應(yīng)用背景
奇瑞汽車有限公司成立于1997年，由安徽省及蕪湖市五個(gè)投資公司共同投資興建的國(guó)有大型股份制企業(yè)，坐落在水陸空交通條件非常便利的國(guó)家級(jí)開發(fā)區(qū)――蕪湖經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。公司于1997年3月18日正式破土動(dòng)工，至2003年3 月，已全部完成一期至二期投資建設(shè)，占地面積130多萬(wàn)平方米，總投資41.52 億，現(xiàn)已經(jīng)形成年產(chǎn)40萬(wàn)臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)和30萬(wàn)輛整車的生產(chǎn)能力。三、四期工程正在建設(shè)中，預(yù)計(jì)四期工程都完成后，奇瑞的產(chǎn)能將達(dá)到100萬(wàn)輛。轎車廠、發(fā)動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)設(shè)備均達(dá)到并超過世界先進(jìn)水平。
奇瑞發(fā)動(dòng)機(jī)公司始建于1997年，現(xiàn)由發(fā)動(dòng)機(jī)一廠、發(fā)動(dòng)機(jī)二廠、產(chǎn)品工程部、質(zhì)量保障部、制造技術(shù)部等組成。2005年3月28日，奇瑞發(fā)動(dòng)機(jī)二發(fā)啟動(dòng)及首臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火儀式在奇瑞第二發(fā)動(dòng)機(jī)舉行，從而實(shí)現(xiàn)中國(guó)在主要零部件自主研發(fā)上“零”的突破。發(fā)動(dòng)機(jī)二廠產(chǎn)品技術(shù)、生產(chǎn)線設(shè)備主要由國(guó)外成套引進(jìn)。發(fā)動(dòng)機(jī)二廠生產(chǎn)線設(shè)備由德國(guó)Cross-Huller、Heller、Gerhing、Junker、Mauser 等世界一流廠家提供，采用Hommel 和Marposs 量?jī)x和檢具，裝配線設(shè)備由意大利Comau 公司提供。在一期中，共計(jì)有六條加工線和一條裝配線：
——缸體生產(chǎn)線和連桿生產(chǎn)線是由德國(guó)HUELLER-HILLE GMBH 承包的交鑰匙工程，全部選用進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備，整線由18臺(tái)臥式加工中心和相應(yīng)的輔機(jī)組成的柔性生產(chǎn)線；
——框架體生產(chǎn)線由9臺(tái)立式加工中心和2臺(tái)臥式加工中心和相應(yīng)的輔機(jī)組成的柔性生產(chǎn)線。設(shè)備品質(zhì)世界一流，是一條柔性極強(qiáng)的半自動(dòng)生產(chǎn)線；
——所有缸蓋均為鋁合金材料，具有良好的散熱及工藝性能；采用四氣閥雙頂置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)，多款發(fā)動(dòng)機(jī)采用了世界一流的CBRVVT、DGI 及TC/TCI 技術(shù)，具備優(yōu)良的性能參數(shù)；
——曲軸生產(chǎn)線是一條適合于多品種曲軸加工的柔性生產(chǎn)線；
——NEF1 裝配線是一條10種產(chǎn)品共線的柔性裝配線。由意大利COMAU 公司總承包供貨。綱領(lǐng)分兩期，一期12 萬(wàn)，節(jié)拍90S；二期20萬(wàn)，節(jié)拍54S。整線分缸蓋分裝線、活塞連桿分裝線、短發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線、長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線。
對(duì)于總計(jì)有100 多套CNC 和PLC 設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)二廠來說，一套功能完善的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)于提高整個(gè)工廠運(yùn)營(yíng)的需求也就呼之欲出了，在此基礎(chǔ)上，GE Fanuc 承接了發(fā)動(dòng)機(jī)二廠工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體實(shí)施工作。
客戶需求
奇瑞發(fā)動(dòng)機(jī)二廠包括全廠由缸體、框架、缸蓋，連桿，曲軸，凸輪軸，和裝試等七條生產(chǎn)線組成。設(shè)備類型有SIEMENS 840D CNC，S7-300 PLC，MAZAK 640M CNC，F(xiàn)ANUC CNC 和以PC 為主的檢測(cè)設(shè)備，控制設(shè)備數(shù)超過100臺(tái)。除裝配線之外的其它六條線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都在此次工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)范圍之內(nèi)，裝配線系統(tǒng)由其本身的供應(yīng)商自己集成。
每條生產(chǎn)線都需設(shè)置線端工控機(jī)，采集并管理本線的生產(chǎn)和報(bào)警信息。此外在發(fā)動(dòng)機(jī)二廠辦公室區(qū)域還需設(shè)置中央監(jiān)控室，放置廠級(jí)服務(wù)器，此服務(wù)器與線端工控機(jī)（包括裝試線工控機(jī)）需要通過以太網(wǎng)相連，采集所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的必要數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)集中管理。服務(wù)器集中管理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各種工藝加工設(shè)備，并將各線工控機(jī)的數(shù)據(jù)采集上來，服務(wù)器向下通過以太網(wǎng)接口將整個(gè)車間連接成網(wǎng)絡(luò)。需要實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：生產(chǎn)線狀態(tài)、機(jī)床狀態(tài)、零件統(tǒng)計(jì)、報(bào)警分析、生產(chǎn)效率分析、數(shù)據(jù)保存等。
解決方案
1 系統(tǒng)概述
奇瑞發(fā)動(dòng)機(jī)二廠的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋了缸體、框架、缸蓋，連桿，曲軸，凸輪軸等六條加工線以及連接裝試線的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，GE Fanuc 所承接的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)項(xiàng)目包括需求分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)備采購(gòu)、機(jī)柜制造、現(xiàn)場(chǎng)安裝、系統(tǒng)調(diào)試、項(xiàng)目培訓(xùn)和文檔開發(fā)。
GE Fanuc 實(shí)施的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是建立在GE Fanuc 的Proficy 軟件模塊和歷經(jīng)考驗(yàn)的控制技術(shù)基礎(chǔ)上的，該系統(tǒng)具有一個(gè)分布式的客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中的不同服務(wù)器節(jié)點(diǎn)不需要額外的配置或編程、就可以共享數(shù)據(jù)信息。從用戶的角度來看，整個(gè)系統(tǒng)（包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器節(jié)點(diǎn)和終端）是一個(gè)虛擬的完整系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件上采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，頂層的企業(yè)&數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用TCP/IP 以太網(wǎng)將各生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集站、操作員站、LED 顯示板相連，并同時(shí)與整個(gè)車間和辦公以太網(wǎng)進(jìn)行連接，使所有支持以太網(wǎng)接口的終端構(gòu)筑在同一平臺(tái)上，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞承?。第二層通過生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集站也采用TCP/IP 以太網(wǎng)向下連接各生產(chǎn)線上的CNC、PLC和檢測(cè)設(shè)備。
——企業(yè)&數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器位于中央控制室，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)從各生產(chǎn)線上采集的數(shù)據(jù)，以及設(shè)備監(jiān)控畫面的開發(fā)，報(bào)表開發(fā)及質(zhì)量監(jiān)控。
——線端數(shù)據(jù)采集站，負(fù)責(zé)采集并管理各生產(chǎn)線的生產(chǎn)和報(bào)警信息。在六條生產(chǎn)線上均設(shè)置線端數(shù)據(jù)采集站。
——維修計(jì)算機(jī)用來對(duì)企業(yè)&數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上開發(fā)的畫面進(jìn)行瀏覽，為維修工作人員提供參考數(shù)據(jù)。
2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件平臺(tái)基于Microsoft Windows 2003/2000 操作系統(tǒng)，采用GE Fanuc 的Proficy HMI / SCADA –CIMPLICITY 軟件，以完成采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的數(shù)據(jù)的任務(wù)，并將這些信息通過SQL 2000 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取，用以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和報(bào)表查詢。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流如下圖所示：
3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
奇瑞發(fā)動(dòng)機(jī)二廠主要生產(chǎn)和裝配發(fā)動(dòng)機(jī)部件，生產(chǎn)廠房為單層結(jié)構(gòu)，因此布線系統(tǒng)主要包括廠房?jī)?nèi)連接每個(gè)生產(chǎn)工藝節(jié)點(diǎn)的環(huán)形光纖骨干，廠房?jī)?nèi)從每個(gè)生產(chǎn)工藝節(jié)點(diǎn)到最終工控設(shè)備之間的超五類屏蔽雙絞線。GE Fanuc 采用的設(shè)計(jì)思路和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完全依據(jù)上述要求，力爭(zhēng)使系統(tǒng)配置更具超前性，并且更加合理和經(jīng)濟(jì)。
奇瑞發(fā)動(dòng)機(jī)二廠工業(yè)網(wǎng)絡(luò)主要為獨(dú)立的生產(chǎn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，主要提供各生產(chǎn)設(shè)備的通訊連接，其應(yīng)用特點(diǎn)是通訊量有限，但是可靠性要求比較高，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝環(huán)境和工作環(huán)境相對(duì)較差，工作溫度范圍大，電磁干擾強(qiáng)。因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求與普通的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不同。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)布線系統(tǒng)只提供數(shù)字通訊，網(wǎng)絡(luò)連接為100 Mbps，端口采用標(biāo)準(zhǔn)8 芯RJ45 插口，采用超五類插座用于百兆數(shù)據(jù)傳輸連接。車間骨干網(wǎng)絡(luò)采用光纖環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用HIRSCHMANN 的RS2 工業(yè)交換機(jī)，形成完整的HIRER-RING 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。車間設(shè)備的分支網(wǎng)絡(luò)采用Allied Telesis 交換機(jī)組成，這些網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分布在發(fā)動(dòng)機(jī)車間各生產(chǎn)線，機(jī)床設(shè)備中的CNC 和PLC通過雙絞線連接到附近的交換機(jī)。
4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能介紹
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從功能上講，包含了以下六大功能：
——設(shè)備聯(lián)網(wǎng)
——生產(chǎn)線和設(shè)備監(jiān)控
——產(chǎn)量記數(shù)
——OEE和停機(jī)時(shí)間統(tǒng)計(jì)
——SPC管理
——統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表
4.1 生產(chǎn)線設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)
奇瑞發(fā)動(dòng)機(jī)二廠的生產(chǎn)設(shè)備中由于控制設(shè)備的品牌較多，控制接口協(xié)議也不統(tǒng)一，并且有一些非標(biāo)控制器設(shè)備（如測(cè)量設(shè)備），而且生產(chǎn)線設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)對(duì)于系統(tǒng)的成功關(guān)系重大，針對(duì)這一現(xiàn)狀，GE Fanuc 在系統(tǒng)中就不同的設(shè)備采用了不同的通訊方式與OEM 設(shè)備進(jìn)行通訊。設(shè)備種類包括：
——MAZAK CNC設(shè)備
——FANUC CNC 設(shè)備
——SIEMENS CNC設(shè)備
——SIEMENS PLC 設(shè)備
——SPC測(cè)量裝置
4.2 生產(chǎn)線和設(shè)備監(jiān)控
實(shí)現(xiàn)圖形化的方式，動(dòng)態(tài)顯示車間內(nèi)流水線及工位的生產(chǎn)狀態(tài)、生產(chǎn)信息，為現(xiàn)場(chǎng)操作員提供及時(shí)信息。操作員可以通過下一級(jí)畫面（機(jī)加工或分裝線的區(qū)域）查看更詳細(xì)的信息，動(dòng)態(tài)顯示操作/設(shè)備的狀態(tài)，如運(yùn)行或故障，堵塞或待料，高于或低于設(shè)定循環(huán)時(shí)間等。
4.3 生產(chǎn)線產(chǎn)量記數(shù)
實(shí)現(xiàn)以生產(chǎn)小時(shí)為單位的產(chǎn)量計(jì)數(shù)以及該班次的目標(biāo)累計(jì)產(chǎn)量。通過顏色動(dòng)畫顯示產(chǎn)量與目標(biāo)的差異（超過目標(biāo)產(chǎn)量為綠色，低于目標(biāo)產(chǎn)量為紅色）。顯示該班次當(dāng)前累計(jì)產(chǎn)量，目標(biāo)產(chǎn)量及預(yù)測(cè)到該班次結(jié)
