設備信息管理系統在現代化汽車工廠的應用

摘 要：東風乘用車公司新能源工廠是東風乘用車公司的一座分工廠，也是東風汽車集團旗下新投建的一座自動化非常高的整車制造工廠，設計年產16萬輛的產能。該工廠2013年6月開始投工建設，2014年10月份開始投產。其中總裝車間存在面積大、設備自動化程度高分布廣的問題，使得維修班組堅守生產現場的壓力非常大，直接影響了設備開動率。所以急迫需要一套現代化設備信息管理系統，采用中央監控模式管理分散的現場設備，達到高效率低故障的設備運行目的。

關鍵詞：整車制造廠；總裝車間；設備；信息管理系統；中央監控

1 環境狀況

1.1 新能源總裝車間與其他總裝車間布局有不同

這個總裝車間的主線分布在兩個相鄰大廠房，油漆到達線、內飾兩條線和車門線分布在一個大廠房，底盤兩條線、地板線、發動機合裝線、動力總成線、后橋線、前懸分裝線、檢測線、檢查線、淋雨線、車輪輸送線共11條大型自動化線體分布在另外一個大廠房。這樣一來，這15條線集中了線體多、占地面積更大、分布更廣的特點。

1.2 新能源總裝車間設備狀態有自己的特色

整個總裝車間的15條主體線，還有很多線邊輔助設備，都是來自不同的廠家，設備和設備之間是相互獨立的，只有在需要交接的地方，利用中間繼電器進行信息的交換。這樣對設備故障的統一管理有很大的難度。

1.3 新能源總裝車間設備保全人員有極大的局限性

汽車制造業在這近幾年發展非常快，造成了汽車行業設備維護技能人員的嚴重缺乏。新能源總裝車間這么多的設備，一個維修班組才配備五個維修技能員和一個工程師，而且這些維修技能人員都是從學校剛招聘進來的，這對維護這么多設備是一個極大的挑戰。不管是在作業空間還是人員能力都是一個極大的局限。

2 工程分析

因為有這幾個環境制約，新能源總裝車間投產后，設備故障一直走紅線，每月設備故障率高達6%，一方面設備運行不穩定；另一方面是因為維修人員少，難以兼顧這么多設備，經常有些線頭和高空故障發生時，難以被人發覺而直接導致更長時間的停線。

如果要尋求解決方案，我們逐一分析。

（1）設備布局因廠房而定，兩邊廠房雖然還有很大的富余，但是要為后期擴展而預留準備，所以我們不能改變設備的分散布局。

（2）設備過于相對獨立，如果能讓這些設備有規劃地組織到一起，形成一個中心控制中心，讓獨立的設備“合體”成一個整體，那么對于設備管理上是一個非常棒的突破。

（3）人員缺乏，技能不足是已定事實，就算新增補也很難補到合適的人員。但是如果能讓這僅有的人員受到一個能監視全場的“天眼”予以指揮，那么這僅有的人員就能發揮多倍的能力功效。

3 設計思路

根據分析，作者認為把設備“合體”到一起、把人員進行“天眼”控制是有可行的方法。

“合體”和“天眼”有個共同解決方案，那就是——網絡。

有了一套網絡，就可以在中央控制室安裝一臺計算機，在計算機上做一個設備信息管理軟件系統，把所有設備的信息點采集起來進行統一管理，這些信息可以包括很多，比如：設備故障點、設備運行狀態、設備與設備之間的信息交換等等，這里設計的最主要的是把設備故障在中控室顯示并報警提示出來，同時記錄故障時間、次數、信息相關信息，還有一些信息交換和設備狀態、產量狀態這些功能。

4 工程手段

4.1 網絡鋪設

目前將設備與設備之間橋接起來的網絡有很多種，我們的自動化設備都是靠PLC控制的，我們的PLC網絡通訊方式有以太網、DeviceNet 、DeviceNet 、 Profibus等，作者挑選最通用的以太網。而這么大面積的網絡需要達到快速準確，那就必須選擇光纖。所以我在每臺設備上增設光纖路由器，用網線把PLC連接到光纖路由器，再用光纖將路由器連接起來，最后形成一個連接所有PLC的網絡集中到中央控制室。

4.2網絡構建

設備的以太網和辦公以太網一樣，需要設置統一的網段、網關。我把所有的設備以生產線走動的方向進行統一規劃，編制好固定的IP地址并寫入各自的PLC。中央控制室安裝一臺計算機，將計算機也加入到這個網絡當中，成為設備中的一員，也為建設管理系統做準備。

4.3 管理系統

作者所設計的管理系統是一個既能進行設備故障的及時報警，又能做故障統計分析，還能做生產監測。這樣一旦設備發生問題，在中央監控中心會迅速反應，所以這個系統就是上位機系統了。通常上位機設計方法有VB、C++、JAVA等，我這里用的是RSVIEW SE，這個軟件的優點是直接面向上位機而開發，而且還自帶了OPC通訊協議。這樣我們可以按照自己的功能需求做好人機畫面以及后臺程序。

設計規劃好這些界面之后，我們需要用計算機語言編寫運行變量，這些變量可以通過OPC通訊模式與現場PLC進行“握手通話”。

4.4 PLC程序

PLC是現場直接控制單元，中央監控系統的所有信息都來自于PLC，新能源總裝車間具有以太網口的PLC均在這個系統當中，而這個系統需要采集的基本信息點有3萬多個，這么多的信息點，如果處理不好就會出現信息丟失、信號紊亂等多重問題。怎么讓這些信息有效、有秩序、有規劃傳遞，對PLC程序的邏輯規劃，是至關重要的！作者這里采用的方法是按照PLC的個體單元進行單個劃分，最后再進行統一匯總的方式。

每一個程序段落里面有幾千個信息采集點，這些采集點均取自于現場，如開關、按鈕、光柵、電磁閥、電機、變頻器、空開等等。最主要的是包含這些元器件的故障信息，故障信息是由一定的制約條件和邏輯關系運算而得到的。比如一個開關正常按下只要5秒鐘，我們定義為超過10秒鐘就處于異常狀態當突然發現一次按下超過10秒鐘，那么就會通過運算而輸出報警信號，這個信號被傳遞到中央監控系統，系統通過文字注釋提示方法使得監控人員得到準確信息，監控人員就可以通過對講機對現場維修人員進行遠程呼叫和定位指導。

4.5 組織通訊

3萬多個信息是個很龐大的數據，PLC與計算機之間通過網絡進行交換信息，時刻監控每個信息的狀態變化。但是PLC和計算機語言并不想通，PLC是邏輯控制，計算機是運算控制，這很依賴一個可靠的通訊協議軟件，讓這兩邊的信號進行一對一的對接。

這里使用的通訊軟件是RSLINX，這款軟件具有OPC通訊功能，在軟件功能下創建PLC控制位和計算機運算位的一對一輸入輸出對接關系。

5 運行效果

做好以上工作之后，我們可以進行系統測試，在計算機的顯示器上我們可以看到現場的生產狀態、報警信息、故障記錄等相關信息。

這些監控信息都存儲在這個設備信息管理系統的數據庫里面，以便于我們今后的查閱和統計。根據產量狀態可以統計生產設備開動率，根據故障發生頻次、累計時間可以計算設備故障率和提示設備預檢修的工作。比如某個開關異常次數多，那么說明這個開關有損壞的跡象，那么我們必須盡快安排人員進行檢查活著更換，這樣的檢修工作有利于提高設備穩定性，也能預防大故障的發生，大大提高了生產效率。

6 結束語

這套系統的建立，起到了非常好的效果。用系統縮小了廠房空間，用系統減少了信息傳遞時間，用系統高效利用了人員勞動效率，用系統預防了很多未遂的設備故障，用系統提高了預檢修的高效性。因為有了這些，使得新能源總裝車間的設備故障率大大降低，迅速降到指標以內綠色范圍區，不再走高超標的紅線。

參考文獻

[1]薛迎成，羅克韋爾.PLC技術基礎及應用[M].中國電力出版社，2009，03.

[2]（美）J.斯特納森.工業自動化及過程控制[M].王樅，張彬，郭燕慧譯.科學出版社，2006.

[3]（美）里格（James A. Rehg），（美）薩托瑞（Glenn J. Sartod）.可編程邏輯控制器[M].薛文軒，李磊譯.