Im Prozess der tiefgreifenden Transformation des Automobilbaus hin zu Industrie 4.0 sind Effizienz, Flexibilität und Qualitätskontrollierbarkeit von Produktionslinien zu Schlüsselindikatoren für die zentrale Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen geworden. Als Maßstab für die digitale Transformation in der Branche hat die GAC Motor Yichang Factory mit der vollständig integrierten Automatisierungslösung (TIA) von Siemens eine branchenführende Effizienz bei der Produktion eines neuen Autos in 52 Sekunden erreicht, und Siemens PLC ist das zentrale Kontrollzentrum, das diesen Durchbruch unterstützt. Vom 100 % automatisierten Schweißen in der Schweißwerkstatt bis zum flexiblen Wechsel mehrerer Fahrzeugmodelle in der Endmontagewerkstatt durchläuft das SPS-System den gesamten Produktionsprozess und löst so viele Schwachstellen in der traditionellen Fertigung.
- Schweißwerkstatt: AI+PLC realisiert die vollständige Prozesskontrolle der Lötstellenqualität
Die Schweißqualität der weißen Karosserie bestimmt direkt die Sicherheitsleistung des Fahrzeugs. Die Hauptstruktur der „weißen Karosserie“ jedes Autos enthält 2000 bis 3000 verschiedene Arten von Schweißpunkten, und der herkömmliche Probenahmemodus ist schwierig, Qualitätsrisiken auszuschließen. Die Schweiß- und Montagewerkstatt der Guangzhou Automobile Yichang Factory verwendet die Siemens S7-1500-SPS als Hauptsteuerungskern und hat ein vollautomatisches Steuerungssystem für mehr als 60 Schweißroboter aufgebaut, das eine präzise Steuerung und Qualitätsrückverfolgbarkeit des Schweißprozesses ermöglicht.
Was den Entwurf der Systemarchitektur betrifft, wendet das technische Team einen Modus der „Master-Slave-Zusammenarbeit“ an: Die S7-1500-SPS dient als IO-Controller, und mehrere intelligente S7-1200-Geräte sind über den PROFINET-Bus als verteilte Steuerknoten verbunden und bilden ein kreisförmiges, redundantes Topologienetzwerk. Diese Architektur steuert nicht nur die Wiederherstellungszeit nach einer Netzwerkunterbrechung innerhalb von 200 ms, sondern optimiert auch den Datenaustausch durch GET/PUT-Anweisungen, wodurch die Reaktionsverzögerung des Roboters von 15 ms auf 3 ms reduziert wird und eine synchrone Schweißgenauigkeit zwischen mehreren Robotern gewährleistet wird. Als Reaktion auf die systemübergreifenden Integrationsanforderungen von ABB-Schweißrobotern wurde die GSDML-Datei des Roboters importiert, um die Konfiguration der 64-Byte-Lötstellenkoordinateneingabe und der 32-Byte-Statussignalausgabe im TIA-Portal abzuschließen. Außerdem wurde das ProfiSafe-Protokoll aktiviert, um eine schnelle Reaktion des Notstoppsignals <10 ms zu erreichen, wodurch das Kompatibilitätsproblem der Zusammenarbeit verschiedener Markengeräte vollständig gelöst wurde.
Im Hinblick auf die Qualitätskontrolle ist die tiefe Integration von Siemens-SPS und industrieller Software für künstliche Intelligenz zu einem entscheidenden Durchbruch geworden. Die SPS erfasst 12 Prozessparameter wie Schweißstrom, Spannung und Druck in Echtzeit, analysiert sie in Echtzeit über das Edge-Computing-Modul und sagt die Qualität jedes Schweißpunkts basierend auf einem Algorithmus für maschinelles Lernen voraus. Wenn die Stromschwankung eines bestimmten Schweißpunkts den Schwellenwert von ± 5 % überschreitet, löst die SPS sofort einen Alarm aus und zeichnet abnormale Daten auf, während sie den Betrieb der Workstation unterbricht und auf eine manuelle Überprüfung wartet. Dieser Modus „Echtzeitüberwachung, intelligente Vorhersage und präzises Eingreifen“ reduziert die Schweißfehlerrate um 60 % und erhöht die Effizienz der Qualitätsprüfung um das Dreifache, wodurch herkömmliche zerstörende Prüfmethoden vollständig ersetzt werden.
- Endmontagewerkstatt: flexible Steuerung und schnelle Umschaltunterstützung für die Hybridproduktion mehrerer Fahrzeuge
Angesichts der Nachfrage nach gemischter Produktion mehrerer Fahrzeugmodelle wie SUVs und Limousinen nutzt die Endmontagewerkstatt des GAC Yichang-Werks die flexible Steuerungsfunktion der Siemens-SPS, um eine schnelle Umstellung der Produktionsprozesse und eine effiziente Planung der Ausrüstung zu erreichen. Das Werkstattsteuerungssystem nutzt die SPS S7-1500 von Siemens in Kombination mit dem verteilten E/A-Modul ET200SP, das mehr als 300 Ausführungsgeräte über den PROFINET-Bus verbindet und den gesamten Prozess des Fahrzeugkarosserientransports, der Komponentenmontage, der Inspektion usw. abdeckt.
Als Reaktion auf die Probleme beim Wechsel zwischen mehreren Fahrzeugmodellen nutzt das technische Team die Formelverwaltungsfunktion der SPS, um die Montageprozessparameter (wie Anzugsdrehmoment, Montagereihenfolge, Erkennungsschwelle usw.) verschiedener Fahrzeugmodelle als unabhängige Formeln voreinzustellen. Wenn sich der Produktionsplan ändert, gibt der Bediener über die HMI-Schnittstelle einen Schaltbefehl aus, und die SPS kann alle Geräteparameter innerhalb von 10 Minuten zurücksetzen, wodurch die Kompatibilität der Produktionslinie um 80 % verbessert wird. Diese Fähigkeit ermöglicht es der Fabrik, flexibel auf Änderungen der Marktaufträge zu reagieren, und eine einzige Produktionslinie kann eine gemischte Produktion von vier Fahrzeugmodellen erreichen.
Im logistischen Transportprozess verwendet das Werk AGV-Fahrzeuge von Siemens anstelle herkömmlicher Förderbänder und erreicht eine intelligente Planung des Fahrzeugtransports durch SPS. Die S7-1500-SPS erfasst in Echtzeit die Position des AGV, den Batteriestand, das Fahrzeugmodell und andere Daten und passt den Transportweg basierend auf dem Produktionsrhythmus dynamisch an. Wenn es an einem bestimmten Arbeitsplatz zu Materialmangel kommt, schickt die SPS sofort das nächstgelegene AGV zur vorrangigen Lieferung, wodurch die Wartezeit am Arbeitsplatz um 40 % verkürzt wird. Gleichzeitig erreicht die SPS-gesteuerte Hochleistungs-Kippvorrichtung EMS eine 110-Grad-Drehung der Fahrzeugkarosserie in beide Richtungen, wodurch der Bedienkomfort bei der Innenmontage erheblich verbessert und die Montageeffizienz pro Kopf um 25 % gesteigert wird.
- Zusammenarbeit in der gesamten Werkstatt: Digitale Steuerung sorgt für maximale Produktionseffizienz
Um Dateninteroperabilität und globale Optimierung zwischen verschiedenen Werkstätten zu erreichen, wurde Siemens PLC tief in die Fertigungsbetriebsmanagementplattform Opcenter integriert, um ein digitales Steuerungssystem für den gesamten Prozess von der Auftragserteilung bis zur Lieferung des fertigen Produkts aufzubauen. Die S7-1500-SPS erfasst in Echtzeit Geräte-OEE (umfassende Effizienz), Energieverbrauch, Fehler und andere Daten und lädt sie über das OPC UA-Protokoll auf die Verwaltungsplattform hoch. Das Managementpersonal kann den Betriebsstatus jeder Produktionslinie über eine visuelle Schnittstelle überwachen.
Im Hinblick auf die Gerätewartung spielen der Diagnosepuffer der SPS und der Interrupt-Organisationsbaustein OB82 eine Schlüsselrolle. Wenn ein E/A-Modulfehler erkannt wird, zeichnet die SPS sofort den Fehlercode, den Zeitpunkt des Auftretens und die zugehörige Ausrüstung auf und sendet ihn über das WeChat-Alarmmodul an das Mobiltelefon des Wartungspersonals. Durch die Kombination der von der SPS erfassten Temperatur- und Drehmomentdaten der Robotergelenkmotoren kann das System potenzielle Geräteausfälle vorhersagen und ungeplante Ausfallzeiten um 40 % reduzieren. Durch diese intelligenten Steuerungsmaßnahmen konnte der Schweißzyklus der Endmontagelinie im Werk von GAC Yichang von 120 Sekunden pro Einheit auf 98 Sekunden pro Einheit verkürzt werden, wodurch letztendlich eine branchenführende Effizienz bei der Produktion eines neuen Autos in 52 Sekunden erreicht wurde.
- Anwendungswirksamkeit: Daten belegen den Wert der Verbesserung der intelligenten Fertigung
Der umfassende Einsatz des SPS-Systems von Siemens im Werk Guangzhou Yichang hat zu mehreren Durchbrüchen bei Produktionseffizienz, Qualitätskontrolle und Betriebskosten geführt: Die Automatisierungsrate der Produktionslinie hat 100 % erreicht und die Produktionskapazität in einer Schicht ist um 50 % gestiegen; Die Schweißfehlerquote sank von 0,8 % auf 0,32 % und die Erstdurchlaufquote stieg auf 99,2 %; Durch vorausschauende Wartung und Energieoptimierung konnten die Kosten für die Gerätewartung um 35 % und der Energieverbrauch der einzelnen Produkte um 18 % gesenkt werden. Wie Zhang Shaowei, stellvertretender General Manager der GAC Motor Yichang Branch, sagte, wandelt die digitale Lösung mit Siemens PLC als Kern das „Industrie 4.0“-Konzept wirklich in tatsächliche Produktionseffizienz um.
Dieser Fall zeigt deutlich, dass Siemens PLC mit seinen Kernvorteilen präzise Steuerung, flexible Anpassung und intelligente Verbindung nicht nur spezifische Prozessprobleme in der Automobilfertigung lösen kann, sondern auch ein vollständiges digitales Produktionssystem aufbauen kann, das solide technische Unterstützung für die intelligente Fertigungstransformation der Automobilindustrie bietet.
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