Dans le processus de transformation profonde de la construction automobile vers l'Industrie 4.0, l'efficacité, la flexibilité et la contrôlabilité de la qualité des lignes de production sont devenues des indicateurs clés de la compétitivité fondamentale des entreprises. En tant que référence en matière de transformation numérique dans l'industrie, GAC Motor Yichang Factory a atteint une efficacité de pointe en produisant une nouvelle voiture en 52 secondes grâce à la solution d'automatisation entièrement intégrée (TIA) de Siemens, et Siemens PLC est le centre de contrôle principal qui soutient cette avancée. Du soudage 100 % automatisé dans l'atelier de soudage au changement flexible de plusieurs modèles de véhicules dans l'atelier d'assemblage final, le système PLC parcourt l'ensemble du processus de production, résolvant de nombreux problèmes de la fabrication traditionnelle.
- Atelier de soudage : AI+PLC réalise un contrôle complet du processus de qualité des joints de soudure
La qualité du soudage de la carrosserie blanche détermine directement les performances de sécurité de la voiture. La structure principale de la « carrosserie blanche » de chaque voiture contient 2 000 à 3 000 types différents de points de soudure, et le mode d'échantillonnage traditionnel est difficile à éliminer les risques de qualité. L'atelier de soudage et d'assemblage de l'usine automobile de Guangzhou Yichang adopte le PLC Siemens S7-1500 comme noyau de contrôle principal et a construit un système de contrôle entièrement automatisé couvrant plus de 60 robots de soudage, permettant un contrôle précis et une traçabilité de la qualité du processus de soudage.
En termes de conception de l'architecture du système, l'équipe technique adopte un mode « collaboration maître-esclave » : l'automate S7-1500 sert de contrôleur IO et plusieurs appareils intelligents S7-1200 sont connectés via le bus PROFINET en tant que nœuds de contrôle distribués, formant un réseau topologique circulaire redondant. Cette architecture contrôle non seulement le temps de récupération après interruption du réseau dans un délai de 200 ms, mais optimise également l'échange de données via les instructions GET/PUT, réduisant ainsi le délai de réponse du robot de 15 ms à 3 ms, garantissant ainsi une précision de soudage synchrone entre plusieurs robots. En réponse aux exigences d'intégration inter-systèmes des robots de soudage ABB, le fichier GSDML du robot a été importé pour compléter la configuration de l'entrée de coordonnées de joint de soudure de 64 octets et de la sortie du signal d'état de 32 octets dans le portail TIA, et le protocole ProfiSafe a été activé pour obtenir une réponse rapide du signal d'arrêt d'urgence <10 ms, résolvant complètement le problème de compatibilité de la collaboration entre les équipements de différentes marques.
En termes de contrôle qualité, l'intégration profonde des automates Siemens et des logiciels d'intelligence artificielle industrielle est devenue une avancée majeure. Le PLC collecte 12 paramètres de processus tels que le courant de soudage, la tension et la pression en temps réel, les analyse en temps réel via un module informatique de pointe et prédit la qualité de chaque point de soudage sur la base d'un algorithme d'apprentissage automatique. Lorsque la fluctuation actuelle d'un certain point de soudure dépasse le seuil de ± 5 %, l'automate déclenche immédiatement une alarme et enregistre des données anormales, tout en suspendant le fonctionnement du poste de travail et en attendant un examen manuel. Ce mode « surveillance en temps réel, prédiction intelligente, intervention précise » réduit le taux de défauts de soudage de 60 % et augmente l'efficacité du contrôle qualité de trois fois, remplaçant complètement les méthodes de test destructives traditionnelles.
- Atelier d'assemblage final : contrôle flexible et prise en charge de commutation rapide pour la production hybride multi-véhicules
Face à la demande de production mixte de plusieurs modèles de véhicules tels que les SUV et les berlines, l'atelier d'assemblage final de l'usine GAC Yichang utilise la fonction de contrôle flexible du PLC Siemens pour obtenir une commutation rapide des processus de production et une planification efficace des équipements. Le système de contrôle d'atelier adopte l'automate Siemens S7-1500 combiné au module IO distribué ET200SP, qui connecte plus de 300 dispositifs d'exécution via le bus PROFINET, couvrant l'ensemble du processus de transport de la carrosserie du véhicule, d'assemblage de composants, d'inspection, etc.
En réponse aux problèmes liés à la commutation entre plusieurs modèles de véhicules, l'équipe technique utilise la fonction de gestion de formules du PLC pour prédéfinir les paramètres du processus d'assemblage (tels que le couple de serrage, la séquence d'assemblage, le seuil de détection, etc.) de différents modèles de véhicules sous forme de formules indépendantes. Lorsque le plan de production change, l'opérateur émet une commande de commutation via l'interface HMI et le PLC peut réinitialiser tous les paramètres de l'équipement en 10 minutes, améliorant ainsi la compatibilité de la ligne de production de 80 %. Cette capacité permet à l'usine de répondre de manière flexible aux changements dans les commandes du marché, et une seule ligne de production peut réaliser une production mixte de quatre modèles de véhicules.
Dans le processus de transport logistique, l'usine utilise des voitures Siemens AGV au lieu des bandes transporteuses traditionnelles et réalise une planification intelligente du transport des véhicules via PLC. Le PLC S7-1500 collecte en temps réel la position de l'AGV, le niveau de la batterie, le modèle du véhicule et d'autres données, ajuste dynamiquement le chemin de transport en fonction du rythme de production. Lorsqu'il y a une pénurie de matériaux sur un certain poste de travail, l'automate envoie immédiatement l'AGV le plus proche pour une livraison prioritaire, réduisant ainsi le temps d'attente au poste de travail de 40 %. Dans le même temps, le dispositif de levage EMS inclinable et robuste contrôlé par PLC réalise une rotation de 110 degrés dans les deux sens de la carrosserie du véhicule, améliorant considérablement la commodité opérationnelle de l'assemblage intérieur et augmentant l'efficacité de l'assemblage par habitant de 25 %.
- Collaboration dans tout l'atelier : la commande numérique permet d'obtenir une efficacité de production maximale
Afin d'assurer l'interopérabilité des données et l'optimisation globale entre les différents ateliers, Siemens PLC a été profondément intégré à la plateforme de gestion des opérations de fabrication Opcenter pour créer un système de contrôle numérique pour l'ensemble du processus, depuis l'émission de la commande jusqu'à la livraison du produit fini. L'automate S7-1500 collecte en temps réel l'OEE (efficacité globale), la consommation d'énergie, les défauts et d'autres données de l'équipement, et les télécharge sur la plate-forme de gestion via le protocole OPC UA. Le personnel de direction peut surveiller l'état de fonctionnement de chaque ligne de production via une interface visuelle.
En termes de maintenance des équipements, le tampon de diagnostic de l'automate et le bloc d'organisation des interruptions OB82 jouent un rôle clé. Lorsqu'un défaut du module IO est détecté, l'automate enregistre immédiatement le code d'erreur, l'heure d'apparition et l'équipement associé, et le transmet au téléphone portable du personnel de maintenance via le module d'alarme WeChat. En combinant les données de température et de couple des moteurs articulés du robot collectées par PLC, le système peut prédire les pannes potentielles de l'équipement et réduire les temps d'arrêt imprévus de 40 %. Grâce à ces mesures de contrôle intelligentes, le cycle de soudage de la chaîne d'assemblage final de l'usine GAC Yichang a été raccourci de 120 secondes par unité à 98 secondes par unité, atteignant finalement une efficacité de pointe en produisant une nouvelle voiture en 52 secondes.
- Efficacité des applications : les données témoignent de la valeur de la mise à niveau de la fabrication intelligente
L'application complète du système PLC Siemens dans l'usine de Guangzhou Yichang a réalisé de multiples avancées en matière d'efficacité de production, de contrôle qualité et de coûts d'exploitation : le taux d'automatisation de la ligne de production a atteint 100 % et la capacité de production en une seule équipe a augmenté de 50 % ; Le taux de défauts de soudage a diminué de 0,8 % à 0,32 % et le taux de première réussite a augmenté à 99,2 % ; Grâce à la maintenance prédictive et à l'optimisation énergétique, les coûts de maintenance des équipements ont été réduits de 35 % et la consommation énergétique unitaire des produits a été réduite de 18 %. Comme l'a déclaré Zhang Shaowei, directeur général adjoint de la succursale de GAC Motor à Yichang, la solution numérique avec Siemens PLC comme noyau transforme véritablement le concept « Industrie 4.0 » en une réelle efficacité de production.
Ce cas démontre pleinement que Siemens PLC, avec ses principaux avantages de contrôle précis, d'adaptation flexible et d'interconnexion intelligente, peut non seulement résoudre des problèmes de processus spécifiques dans la fabrication automobile, mais également construire un système de production numérique de processus complet, fournissant un support technique solide pour la transformation de la fabrication intelligente de l'industrie automobile.
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