November 1, 2025
Industry 4.0을 향한 자동차 제조의 대대적인 변화 과정에서 생산 라인의 효율성, 유연성 및 품질 관리 가능성은 기업의 핵심 경쟁력을 나타내는 핵심 지표가 되었습니다. 업계 디지털 혁신의 벤치마크인 GAC Motor Yichang Factory는 Siemens의 완전 통합 자동화(TIA) 솔루션을 통해 52초 만에 신차를 생산하는 업계 최고의 효율성을 달성했으며, Siemens PLC는 이러한 혁신을 지원하는 핵심 제어 센터입니다. 용접 작업장의 100% 자동 용접부터 최종 조립 작업장의 여러 차량 모델의 유연한 전환까지 PLC 시스템은 전체 생산 프로세스를 실행하여 기존 제조의 많은 문제점을 해결합니다.
화이트 바디의 용접 품질은 자동차의 안전 성능을 직접적으로 결정합니다. 각 자동차의 "흰색 차체"의 주요 구조에는 2000-3000개의 다양한 용접 지점이 포함되어 있으며 기존 샘플링 모드에서는 품질 위험을 제거하기 어렵습니다. 광저우 자동차 이창 공장의 용접 및 조립 작업장은 Siemens S7-1500 PLC를 주요 제어 코어로 채택하고 60대 이상의 용접 로봇을 포괄하는 완전 자동화된 제어 시스템을 구축하여 용접 공정의 정밀한 제어 및 품질 추적성을 달성했습니다.
시스템 아키텍처 설계 측면에서 기술 팀은 "마스터-슬레이브 협업" 모드를 채택합니다. S7-1500 PLC는 IO 컨트롤러 역할을 하고 여러 S7-1200 지능형 장치는 PROFINET 버스를 통해 분산 제어 노드로 연결되어 순환 중복 토폴로지 네트워크를 형성합니다. 이 아키텍처는 네트워크 중단 복구 시간을 200ms 이내로 제어할 뿐만 아니라 GET/PUT 명령을 통해 데이터 교환을 최적화하여 로봇 응답 지연을 15ms에서 3ms로 줄이고 여러 로봇 간의 동기식 용접 정확도를 보장합니다. ABB 용접 로봇의 교차 시스템 통합 요구 사항에 대응하여 로봇의 GSDML 파일을 가져와 TIA Portal에서 64바이트 솔더 조인트 좌표 입력 및 32바이트 상태 신호 출력 구성을 완료했으며 ProfiSafe 프로토콜을 사용하여 비상 정지 신호 <10ms의 빠른 응답을 달성하여 다양한 브랜드 장비 협업의 호환성 문제를 완전히 해결했습니다.
품질 관리 측면에서 Siemens PLC와 산업용 인공 지능 소프트웨어의 긴밀한 통합은 중요한 혁신이 되었습니다. PLC는 용접전류, 전압, 압력 등 12가지 공정변수를 실시간으로 수집하고 이를 엣지컴퓨팅 모듈을 통해 실시간 분석하고, 머신러닝 알고리즘을 기반으로 각 용접점의 품질을 예측한다. 특정 용접점의 전류 변동이 ±5% 임계값을 초과하면 PLC는 즉시 경보를 울리고 비정상적인 데이터를 기록하는 동시에 워크스테이션의 작동을 일시 중지하고 수동 검토를 기다립니다. 이 "실시간 모니터링 지능형 예측 정밀 개입" 모드는 용접 결함률을 60% 줄이고 품질 검사 효율성을 3배 높여 기존 파괴 테스트 방법을 완전히 대체합니다.
SUV, 세단 등 여러 차량 모델의 혼합 생산에 대한 수요에 직면한 GAC 이창 공장의 최종 조립 작업장은 Siemens PLC의 유연한 제어 기능을 활용하여 생산 공정을 신속하게 전환하고 장비의 효율적인 일정을 계획합니다. 워크샵 제어 시스템은 차체 운송, 부품 조립, 검사 등의 전체 프로세스를 포괄하는 PROFINET 버스를 통해 300개 이상의 실행 장치를 연결하는 분산 IO 모듈 ET200SP와 결합된 Siemens S7-1500 PLC를 채택합니다.
여러 차량 모델 간 전환 시 발생하는 문제점에 대응하여 기술 팀은 PLC의 공식 관리 기능을 활용하여 다양한 차량 모델의 조립 프로세스 매개변수(예: 조임 토크, 조립 순서, 감지 임계값 등)를 독립적인 공식으로 미리 설정합니다. 생산 계획이 변경되면 운영자는 HMI 인터페이스를 통해 전환 명령을 내리며 PLC는 10분 이내에 모든 장비 매개변수를 재설정할 수 있어 생산 라인 호환성이 80% 향상됩니다. 이를 통해 공장은 시장 주문 변화에 유연하게 대응할 수 있으며 단일 생산 라인에서 4개 차량 모델의 혼합 생산이 가능합니다.
물류 운송 과정에서 공장은 기존 컨베이어 벨트 대신 Siemens AGV 차량을 사용하고 PLC를 통해 지능적인 차량 운송 일정을 달성합니다. S7-1500 PLC는 AGV 위치, 배터리 잔량, 차량 모델 및 기타 데이터를 실시간으로 수집하고 생산 리듬에 따라 운송 경로를 동적으로 조정합니다. 특정 워크스테이션에 자재가 부족할 경우 PLC는 우선 배송을 위해 가장 가까운 AGV를 즉시 파견하여 워크스테이션에서의 대기 시간을 40% 줄입니다. 동시에 PLC로 제어되는 중부하 작업용 틸팅 EMS 리프팅 장치는 차체 양방향으로 110도 회전을 달성하여 내부 조립 작업 편의성을 크게 향상시키고 1인당 조립 효율성을 25% 높입니다.
다양한 작업장 간의 데이터 상호 운용성과 글로벌 최적화를 달성하기 위해 Siemens PLC는 제조 운영 관리 플랫폼 Opcenter와 긴밀하게 통합되어 주문 발행부터 완제품 배송까지 전체 프로세스에 대한 디지털 제어 시스템을 구축했습니다. S7-1500 PLC는 장비 OEE(종합 효율성), 에너지 소비, 결함 및 기타 데이터를 실시간으로 수집하고 이를 OPC UA 프로토콜을 통해 관리 플랫폼에 업로드합니다. 관리 인력은 시각적 인터페이스를 통해 각 생산 라인의 가동 상태를 모니터링할 수 있습니다.
장비 유지 관리 측면에서 PLC의 진단 버퍼와 OB82 인터럽트 구성 블록은 중요한 역할을 합니다. IO 모듈 오류가 감지되면 PLC는 오류 코드, 발생 시간 및 관련 장비를 즉시 기록하고 WeChat 알람 모듈을 통해 유지 관리 담당자의 휴대폰으로 푸시합니다. PLC로 수집된 로봇 관절 모터의 온도 및 토크 데이터를 결합함으로써 시스템은 잠재적인 장비 고장을 예측하고 계획되지 않은 가동 중지 시간을 40% 줄일 수 있습니다. 이러한 지능형 제어 조치를 통해 GAC 이창 공장 최종 조립 라인의 용접 주기가 장치당 120초에서 장치당 98초로 단축되어 궁극적으로 52초 만에 새 자동차를 생산하는 업계 최고의 효율성을 달성했습니다.
광저우 이창 공장에 Siemens PLC 시스템을 포괄적으로 적용함으로써 생산 효율성, 품질 관리 및 운영 비용 측면에서 여러 가지 획기적인 발전을 이루었습니다. 생산 라인의 자동화율이 100%에 도달하고 단일 교대 생산 능력이 50% 증가했습니다. 용접불량률은 0.8%에서 0.32%로 감소했고, 1차 합격률은 99.2%로 증가했다. 예측정비 및 에너지 최적화를 통해 장비 유지관리 비용을 35% 절감하고, 단위제품 에너지 소비량을 18% 절감하였습니다. GAC Motor Yichang 지점 차장인 Zhang Shaowei는 Siemens PLC를 핵심으로 하는 디지털 솔루션이 "Industry 4.0" 개념을 실제 생산 효율성으로 전환한다고 말했습니다.
이 사례는 정밀 제어, 유연한 적응 및 지능형 상호 연결이라는 핵심 장점을 갖춘 Siemens PLC가 자동차 제조의 특정 프로세스 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 전체 프로세스 디지털 생산 시스템을 구축하여 자동차 산업의 지능형 제조 혁신을 위한 견고한 기술 지원을 제공할 수 있음을 충분히 보여줍니다.
