我國汽車生產自動化系統的發展趨勢
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企業：控制網
領域：人機界面
行業：金融/保險
- 點擊數：1826 發布時間：2008-02-02 08:58:27
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由于中國巨大的汽車市場，各個國際汽車巨頭目前紛紛在中國各地投資建廠，汽車制造商為了擴大品牌占有率和汽車銷售，會對原有廠房或生產線進行擴建或改造，同時，由于汽車廠商的建廠、改造，必然會帶動相關零部件廠商間的競爭，從而零部件廠商也會為了擴大生產而采取相應措施，因此，需要越來越先進的生產設備和系統來擴大自己的生產、增進效率、降低成本。汽車自動化系統的發展成為了業界矚目的焦點之一。
1 汽車制造自動化系統的最新發展及方向
目前自動化系統發展的一個主要趨勢，是控制器功能的集成化，以及通訊的集成化。長久以來，由于技術的限制，在一個自動化系統中需要使用多種，來自多個廠商的專一功能的控制設備，比如一般控制任務的PLC；安全控制用的PLC；運動控制用控制器；伺服控制用控制器；等等。相應地在通訊上，有一般控制任務的現場總線；用于安全控制的安全總線；用于運動控制的通訊；等等。
這樣集成得到的系統，復雜性高，無論系統集成商，還是設備使用維護方，除了掌握各種不同的技術外，還必須適應不同廠商產品的不同設計習慣，不同的軟件編制風格。還有，不同系統之間的接口和通訊進一步增加了系統的復雜性。而且從一定程度上，降低了系統的性能。
現在，集成了上述幾個和全部控制功能的控制器越來越多。比如集成了一般控制功能和安全控制功能的PLC，集成了PLC功能和運動伺服控制功能的基于PC的控制器，等等。同時在通訊領域也在發生重大變化，以太網借著在一般網絡上取得的巨大成功，已經在工業領域逐步深入，開始牢牢確立自己的地位。集多種通訊功能于一身的以太網產品已經出現，隨著技術的逐漸成熟，產品的逐漸豐富，以太網技術是目前能夠看到的一統江湖的通訊網絡。
汽車行業有自己的特點，就是高可靠性，高利用率，設備的高壽命。這些特點，決定了在選用自動化產品時，普遍比較謹慎，不敢為天下先，一般傾向選擇成熟的產品。因此這些新的技術何時能夠大規模進入汽車行業，就要看它們何時能夠積累起足夠的市場認可度。
2 工業控制網絡將向有線和無線相結合方向發展
有線局域網以其廣泛的適用性和技術價格方面的優勢，獲得了成功，并得到了迅速發展。然而，在某些工業的生產現場，由于工業環境禁止、限制使用電纜或很難使用電纜，有線局域網很難發揮作用，因此無線局域網技術得到了發展和應用。隨著微電子技術的不斷發展，無線局域網技術將在工業控制網絡中發揮越來越大的作用。
無線方案的應用，在目前的市場需求環境之中是非常巨大的，包括個人的生活需求，商業環境需求，和生產制造環境的需求。由于無線應用解決方案的出現，為大家帶來了無數的方便性和靈活性。但是，在工業生產的需求領域中，如果無線的需求方案無法提供一個可信賴的、安全的操作實用性時，無線的解決方案就會變成一種危險的問題狀況。
無線網絡的方案，在制造行業的生產現場里，可以讓一個工廠變得更靈活，更方便。譬如說：在工廠的設備安裝的平面規劃時的柔性，在工廠的設備安裝面積利用率的提升，在工藝流程改造和移動時的簡單性等。當然，無線通訊的安全完全被保證，必須根據國家規范來加以限制，這是最基本的條件。
3 機器視覺、機器人技術在汽車制造行業的應用
“機器視覺”的用途很多，隨著20世紀90年代以來光電、自動化和計算機圖像處理技術的迅速發展，機器視覺已在包括汽車制造業在內的很多工業部門得到越來越廣泛的應用。這些領域包括批量生產條件下的精密測量、工件表面缺陷檢測、生產線中對零件標識和字符的自動識別以及判斷裝配結果是否正確等，在一些用于汽車制造業的專用設備，如刀具預調測量儀中，機器視覺也已替代了傳統的檢測方式。作為一種新穎而又實用的傳感技術，圖像檢測單元近年已實現產品化，一些知名的廠商，如日本的松下公司、德國的西門子公司等都推出了品種規格齊全的系列化產品，包括光源、攝像頭、處理器等，對圖像檢測技術的推廣應用創造了有利的條件。與此同時，所頒布的相關標準不但規范了生產，而且為用戶在不同情形下選用合適的檢測單元，更快、更好地進行系統設計提供了依據。
以汽車制造業為主的制造業發展促進了工業機器人的發展。汽車制造業屬于技術、資金密集型產業，也是工業機器人應用最廣泛的行業。在我國，工業機器人的最初應用是在汽車和工程機械行業，主要用于汽車及工程機械的噴涂及焊接。2000年開始，受國家宏觀政策調控及居民消費水平提高的影響，我國汽車工業進入了一個高速增長期。面對這種局面，國際汽車巨頭紛紛進入中國市場并與我國企業合資設廠或擴大原有生產規模，國內企業也紛紛轉型或加大對汽車行業的投資，整個行業增產擴能增加了對工業機器人需求。據不完全統計，最近幾年國內廠家所生產的工業機器人有超過一半是提供給汽車行業的，海關進出口增長數據與汽車行業增長數據具有較高的相關度。可知，汽車工業的發展是近幾年我國工業機器人增長的原動力之一。
4 汽車制造安全技術或產品的應用
汽車制造設備，尤其是沖壓設備，都是安全等級要求極高的設備，一直以來也是安全控制產品的主要應用領域，從很多安全產品和應用中，都能明顯看到這一點。由于法律和文化等諸多方面的原因，歐洲的安全技術和產品一直處于領先，應用也最為成熟和廣泛。
在我國，安全一直被放在很高的位置，但多數停留在“對人進行安全教育”的層面，認為安全事故的主因在人，把對技術措施的改進放在第二位。但是國外，尤其是歐洲多年推行安全技術，事故率大大降低。這一事實說明安全事故的預防也是一個技術問題，技術性的措施比對人的教育更加重要。
可喜的是，目前安全技術在國內的應用日益廣泛。雖然我國強制性的推行國際安全技術標準，但大多汽車制造廠對安全技術有比較嚴格的要求，帶動了安全技術在國內機器制造行業的應用。而且，隨著美國和日本逐漸重視安全技術，使得美國和日本的電氣控制巨頭們也推出了諸多具有競爭力的安全產品。對安全技術的應用有了更大的推動作用。
一般來說，安全控制系統應該包括安全輸入設備（如急停按鈕、安全門限位開關或聯鎖開關、安全光柵或光幕、雙手控制按鈕），安全控制電氣元件（如安全繼電器、安全PLC和安全總線）和安全輸出控制（如主回路中的接觸器、繼電器或閥等）。其中，安全PLC是在應用中值得重點關注的產品。所謂安全PLC，就是專門為條件苛刻的任務或安全相關的應用而設計的PLC，在其失效時不會對人員安全或過程安全帶來危險。在一臺安全PLC根據要求達到了特定的可靠性/故障概率等級時，就意味著它具有廣泛的自診斷能力，可以監測各個方面的硬件狀態、程序執行狀態和操作系統狀態。此外，安全PLC還必須能夠執行標準機構（例如TUV、FM等）認證的必須的故障安全動作，而這些故障安全動作都是根據特定的原則設計，并滿足國際安全標準（如IEC61508和EN954-1等）中定義的要求。另外，安全PLC還可能包括警衛保護預警和權限管理的內容，用來保護安全PLC不受來自外界的干擾。
從安全PLC供應商方面看，羅克韋爾自動化、歐姆龍、西門子A&D等巨頭紛紛采取一系列措施，推出自己的安全PLC產品，這些產品幾乎都符合IEC61508標準并得到了SIL3的等級認證。同時，都試圖將安全PLC與其他機械安全產品一起構成完整的機械安全解決方案。羅克韋爾自動化在美國舉辦的年度Automation Fair展覽會上設立了安全產品線獨立展區，產品線覆蓋從傳感、邏輯判斷到執行機構的每個環節，如安全按鈕、安全地毯、安全開關、安全繼電器、安全光幕、安全鐳射掃描器、集成安全功能的馬達啟動器與伺服電機、安全PLC（模塊式與分布式）、安全分布式I/O、安全網絡等。同時，羅克韋爾在安全PLC和安全繼電器方面還將不斷推出新品，Ethernet/IP safety安全以太網也即將推出。此外，西門子的安全 PLC也從豐田這樣的著名汽車商那里獲得青睞。目前，在世界范圍內的豐田汽車公司制造廠中，有3個安全 PLC 項目正在進行中，分別是Tahara（日本）、印第安納（美國）和劍橋（加拿大）。在 這3個工廠中使用的西門子安全PLC 總數大約為170個，共使用了大約2000個I/O模塊。
5 其他
在汽車制造領域，除了PLC和一般的控制元件外，市場的使用者還需求什么呢？
首先，是“信息收集管理”的方案。在一個復雜的汽車生產工藝之中，大量的信息收集、管理、應用是絕對必要的。當然，除了必要建構上位的生產管理系統之外，如何從現場取得精確而可靠的生產數據，就是一個絕對關鍵的必要手段。從傳統的人員手動識別方法，條形碼(Bar code)的應用方法之后，RFID（Radio Frequency Identification）可以說是一個更具備彈性，資料內存更大，而且可重復使用的優秀應用方案。
其次，為了每一臺汽車的品質保證、安全保證的目的，美國電子工業協會(ECC200規范)，美國汽車工業協會(ECC200規范)，日本汽車工業協會，日本汽車部品工業協會，國際標準規格ISO15394對此作了明確的規范。在規范的要求之下，每一個關鍵的汽車零部件，包括發動機每一個零部件、安全氣囊、避震器等等，都必須刻印上個別的單一的身份特別碼(Identification code)來加以管理，使用的是一維碼或二維碼。目前來講，這還只是一個剛剛開始的新規范，但是對于今后的汽車市場發展來說卻是絕對會被執行的。目前已經有幾家大型重要的汽車生產廠商開始導入這個規范。雖然在中國國內市場目前還沒有被要求導入，但是對于中國的汽車生產廠家來講，在面向國際市場需求的未來發展，這個工藝應用方向是完全必要的，是必須要實現的。
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北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號
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