：所有软件均为开放平台，无须特别定制和开发。且接口均为标准接口。
——系统平台的标准化：基于标准架构ISA95 的系统平台，系统构架的灵活。满足将来系统的扩展。
——系统方案的成熟：GE Fanuc 针对发动机车间的需求所开发出的成熟的解决方案。

实施结果
　　通过工业网络系统的成功实施，能够提高奇瑞发动机对车间设备的管理能力，获得大量的有助于提升产品质量的有效数据，从而助力奇瑞实现发动机的澎湃动力。以下是客户从项目中所获得的部分收益：
——监视生产过程参数和对每个生产出的发动机的统计
——生产参数和统计在很短的时间内即可获得
——可获取基于近实时的精确的生产信息
——工厂的管理经理可见看到实时的系统停机以及哪种型号的发动机生产了多少
——生产信息可获得的位置：
-在生产线的末端
-在生产线的任意站点
-实现停机时间跟踪和效率