Решение Advantech для роботизированного производства автомобилей

Введение

В автомобильной промышленности уже есть опыт успешного использования автоматизированных роботизированных систем, хотя пока это касалось лишь крупнейших предприятий. На таких производствах мощные манипуляторы с большой грузоподъемностью и большим радиусом действия свободно перемещаются, могут захватывать и устанавливать части кузова автомобиля, монтировать ветровое стекло или колеса, а роботы меньшего размера применяются для сварки и монтажа узлов, таких как, например, крепления.

В то же время с внедрением робото­техники связана важная проблема: многие обеспокоены тем, что автоматизированное производство лишит людей рабочих мест и, соответственно, приведет к социальной напряженности. Однако если посмотреть с другой стороны, то эти роботы защищают рабочих от контактов с вредными для здоровья веществами и вдыхания токсичных газов и испарений, горячего литья и прочих опасностей, типичных для автомобильного производства. Кроме того, роботы исключают человеческие ошибки, возникающие в результате утомительных монотонных операций и небрежности, вызванной усталостью, накапливаемой к концу рабочей смены, а тем более в ночных сменах в условиях непрерывного производства. Постоянно растущие темпы изготовления и вместе с тем высокая точность при производстве продукции, достигнутые благодаря роботизированным технологиям, дали автопроизводителям важное конкурентное преимущество, повысив качество продукции. Резюмируя сказанное, отметим, что основными причинами внедрения робототехники являются обеспечение безопасности персонала, повышение качества продукции и рост производительности, что в итоге снижает себестоимость конечной продукции.

Однако управление автоматизированным производством является весьма непростой задачей, особенно учитывая то, что для изготовления легкового автомобиля необходимы тысячи деталей, а на заводе в день нужно производить тысячи таких машин. Тем более производители, для того чтобы не отставать от спроса покупателей автомобилей, меняют модели на новые каждые несколько лет. Новые модели автомобилей часто требуют новых материалов, поэтому, как следствие, необходимо применять и новые инструменты, а также вносить те или иные изменения в производственные и технологические процессы. Для достижения высокого качества продукции и роста производительности в таких условиях необходима система планирования производства, управляемая компьютером. Именно она является основой для обеспечения требующейся гибкости процесса производства и, что весьма немаловажно, бесшовной интеграции производственных линий даже с совершенно разными технологическими базами.

Требования к решению

В проекте, в котором приняла участие компания Advantech, помимо управления производственными и технологическими процессами, а также отображения информации, были требования к сбору данных, интеллектуальным функциям и функциям дистанционного мониторинга. Например, когда контроллер обнаруживает потенциальную проблему — на основе данных, которые он собирает с датчиков и исполнительных механизмов, — он должен автоматически остановить процесс и выдать при этом соответствующие предупреждения и аварийные сигналы, а также отправить сообщения на удаленные компьютеры, смартфоны или другие мобильные устройства, используемые ответственным персоналом. Таким образом, применяемый в этом случае контроллер должен быть оснащен соответствующей вычислительной мощностью и возможностями хранения данных, а для интеграции функций «Интернета вещей» (Internet of Things, IoT) требуется соответствующая программная платформа.

Кроме того, поскольку компьютер предполагалось установить на кронштейне с монитором, чтобы он предоставлял информацию о задачах на каждой рабочей станции с возможностью просмотра этих сведений операторами, в системе необходимо было предусмотреть соответствующие интерфейсы и крепления для подключения дисплея. Учитывая сферу применения, кабели питания для обеспечения надежности и стабильности работы, локальная сеть (LAN) и все прочие провода должны быть надежно подключены и зафиксированы. Также, что вполне естественно, для работы в жестких производственных условиях автомобильного завода была необходима гарантированная надежность индустриального класса с возможностью функционирования в широком диапазоне напряжения питания и рабочих температур.

Решение компании Advantech

Для выполнения перечисленных выше задач компания Advantech использовала компьютер ARK-2250 с интерфейсами LAN и HDMI и соответствующим питанием, который был установлен на каждой рабочей станции сборочного цеха (рисунок). Он был закреплен на роботизированных манипуляторах для мониторинга и подключен к источнику питания, LAN, датчикам мониторинга и исполнительным механизмам с помощью фиксируемых защелками проводов и кабелей, которые были организованы так, чтобы ни один провод или кабель не попал в рабочую зону, вызвав сбой или аварийную остановку рабочего процесса. Для того чтобы обеспечить сбор и отображение данных и функции удаленного мониторинга, ARK-2250, а также внутренний сервер были развернуты на программной платформе IoT WISE-PaaS/RMM¹, также предоставляемой компанией Advantech.

Рисунок. Схема системы

Благодаря названному аппаратному и программному обеспечению систему можно будет использовать для предоставления информации о каждом следующем элементе, который необходимо установить в процессе сборки, и отображения этих сведений на установленном мониторе для просмотра операторами непосредственно на месте сборки автомобиля. Кроме того, компьютер будет собирать и экспортировать данные в базу данных SQL Server (система управления реляционными базами данных) для архивации производственных записей (накопления исторических данных) и агрегирования больших данных для дальнейшего улучшения процессов и предиктивного технического обслуживания оборудования.

В случае обнаружения какой-либо проблемы на основании данных, собранных с датчиков безопасности, контроллер на ARK-2250 немедленно остановит процесс. Это позволит избежать повреждения оборудования или сборочного узла и уменьшить связанные с этим сбоем финансовые потери.

Для отображения информации ARK-2250 снабжен интерфейсами HDMI, VGA и, дополнительно, сторонними специализированными интерфейсами дисплея, что делает его гибким, подходящим для самых различных сценариев применения.

Оснащенный современным процессором компании Intel 6-го поколения Intel Core U-series (i3/i5/i7), ARK-2250 обеспечивает высокую производительность вычислений, а его компактное конструктивное исполнение с размерами всего 260×54×140,2 мм (10,24×2,13×5,52″) является весьма удобным для интеграции на высокоскоростных автоматизированных производственных линиях.

За счет поддержки уникального модуля расширения ARK-plus и модулей ввода/вывода (I/O) i-Door систему ARK можно легко расширить с целью увеличения объема хранилища данных и добавления промышленных интерфейсов. Таким пользователям, как производители автомобилей, при модернизации производственных линий для выпуска новых моделей будет удобно использовать компьютеры ARK, конфигурация которых может быть гибко настроена или обновлена с минимальными дополнительными капитальными вложениями.

Что касается поддержки програм­много обеспечения, на всех компьютерах ARK компании Advantech развертывается программная платформа Advantech WISE-PaaS, которая объединяет и интегрирует все програм­мные ресурсы, необходимые заказчикам для разработки собственных промышленных систем управления, IoT или облачных приложений.

Для создания приложений удаленного мониторинга и IoT, что также было частью требований, было применено программное обеспечение WISE-PaaS/RMM. Оно представляет собой весьма простое в использовании средство создания инструментальных панелей, которое позволяет системному интегратору разработать собственную кроссплатформенную и межплатформенную инструментальную панель. Теперь менеджеры завода могут просматривать данные и быстро оценивать состояние производственных линий с любого компьютера (через браузер), смартфона или другого мобильного устройства в любое время и в любом месте.

Можно выделить следующие преимущества решения компании Advantech:

• надежный компьютер без принудительного охлаждения (безвентиляторный) с широким диапазоном питающего напряжения и рабочих температур, наделенный возможностью блокировки кабелей (установка с фиксацией защелкой);
• обеспечиваются надежность и стабильность индустриального класса для промышленного применения;
• наличие VGA, HDMI и возможность (опционально) использования дополнительных специальных интерфейсов для достижения гибкости и универсальности подключения дисплея;
• высокая вычислительная мощность и богатый выбор интерфейсов удовлетворяют требованиям сбора и анализа данных;
• предустановленное программное обеспечение WISE-PaaS/RMM для обеспечения сбора данных и удаленного мониторинга с простым подключением и быстрым развертыванием;
• долговременная поддержка с гарантированной доступностью продуктов и сервисов компании Advantech.