Zdecentralizowana sieć sterująca, działająca zgodnie z ogólnym systemem organizacji pracy, obsługuje niezwykle elastyczne opcje konfiguracji linii montażowej w zakładzie General Motors wytwarzającym układy przeniesienia napędu. Liczne sterowniki programowalne PLC, urządzenia sterowane numeryczne (CNC), interfejsy człowiek-maszyna (HMI), system RFID i protokół ethernetowy wysokiego poziomu pracują w sieci GM.
Linia produkcji układów przeniesienia napędu GF 6 z sześciobiegową przekładnią napędzającą przednią oś, zainstalowana w zakładzie General Motors Powertrain w Toledo w stanie Ohio, zwiększa tempo, by osiągnąć swój początkowy cel, czyli produkcję 2200 sztuk układów dziennie. Zostaną one zamontowane w Chevy Malibu i nowym Chevy Cruze. Jednak prawdziwą nowością są metody wykorzystane do programowania linii, wprowadzania zmian, organizowania przepływu obrabianych materiałów, wykonywania obróbki i wszystkich operacji drugoplanowych oraz montażu gotowych układów przeniesienia napędu. Dzięki zastosowaniu tych nowych metod GM jest teraz w stanie skrócić czas potrzebny na wprowadzenie zmian w linii produkcyjnej z tygodni do godzin. Wynikają z tego też inne korzyści.
Kilka lat temu, gdy inżynierowie GM projektowali tę linię, szukali sposobu na szybsze wprowadzanie zmian w linii produkcyjnej i stworzenie bardziej elastycznego, ale wysoce zautomatyzowanego systemu do produkcji układów przeniesienia napędu. By osiągnąć cel, skorzystali z umiejętności inżynierów z Siemens Industry, swojego dostawcy systemów automatyzacji oraz Elite Engineering, dostawcy oprogramowania do konfiguracji linii montażowej.
Za pośrednictwem Centrum Kompetencji branży motoryzacyjnej firmy Siemens (Automotive Center of Competence) mieszczącego się w Troy, stan Michigan, firma General Motors zdobyła sterowniki programowalne PLC, urządzenia sterowane numeryczne (CNC), interfejsy człowiek-maszyna (HMI) oraz protokół ethernetowy wysokiego poziomu, Profinet, działające w sieci GM. Jako dopełnienie tej topologii sprzętowo-komunikacyjnej Elite Engineering dostarczyła swój Elastyczny System Konfiguracji Montażu (Flexible Assembly Configuration System ? FACS). Reinhold Niesing, inżynier zatrudniony w Siemens Automotive Center of Competence, wyjaśnił, że firma Elite dostarczyła konfigurację i system monitorujący, podczas gdy Siemens dostarczył system wykonawczy dla automatyki. Oba systemy musiały ze sobą współpracować, by zapewnić GM konfigurowalne opcje, gdy potrzebne były zmiany lub usprawnienia w procesie produkcji.
George Jewell, pracujący w GM, inżynier odpowiedzialny za wprowadzenie FACS w zakładzie w Toledo, stwierdził, że FACS jest bardziej narzędziem do zarządzania cyklem życia linii produkcyjnej niż ?książkowym? narzędziem do zarządzania cyklem życia produktu. Jego naturalna zdolność przystosowawcza oznacza, że te same układy elektroniczne można wykorzystywać do realizacji różnych zadań, z różną szybkością, z możliwością wprowadzania zmian ?w locie?, w czasie o wiele krótszym, niż było to możliwe dotychczas. W chwili obecnej GM wykorzystuje FACS w różnych zakładach w Meksyku, Chinach, Indiach, Tajlandii, Korei i Stanach Zjednoczonych, a wkrótce nastąpi to także w Kanadzie i Europie Wschodniej.
Strategia rozwoju
Ogólną ideą przyświecającą projektowaniu linii było ? zdaniem Jewella ? posiadanie zgodnych, nawet identycznych bloków logicznych na wszystkich stanowiskach. Pozwoliłoby to, co jest istotne w architekturze FACS, na wprowadzanie błyskawicznych, sukcesywnych modyfikacji w pracy urządzeń lub operacjach montażowych, na wszystkich sekcjach linii.
Bob Raven, kierownik ds. systemów sterowania w GM, powiedział: ? Ta cenna funkcja, ukierunkowana na elastyczność w ramach naszych zasad produkcyjnych, w istotny sposób wsparła starania zakładu GM Powertrain, mające na celu znormalizowanie procesów sterowania i ciągłe doskonalenie.
Dzięki normalizacji wykorzystywanej elektroniki, oprogramowania i protokołów komunikacyjnych koszty organizacji produkcji dałoby się utrzymać na sensownym poziomie, zaś utrzymanie ruchu stałoby się o wiele sprawniejsze. Jewell powiedział, że firma Siemens podjęła wyzwania ?dzięki wykorzystaniu technologii plug-and-play oraz zrozumieniu natury wykorzystywanych procesów?. Zauważył także, że komponent wykonawczy w systemie funkcjonowałby także po odłączeniu systemu konfiguracji, w jeszcze większym stopniu dopełniając zdecentralizowaną strukturę.
Elektronika sterująca
Tworząc zdecentralizowaną sieć sterującą, która mimo to działa w pełnej harmonii z systemem organizacji pracy w zakładzie, GM i Siemens opracowały dla całego systemu optymalnie modułową, ale elastyczną architekturę. Ta metoda zastosowania całkowicie zintegrowanej automatyki nie tylko rozwiązuje problemy związane ze stosowaniem licznych rodzin sprzętu elektronicznego, ale także koordynuje całość przygotowywania kodu, funkcje bezpieczeństwa i wymiany informacji, scalając je we wzajemnie zależny, ale i wysoce elastyczny i inteligentny system sterowania.
Integracja ta jest najbardziej widoczna w modułowych i otwartych zespołach stojaków ze sterownikami i urządzeniami we/wy, rozsianych po całym zakładzie. Sterownik Siemens Simatic S7, platforma napędów Siemens Safety Integrated i wszystkie urządzenia we/wy, w tym anteny radiowe (RF) do odczytu etykiet RFID są skonfigurowane i umieszczone w tych zespołach.
Wykorzystując zdecentralizowaną i bezszafkową strukturę, GM łączy wysoce zintegrowane sterowanie wykorzystujące technologię RFID i łatwy dostęp. Profinet zapewnia szybką, niezawodną sieć z minimalnym wpływem na przepustowość lub dodatkowe obciążenie sieci nakładane w tym zakładzie. Profinet nie wymagał stosowania żadnych specjalnych układów elektronicznych, co także zapewniło oszczędności. Jeremy Bryant stwierdził: ? Tylko kilka podzespołów przesyła dane w systemie Profibus. Wszystkie pozostałe urządzenia wejścia/wyjścia i podzespoły automatyki komunikują się poprzez Profinet.
Wszystkie funkcje operacyjne, wizualizacyjne i diagnostyczne sprawnie połączono w spójnym systemie sterowania zwanym pakietem Transline HMI Lite CE. Pakiet ten zapewnia jednolite interfejsy użytkownika do funkcji roboczych i diagnostycznych na większości obrabiarek, linii przesyłowych, robotów, urządzeń montażowych, czujników i systemów wizualizacyjnych w całym zakładzie. Można go także skonfigurować tak, by spełniał określone potrzeby i preferencje użytkownika. Transline HMI Lite CE przesyła przydatne informacje do systemu SIFACS.
Centrum informacyjne
Współpracując z ekspertami w dziedzinie procesów z firm GM i Elite Engineering, pracownicy Siemensa stworzyli SIFACS, rozwiązanie, które integruje bazowy system informatyczny GM z całością elektroniki i oprogramowania sterującego dla każdej operacji montażowej i stanowiska testowego. SIFACS w znacznym stopniu koncentruje się na integracji głównych bloków oprogramowania sterowników PLC i funkcji stanowisk z etykietami RFID na każdej z palet zawierających materiały poddawane obróbce. Jest sercem systemu zarządzania informacjami dla linii, gdyż koordynuje wszystkie informacje o zapotrzebowaniu z serwera GM i stanowisk konfiguracyjnych FACS, a następnie przesyła informacje, wykorzystując Profinet.
SIFACS łączy funkcje zarządzania cyklem życia linii produkcyjnej FACS, wyposażając w nie wszystkie sterowniki PLC, interfejsy człowiek-maszyna, rozruszniki, konwertery częstotliwości, napędy z funkcjami bezpieczeństwa i inne urządzenia sterujące na stanowiskach obrabiarek, stanowiskach montażowych i testowych. W podobny sposób dane zwrotne z wszystkich etykiet RFID, inteligentnych czujników, interfejsów RS-232, skanerów ręcznych i innych urządzeń we/wy są śledzone i zbierane przez SIFACS w celu szczegółowej analizy przez zarząd produkcji.
W ten sposób zdolność produkcyjna systemu jest dokładnie kontrolowana, a stanowiska liniowe można rekonfigurować przy użyciu mikrokarty pamięci umożliwiającej wymianę podzespołów, bez konieczności używania laptopa. Logika sterowników PLC, konfiguracja elektroniki oraz dane procesowe są zapisane na karcie, która podłączona jest za pośrednictwem interfejsu z jednym portem Profibus i trzema portami ethernetowymi w celu zapewnienia błyskawicznej wymiany danych.
Wszystkie inteligentne urządzenia zainstalowane w linii są także podłączone poprzez interfejs z rozwiązaniem SIFACS, w tym systemy mocujące, systemy testujące pod kątem szczelności i tłoczące, a także czytniki kodów paskowych, drukarki kodów paskowych, przeguby robotów i urządzenia transportowe, systemy wizualizacyjne i bramy protokołu. Na najbardziej praktycznym z poziomów nawet przesył struktur danych do wyświetlaczy informujących o wystąpieniu problemu związanego z jakością lub procesem jest zintegrowany za pośrednictwem SIFACS przez rezydentny system IT.
? Nowy system zintegrowano z funkcjonalnością eFACS Elite Engineering, która nawiązuje i monitoruje połączenia, a także obsługuje wymianę danych dotyczących konfiguracji, procesu i statusu oraz zarządzanie danymi konfiguracji modelu. Dalsze udoskonalenia FACS i SIFACS wprowadza się w innych zakładach GM na całym świecie ? mówi Jewell.
Integracja automatyki i informacji umożliwia tworzenie stabilnych, elastycznych scenariuszy produkcyjnych. Elektroniki sterującej i obsługującej stanowiska nie trzeba wymyślać od nowa dla każdego nowego modelu. Linię można stale rekonfigurować bez konieczności przerywania pracy. Pracownicy mogą śledzić aktualną wydajność linii w czasie rzeczywistym i sugerować usprawnienia, które można wprowadzać niemal natychmiast.
GM Toledo zainwestowało 872 miliony dolarów w produkcję układów przeniesienia napędu w zakładzie o powierzchni prawie 186 tysięcy metrów kwadratowych i inwestycja ta się zwraca. Linia produkcyjna ekonomicznych układów przeniesienia napędu Hydra-matic 6L80 z napędem na tylną oś sąsiaduje z układami GF6 produkowanymi na nowszej linii przy użyciu nowego systemu sterowania. Gdy potrzebne jest przebalansowanie, zwiększenie lub zmniejszenie wydajności produkcji lub gdy na linię trafia nowy model, zmiany można szybko wprowadzić.
? Od naszej pierwszej instalacji w Ramos Arizpe (Meksyk) do zakładu w Toledo, obserwujemy wspaniałe rezultaty ? mówi Jewell. ? Czynności, które trwały miesiącami, skrócono do tygodni, a to, co trwało tygodniami, skrócono do godzin. Krótszy jest etap zwiększania produkcji, a do tego zalety związane z wprowadzaniem zmian i balansowaniem linii już udowadniają, że inwestycja się opłaciła.
CE