No processo de transformação profunda da produção automóvel para a Indústria 4.0, a eficiência, flexibilidade e controlabilidade da qualidade das linhas de produção tornaram-se indicadores-chave da competitividade central das empresas. Como referência para a transformação digital no setor, a GAC Motor Yichang Factory alcançou eficiência líder do setor ao produzir um carro novo em 52 segundos com a solução de automação totalmente integrada (TIA) da Siemens, e o Siemens PLC é o principal centro de controle que dá suporte a esse avanço. Desde a soldagem 100% automatizada na oficina de soldagem até a troca flexível de vários modelos de veículos na oficina de montagem final, o sistema PLC percorre todo o processo de produção, resolvendo muitos pontos problemáticos na fabricação tradicional.
- Oficina de soldagem: AI+PLC realiza controle total do processo de qualidade da junta de solda
A qualidade da soldagem da carroceria branca determina diretamente o desempenho de segurança do carro. A estrutura principal da "corpo branca" de cada carro contém 2.000 a 3.000 tipos diferentes de pontos de soldagem, e o modo de amostragem tradicional é difícil de eliminar riscos de qualidade. A oficina de soldagem e montagem da Fábrica de Automóveis Yichang de Guangzhou adota o PLC Siemens S7-1500 como principal núcleo de controle e construiu um sistema de controle totalmente automatizado cobrindo mais de 60 robôs de soldagem, alcançando controle preciso e rastreabilidade de qualidade do processo de soldagem.
Em termos de projeto de arquitetura do sistema, a equipe técnica adota um modo de "colaboração mestre-escravo": o CLP S7-1500 serve como controlador IO e vários dispositivos inteligentes S7-1200 são conectados através do barramento PROFINET como nós de controle distribuídos, formando uma rede de topologia circular redundante. Esta arquitetura não apenas controla o tempo de recuperação de interrupção da rede em 200 ms, mas também otimiza a troca de dados por meio de instruções GET/PUT, reduzindo o atraso de resposta do robô de 15 ms para 3 ms, garantindo a precisão da soldagem síncrona entre vários robôs. Em resposta aos requisitos de integração de sistemas cruzados dos robôs de soldagem ABB, o arquivo GSDML do robô foi importado para completar a configuração de entrada de coordenadas de junta de solda de 64 bytes e saída de sinal de status de 32 bytes no Portal TIA, e o protocolo ProfiSafe foi habilitado para obter resposta rápida do sinal de parada de emergência <10ms, resolvendo completamente o problema de compatibilidade de colaboração de equipamentos de diferentes marcas.
Em termos de controle de qualidade, a profunda integração do PLC da Siemens e do software de inteligência artificial industrial tornou-se um avanço importante. O PLC coleta 12 parâmetros de processo, como corrente de soldagem, tensão e pressão em tempo real, analisa-os em tempo real por meio do módulo de computação de ponta e prevê a qualidade de cada ponto de soldagem com base no algoritmo de aprendizado de máquina. Quando a flutuação da corrente de um determinado ponto de soldagem ultrapassa o limite de ± 5%, o PLC aciona imediatamente um alarme e registra dados anormais, enquanto suspende a operação da estação de trabalho e aguarda a revisão manual. Este modo de "monitoramento em tempo real, previsão inteligente, intervenção precisa" reduz a taxa de defeitos de soldagem em 60% e aumenta a eficiência da inspeção de qualidade em três vezes, substituindo completamente os métodos tradicionais de testes destrutivos.
- Oficina de montagem final: controle flexível e suporte de comutação rápida para produção híbrida de vários veículos
Confrontada com a procura de produção mista de vários modelos de veículos, como SUVs e sedans, a oficina de montagem final da fábrica GAC Yichang utiliza a função de controlo flexível do PLC da Siemens para conseguir uma comutação rápida dos processos de produção e uma programação eficiente dos equipamentos. O sistema de controle da oficina adota PLC Siemens S7-1500 combinado com módulo IO distribuído ET200SP, que conecta mais de 300 dispositivos de execução através do barramento PROFINET, cobrindo todo o processo de transporte de carroceria, montagem de componentes, inspeção, etc.
Em resposta aos problemas de alternar entre vários modelos de veículos, a equipe técnica utiliza a função de gerenciamento de fórmula do PLC para predefinir os parâmetros do processo de montagem (como torque de aperto, sequência de montagem, limite de detecção, etc.) de diferentes modelos de veículos como fórmulas independentes. Quando o plano de produção muda, o operador emite um comando de comutação através da interface HMI, e o PLC pode redefinir todos os parâmetros do equipamento em 10 minutos, melhorando a compatibilidade da linha de produção em 80%. Esta capacidade permite que a fábrica responda com flexibilidade às mudanças nas ordens do mercado, e uma única linha de produção pode atingir a produção mista de quatro modelos de veículos.
No processo de transporte logístico, a fábrica utiliza carros Siemens AGV em vez das tradicionais correias transportadoras e consegue agendamento inteligente do transporte de veículos por meio de PLC. O PLC S7-1500 coleta em tempo real a posição do AGV, o nível da bateria, o modelo do veículo e outros dados, ajustando dinamicamente o caminho de transporte com base no ritmo de produção. Quando há falta de materiais em determinado posto de trabalho, o PLC despacha imediatamente o AGV mais próximo para entrega prioritária, reduzindo em 40% o tempo de espera no posto de trabalho. Ao mesmo tempo, o dispositivo de elevação EMS basculante para serviço pesado controlado por PLC atinge uma rotação de 110 graus em ambas as direções da carroceria do veículo, melhorando significativamente a conveniência operacional da montagem interna e aumentando a eficiência da montagem per capita em 25%.
- Colaboração de toda a oficina: o controle digital atinge a máxima eficiência de produção
A fim de alcançar a interoperabilidade de dados e a otimização global entre várias oficinas, o Siemens PLC foi profundamente integrado à plataforma de gerenciamento de operações de fabricação Opcenter para construir um sistema de controle digital para todo o processo, desde a emissão do pedido até a entrega do produto acabado. O PLC S7-1500 coleta em tempo real OEE (eficiência abrangente) do equipamento, consumo de energia, falhas e outros dados, e os carrega para a plataforma de gerenciamento através do protocolo OPC UA. O pessoal de gestão pode monitorar o status da operação de cada linha de produção por meio de uma interface visual.
Em termos de manutenção de equipamentos, o buffer de diagnóstico do PLC e o bloco de organização de interrupções OB82 desempenham um papel fundamental. Quando uma falha no módulo IO é detectada, o PLC registra imediatamente o código da falha, o horário da ocorrência e o equipamento associado, e os envia para o celular do pessoal de manutenção por meio do módulo de alarme WeChat. Ao combinar os dados de temperatura e torque dos motores das juntas do robô coletados pelo PLC, o sistema pode prever possíveis falhas do equipamento e reduzir o tempo de inatividade não planejado em 40%. Através destas medidas de controle inteligentes, o ciclo de soldagem da linha de montagem final na fábrica da GAC em Yichang foi reduzido de 120 segundos por unidade para 98 segundos por unidade, alcançando finalmente a eficiência líder do setor na produção de um carro novo em 52 segundos.
- Eficácia da aplicação: os dados testemunham o valor da atualização da fabricação inteligente
A aplicação abrangente do sistema PLC da Siemens na fábrica de Guangzhou Yichang alcançou vários avanços em eficiência de produção, controle de qualidade e custos operacionais: a taxa de automação da linha de produção atingiu 100% e a capacidade de produção em turno único aumentou 50%; A taxa de defeitos de soldagem diminuiu de 0,8% para 0,32%, e a taxa de primeira passagem aumentou para 99,2%; Através da manutenção preditiva e da otimização energética, os custos de manutenção dos equipamentos foram reduzidos em 35% e o consumo unitário de energia do produto foi reduzido em 18%. Como disse Zhang Shaowei, vice-gerente geral da filial da GAC Motor Yichang, a solução digital com PLC da Siemens como núcleo realmente transforma o conceito de "Indústria 4.0" em eficiência real de produção.
Este caso demonstra plenamente que o PLC da Siemens, com suas principais vantagens de controle preciso, adaptação flexível e interconexão inteligente, pode não apenas resolver pontos problemáticos específicos do processo na fabricação automotiva, mas também construir um sistema de produção digital de processo completo, fornecendo suporte técnico sólido para a transformação da fabricação inteligente da indústria automotiva.
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