前言：

　　數(shù)字化工廠是伴隨著自動控制技術(shù)和網(wǎng)絡應用的飛速發(fā)展而應運而生的，尤其是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的普及使得一些傳統(tǒng)方式難以實現(xiàn)的現(xiàn)場控制和管理技術(shù)有了革命性突破。通過它可以實現(xiàn)生產(chǎn)、成本和設備管理的高效化和便捷化。工廠數(shù)字化將來也會成為工廠規(guī)劃和建設的典范。通過國內(nèi)大多汽車涂裝生產(chǎn)線的比較，奇瑞汽車股份有限公司第二涂裝車間是目前國內(nèi)涂裝行業(yè)較為先進的數(shù)字化工廠之一；主要工藝處理流程和設備運行狀態(tài)已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)字化可視化管理。下面我們從三個方面來闡述我們第二涂裝工廠數(shù)字化建設以及具體應用。

1.工廠數(shù)字化建設思路

　　1.1 實現(xiàn)基礎裝備數(shù)字化

　　工廠數(shù)字化的前提是構(gòu)建安全、快速的系統(tǒng)平臺，目前車間由計算機主機平臺、網(wǎng)絡平臺、數(shù)據(jù)庫平臺等所組成的系統(tǒng)平臺為信息的傳遞建成了一條信息“高速公路”，計算機的廣泛普及使它們成為全體管理人員和機臺操作人員日常工作的工具。

　　1.2 實現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)字化

　　從開關(guān)機，前處理、電泳，油漆噴涂，烘干過程、能源消耗消耗過程、質(zhì)量控制過程到設備管理和保障過程的每個環(huán)節(jié)都將通過計算機自動采集現(xiàn)場信息控制來實現(xiàn)，既是一個提高效率的過程又是一個規(guī)范操作的過程。

　　1.3 實現(xiàn)分析應用數(shù)字化

　　對主要工藝處理和設備運行狀態(tài)以及相關(guān)的參數(shù)編制實時的控制圖可以使對現(xiàn)場生產(chǎn)情況進行實時監(jiān)控，這類控制圖在上位機進行開發(fā)實現(xiàn)，通過實時數(shù)據(jù)處理，實時反應生產(chǎn)情況的波動；對重要采集的工藝參數(shù)以趨勢圖方式提供趨勢分析，使管理人員能對其的發(fā)展趨勢有所了解，更易對遇到的問題進行處理。

2.數(shù)字化工廠架構(gòu)

　　架構(gòu)一般可分為3層，即基礎設備層，設備控制層和可視管理層。以二涂車間為例我們采用西門子SIMATIC先進的控制技術(shù),對現(xiàn)場設備的控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)和人機界面監(jiān)控系統(tǒng)進行多層次有效劃分，在投入少、工期短，性價比高的情形下，解決數(shù)字化工廠建設需求問題。

　　2.1 基礎設備層－執(zhí)行器件

　　是指那些處于只能被動接收指令的原始元器件或基礎設施。如泵、電機、風機、接近開關(guān)、光柵、傳感器件（如電磁閥、氣動單元、光電傳感器、流量計）等及其現(xiàn)場執(zhí)行器件。

　　2.2 設備控制層--現(xiàn)場總線

　　設備控制層由主控制PLC400（如西門子S5、S7系列）、PU操作控制臺、MOVIMOT，REDIS，變頻器并通過現(xiàn)場總線ProfiBus使之組成有機的設備控制層。所有分布式I/O產(chǎn)品都按一定的控制范圍安裝于分布式I/O控制箱內(nèi)，盡可能減少硬件布線及故障點，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也方便了今后系統(tǒng)的維護。

　　2.3 監(jiān)控管理層現(xiàn)--工業(yè)以太網(wǎng)

　　監(jiān)控管理層采用工業(yè)以太網(wǎng)的方式實現(xiàn)，連接著主控制PLC與上層工控設備，編程設備以及相關(guān)設備。工業(yè)以太網(wǎng)卡在PLC上為CP443接口模板,工控機為8針網(wǎng)口接口模板。工業(yè)組態(tài)軟件通過工業(yè)以太網(wǎng)與主控PLC交換數(shù)據(jù)。本方案中采用工業(yè)以太網(wǎng)充分考慮到了其具有的協(xié)議通用性、數(shù)據(jù)傳輸速率高等特點以及開發(fā)應用程序周期短優(yōu)點。采用工業(yè)以太網(wǎng)方式實現(xiàn)的監(jiān)控管理層主要由主控制PLC、HMI及其編程設備組成，通過TCP/IP方式實現(xiàn)與監(jiān)控計算機進行數(shù)據(jù)交換。同時可更方便地向上組成工廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)（FIS），順應了當前汽車行業(yè)訂單制造的發(fā)展趨勢。

3.涂裝車間數(shù)字化系統(tǒng)應用

　　涂裝車間數(shù)字化系統(tǒng)應用是一個基于計算機來工作的可視化數(shù)字化操作系統(tǒng)。這個系統(tǒng)建立在工業(yè)以太網(wǎng)的基礎上，可以安裝在MS WINDOWS 2000SP4或MS WINDOWS XPSP2以上版本。其組態(tài)畫面我們采用全球著名Intouch軟件生成，它是Wonderware公司開發(fā)的世界上第一個集成的、基于組件的MMI系統(tǒng)——Factory Suite 2000中的一個核心組件。它具有世界領先的HMI和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，便于高效、快捷地配置用戶的應用程序。軟件專用于可視化和控制工業(yè)生產(chǎn)過程，它提供了一種易用的開發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，使工程開發(fā)人員能夠快速地建立、測試和部署強大的連接和傳遞實時信息的自動化應用。也廣泛應用于包括食品加工、石油、汽車、半導體、化工、制藥、紙漿和造紙、交通等在內(nèi)的全球眾多縱向市場。

　　3.1 涂裝車間數(shù)字化系統(tǒng)功能 　　1）生產(chǎn)信息的管理及設備監(jiān)控功能 　　不同設備，不同車型，工藝參數(shù)也不同。為適應不同車型的混線生產(chǎn)，該系統(tǒng)建立了設備狀態(tài)信息收集和噴涂工藝數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)能夠進行工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫的維護與管理,可以在線或離線進行工藝參數(shù)的局部或全部修改；如溫濕度，液位壓力、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、流量、成形空氣、高壓值等并自動記錄所有參數(shù)修改記錄，方便的車身處理工藝參數(shù)日后查詢分析。該系統(tǒng)能夠?qū)υ诰€生產(chǎn)的所有車身進行分類查詢?nèi)畿囆汀㈩伾?、通過時間等。還可以顯示目前所有車身在制狀況以及車身目前位置以及及設備運行狀況進行監(jiān)控，實時顯示機器開關(guān)狀態(tài)、手自動模式，動能消耗、當前位置等。 　　2）系統(tǒng)自診斷、報警系統(tǒng) 　　采用NAD分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)當有故障報警時操作人員可以再現(xiàn)場的任一終端站點及時發(fā)現(xiàn)故障源。當設備運行時，無論手動或自動控制模式，只要故障發(fā)生系統(tǒng)將顯示故障報警并提示故障產(chǎn)生的可能原因。操作者可對報警進行應答及排除故障后復位，并通過顏色區(qū)分哪些報警已做了復位，哪些報警只是做了應答，并形成故障報警及修復記錄。 　　3）用戶管理 　　通過DPIS系統(tǒng)管理人員操作人員的權(quán)限可以分發(fā)到指定的機器，并規(guī)定其操作范圍和操作權(quán)限最大程度地保護人員以及設備的安全。也可以通過預先對用戶設置定義并管理。所有的操作者可以瀏覽目前使用的工藝參數(shù)、生產(chǎn)及設備狀態(tài)，但不可以進行修改。除非他被賦予足夠的權(quán)限，通過輸入個人密碼確認后，才能進行相應權(quán)限的修改。所有的修改也將形成歷史修改記錄，以備追溯。　　3.2 現(xiàn)場數(shù)字化實際應用（EMOS和ECOSCREEN） 　　涂裝車間EMOS系統(tǒng)是一種友好的大型人機交互系統(tǒng)，主要負責生產(chǎn)開關(guān)機自動手動操作、適時故障報警通知、溫度濕度范圍調(diào)節(jié)、油漆車身定色以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。在生產(chǎn)和設備維護過程中起著重要作用。系統(tǒng)界面包括輸送和熱工設備占據(jù)車間的大部分區(qū)域，如：空調(diào)供風、烘房、輸送滾床、RODIP、電泳整流等將分布于車間不同層面的大范圍區(qū)域現(xiàn)場設備有機的組合起來，通過鼠標點擊就可以做到所有關(guān)鍵設備和工藝過程一覽無余。同時也是為了更方便工作人員操作各機組而設置的可視化和標準化簡易操作工具。由于其范圍較大所以在現(xiàn)場安裝有網(wǎng)絡柜將分散的區(qū)域通過以太網(wǎng)實現(xiàn)集中控制。子網(wǎng)采用SIMATIC網(wǎng)絡將底層執(zhí)行器件連接起來。如下圖所示： 　　Emos子網(wǎng)采用先進的SIMATIC網(wǎng)絡能使得不同層次的設備通訊快速響應。

　　3.3 EMOS關(guān)鍵工藝及設備參數(shù)的管理 　　噴漆室是涂裝作業(yè)的重要場所，不管是對車身質(zhì)量還是人員的操作環(huán)境都有很大影內(nèi)顯得尤為重要，通過此界面我們可以實時的了解當前噴漆室溫濕度狀況。如下圖所示：
　　涂裝車間ECOSCREEN側(cè)重于精確控制，主要負責車身油漆噴涂通過霧化裝置使得油漆附著在白車身表面。其頂部應用程序?qū)釉试S用戶與整個系統(tǒng)交互式地工作,圖形用戶界面(可視化)提供功能來控制整個系統(tǒng)及其各部件并且顯示狀態(tài)和錯誤信息。并通過以太網(wǎng)通信系統(tǒng)連接到層次結(jié)構(gòu)中間層上的控制器。該中間應用程序?qū)又饕杏糜谶^程和安全控制的控制器，這些控制器是不帶鍵盤和屏幕的專用計算機，也就是說它們不適用于直接用戶通信，由各個程序控制，它們進行安全控制(安全PLC)、過程控制(過程PLC作為總線主設備)以及子過程控制(EcoRC2)，它們相互連接并通過現(xiàn)場總線系統(tǒng)與底層部件連接，通過SERCOS通信系統(tǒng)與驅(qū)動裝置連接。底層部件用于物理機械裝備控制例如軸線和計量泵驅(qū)動裝置電子氣動部件和高電壓部件。如下圖所示：
4.工廠數(shù)字化建設與應用經(jīng)驗總結(jié) 　　總之數(shù)字化工廠的建設，離不開運用各類先進的技術(shù)，但是這幾年的實際應用告訴我們，千萬不要片面追求技術(shù)的高、新、全，關(guān)鍵是要選擇合適的、恰到好處的技術(shù)。這主要體現(xiàn)在兩個方面，一個是功能方面，另一個是推廣方面，功能方面要先了解自己的應用有哪些，只要夠用即可，不要新建了一個項目，結(jié)果只用了其中的最簡單功能，這是對資源的極大浪費；在推廣性方面就更重要了，一個產(chǎn)品如果技術(shù)含量很高，但只能在局部范圍使用，無法推廣，它的價值就無法體現(xiàn)出來，也就失去了意義。 　　同時隨著電子信息技術(shù)的進步，信息化技術(shù)已深入到制造業(yè)的各個層面。從廣義上來講數(shù)字化工廠就是覆蓋產(chǎn)品的整個生命周期的數(shù)字化技術(shù)，實現(xiàn)設計數(shù)字化、制造裝備數(shù)字化、生產(chǎn)過程數(shù)字化、管理數(shù)字化，并最終通過集成實現(xiàn)整個工廠數(shù)字化。對于設備控制層的數(shù)字化越來越多地采用嵌入式系統(tǒng)，并以現(xiàn)場總線為其信息通道，和上層以Internet/Intranet為基礎的制造信息分析和處理層結(jié)合，形成的數(shù)字化工廠信息構(gòu)架，從而實現(xiàn)整個工廠、企業(yè)之間的數(shù)字化。從當前國內(nèi)形勢來看企業(yè)也越來越重視制造業(yè)的信息化和數(shù)字化應用。作者簡介： 　　孫成建，男，現(xiàn)任奇瑞汽車涂裝車間設備工程師　　王青，男，現(xiàn)任奇瑞汽車涂裝車間設備工程師　　葉顯松，男，現(xiàn)任奇瑞汽車涂裝車間設備工程師