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技術文章

汽車零部件制造中工業電腦的應用

    汽車零部件制造中工業電腦的應用
  基于PC的控制已經滲透到工業領域的通訊,操作界面,生產監控以及其他更為廣泛的領域。PC機也已經可以成為應用軟件及工具的主機平臺,而這些軟件或工具將有助于生產流水線的診斷、數據的管理、以及其他的一些工廠級功能。

  然而,還有另外一種層次的基于PC的技術,該層次的技術在生產線以及產品制造上執行真正意義的實際控制。由于基于PC的控制技術早期留給大家的印象是“不夠可靠”,而產品生產的過程控制又顯得相對更為關鍵,因此該層次的技術難免使人覺得有吹噓的成分,甚至很勉強的稱之為“基于PC的”。這種真正意義上的基于PC的控制,其應用的領域還較少有文章記載。在此處列舉的幾個例子,或多或少的展示了此類應用蓬勃發展的冰山一角。
  一個正在改變的印象
  基于PC的控制,隨著用戶逐步對其建立信心,它在大家心目中的印象也在慢慢改變。另外,應用在基于PC的控制領域中的最為典型的硬件,也不再是“對用戶價格有利”的個人電腦(就像你給家中或辦公室買的那種)。
很多工業級的電腦(IPC)都是為工業上的特殊應用而專門設計的。這種設計導致的直接效果是:工業級的電腦(IPC)具有更高的可靠性,因為它已經消除了可動部件-如硬盤驅動及冷卻風扇等,同時,有些部件為達成某特殊任務,已替換為閃存、固態裝置以及插件卡板。有時,為了適用某些應用場合,可以將整個工業級電腦(IPC)做成一塊單板機的形式。在使用中,相關的測試更增加了這些板級產品的可靠性。
  在軟件方面,基于PC的控制培育了更多高水平的編程語言的發展,并且PC本身成為編程工具。當今的PC技術也允許模擬仿真功能,同時也能簡化系統啟動。
  Spicer Driveshaft Manufacturing Inc.制造公司(Dana汽車系統集團的一部分)使用由City Machine Tool & Die Co. Inc. (Muncie,IN)公司設計制造的CNC Trunnion制造系統,來提高用在Spicer驅動軸裝配系統上的萬向節和套軸的產量。根據City Machine公司的說法,由于他們所提供的Trunnion制造系統,不但可以處理多達六個的操作,而且還可進行單一控制的規劃,甚至能夠高效的進行工具的轉換,因此,從某種程度上說,這套系統代表了一種設計上的挑戰。這些多站點標定分度機-(類似于刻度盤式的分度機,適用于除水平導向旋轉軸以外的其他場合),也可以滿足正在增長的、覆蓋區域尺寸為150x189x121英寸(寬x長x高)的小型機器的需要。 Trunnion機器將帶有‘基于PC控制’的、單一的Rexroth MTC200 CNC系統,與Bosch Rexroth Electric驅動與控制分部區分開來。
  City Machine公司工程部經理Dennis Kelly解釋說,Trunnion系統上的每個站均可執行單獨的操作,其范圍從鉆孔、攻絲、套絲(扣)一直到整個CNC的轉體和鏜孔。他還補充說,能夠進行工具的高效更換是非常重要的。如果操作工為了加工不同的零部件,需要重新更換工具時,他們應該希望能夠比較容易地進行相關程序及偏移量的轉換,以及其他那些由部件所決定的信息的轉換。而以上一切,只有當所有相關系統得到很好的整合,且運行得如同一套系統時,才有可能實現。
  對Rexroth MTC200系統而言,據說其單單一套系統,在協調自動化的處理和測量系統時,就可以同時控制多達七套獨立的CNC加工處理過程,并且可以操縱多套與不同的主軸滑動組相關的加工操作。Bosch Rexroth公司自動化及加工工具分部經理Karl Rapp解釋說,最多可有32根軸分別分配給七套CNC來進行加工,MTC200系統完成以下加工工序所需的所有功能:3-D,圓弧,螺旋補插,極坐標變換,主軸同步,同步跟隨及構架式軸。
  按照Rapp的說法,所有CNC系統最本質的特性-CNC的運動控制以及PLC的邏輯控制,在位于PC內的插件式模塊上都可以實現?!斑@種解決方案的優點是機器的整體性能并不取決于PC機和微軟視窗的操作系統。在這樣一種高密度的多軸計算機器體系之中,所有CNC之間信息的及時溝通就顯得非常關鍵,此處這種通訊溝通是通過ISA/PCI總線來實現的?!彼M一步補充說。
  “可用性”是Trunnion系統設計的關鍵,這也是大家之所以選擇Rexroth公司基于PC的MTC200 CNC系統作為機械加工控制的最主要的理由。Kelly說,“我們需要系統具備這種能力-能夠儲存并重復調用適用于不同部件的多種程序。我們的加工機器需要制造大量不同的零部件,而一臺由PLC控制的機器,每當操作工想生產制造一種新的零部件系列時,就需要重新編程。而現在當我們使用基于PC的控制系統時,只要根據部件號,從程序菜單中選擇相應子項,輕輕一點,就可以一蹴而就了。相關程序會自動調入,機器的控制已經準備就緒,隨時可以投入使用?!?/b>
  Kelly繼續說,“我們原本也想考慮使用PLC,但是我們的控制需求實在是太復雜了?,F有基于PC的控制系統,僅僅依靠其自身的控制器,就可以完成原有的PLC系統要與很多第三方系統結合后才能夠實現的功能。這樣,我們的顧客就可以獲得這樣一種簡單易學、調試方便的控制系統,并且使得生產部件的更換變得更加簡單、快速?!?br />  通過尋找國內外汽車制造商在零配件、模擬設計、整車裝配、回收處理四個環節的差距,闡明汽車制造業的本質——即長期的積累和持續的改進。汽車工業是一個系統工程,每一輛車都有上萬個零件所組成,要保證每一輛車的質量如一,首先就要保證每個零件的穩定。因此,持續改進的前提就是要保證一個穩定的輸入。其次,當代的汽車研發已進入了三維模擬設計時間。面對數字化的變革,汽車制造商不僅僅需要考慮購買先進的仿真系統,縮小硬件差距,更需要扎扎實實地積累實驗參數。只有積累了大量的經驗數據,才可以實現高效的建模。再次,實際的汽車裝配階段需要精益求精的實施過程。只有通過裝配流程的不斷優化,整車廠才可以將裝配過程的誤差控制在極小的波動范圍,并將穩定的零件和高效的建模付諸于最終的汽車產品一個穩定的輸出。最后,一個汽車產品推向市場不是汽車制造的終結,而是一個全新死循環工程的開始。通過先進的追蹤系統,汽車制造商需要將質量的回饋融入到研發和制造的每一個環節中,通過持續的改進推出更好的產品。
  汽車制造業概述19世紀德國的戈特利布?戴姆勒和卡爾?本茨發明了汽車,從此極大改變了人們的出行方式、生活方式甚至是思維方式。從歐洲到美國,再到日本,汽車的普及既是一種生活效率與質量提升的標志,更是一種生產力格局的改變。世界汽車工業經過近150年的發展,在上述三個地區逐漸形成了三大車系的分布。由于地理環境、經濟發展、人口狀況、消費者文化的不同,三大車系形成了自己固有的風格,在全球汽車工業的競爭中各樹一幟,各領風騷。歐洲文化孕育出的工程師孜孜不倦地追求完美技術,并堅定地認為歐洲的車就是世界的車,無需為當地市場做出特定改變,因此奔馳、寶馬、奧迪在全世界的設計都是一樣的。所以歐洲車素以其基因、血統純正并且技術完美而聞名于世。日本車系則與歐洲車系的理念完全不同,其與歐洲車廠和美國車廠最大的不同是沒有足夠大的國內市場。為了生存和發展,日本車廠必須立足全球市場,盡可能的實現本地化,甚至忘掉自己的本土車型。因此日本車系是完全的全球化市場導向,技術為市場服務。
  歐洲車系以技術為導向,日本車系以市場為導向,美國車系又憑借什么本領生存與發展呢?美國幅員遼闊,經濟發達,國內市場具備極強的購買力,這使得美國的汽車消費能力居全球之最。而美國的“浪費”文化更始孕育了美國車系大而奢華的特點。三大車系各領風騷,無論其焦點是技術、文化還是市場,它們得以在競爭日趨白熱化的市場中生存并且發展都離不開一個共有的特性——長期的積累和持續的改進。這正是我們即將探討的汽車制造業本質所在。我們將把這一本質的核心貫穿于穩定輸入、高效建模、精益制造、質量追蹤四個環節,論述如何將長期的積累與持續的改進這一思想精髓植入汽車制造的每個流程中,使汽車制造業真正具有生存與發展的實力,獲得決勝市場的能力。第二節零配件的穩定性汽車制造是個系統工程,每個制造工序緊密相連,它們共同決定了汽車的性能與質量。正如燒菜一樣,每個制作環節都決定了菜的味道。那么,大廚燒一道好菜是前提條件是什么?是高檔的材料,特殊的秘方還是廚藝精湛的大廚?好像都不對。試想一下,一份讓人垂涎欲滴的生炒肉排,它由質量穩定的肉排、青椒、紅椒、菠蘿、雞蛋、粟粉,以及若干調料組成,要是今天青椒太甜,菠蘿太生;明天紅椒太辣,肉排太老,那么再好的大廚也無法保障一道好菜的質量。因此,燒一份好菜的基礎是必須有穩定的材料來源。廚房的原材料質量不穩定,將影響其菜品的味道,后果是影響消費者的胃口和心情??善囍圃斓脑牧腺|量如果不穩定,則是把消費者的性命置于危險的境地。毋庸置疑,穩定的零配件是汽車制造這個系統工程走向成功的第一個核心競爭力,奠定了汽車質量優秀、性能卓越的基礎。
  那么,什么是穩定?穩定并不是追求質量的完美無缺,而是保證零配件的質量不會隨著大批量生產而改變?!?、輸在起跑在線:本土零件的穩定性差距原來決定汽車制造的競爭能力從零配件環節已經開始,那么我們的本土汽車零件制造商是否為我們成為汽車制造強國做好了充分的準備?先來看一些真實的故事??鐕揞^為降低整車制造成本,紛紛向華拋出零配件采購大單,在華尋找供貨商①。2007年,福特汽車公司CEO把26億美元的零件采購大單投往中國,在中國尋找合適的供貨商??速囁估占瘓F總裁兼首席執行官湯姆萊索達則宣布,為了將每輛車的成本降低1000美元,需要轉移到亞洲國家來生產汽車,他表示,傾向于選擇素以“制造大國”、“成本低廉”而著稱的中國。

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