汽车二维码应用案例资料解读.doc

上海通用东岳汽车公司
发动机缸体缸盖加工全生命周期的追溯源系统

技 术 方 案

上海激光技术研究所

上海通用东岳汽车公司发动机缸体缸盖加工
全生命周期的追溯源系统
一、项目背景：
近年来，国际汽车制造业尤其是在汽车发动机的生产过程中，欧美国家分别以行业性法规、强制性质量标准体系甚至以政府法律形式规定要求对汽车发动机建立专门的质量可追溯系统。在过去几年中，我国已成为汽车生产和消费大国，成为拉动中国经济快速增长的主导产业之一。在全球化的市场格局下我国汽车工业已经开始建立相关的质量追溯标准体系，并开始在生产流水线上采用相应的激光二维码标识溯源系统用于产品质量控制及消费者使用安全保障。目前，在汽车的生产流水线上，每一个关键零部件都需要有唯一的身份识别标识，用于产品质量控制及消费者使用安全的跟踪追溯系统的识别。
本项目是上海通用东岳动力总成有限公司规划的一条新发动机生产线进行配套；此项目的主要任务就是从机加工上线开始跟踪缸体，缸盖，曲轴等发动机的主要零部件，并记录查出这些主要零部件生产时的信息。图一就是其发动机装配线信息管理拓扑图：
图一：发动机装配线信息管理拓扑图：
二．项目要求：
（1） 标识码要求：
由于在机加工工序中，要对零部件进行刮削；在刮削时，虽然不会把标识码刮掉，但是会在零部件表面遗留大量的冷却液或清洗液，因此，标识码必需可以经受冷却液或清洗液的冲刷；
缸体可允许标识二维码的最小面积仅15mm*60mm狭窄空间；
标识的内容：
包括可视码和机器识别的Datamatrix码两部分（参见图2）：
08 Comp Code（2位）： 产品代码
B Part Type（1位）：产品型号
M Plant Code（1位）: 供应商地区代码
1 Year （1位）: 年
098 Julian Day (3位) ：一年中的第几天
A Line Code（1位）: 供应商厂内加工线模块：
001 Serial Number (3位) ：每天的系列号
（2）标识、识别、验证自动自动化
这些零部件从机加工生产线上线之后，会随着生产线自动传输，同时测量系统将测量结果（如曲轴孔的分级号等）发送给PLC控制器，控制器根据控制逻辑，将产品的型号、生产批次以及测量的结果按照一定的格式通过RS232数据线发送给标识系统的控制器，在数据传输的过程中为了检验数据传输的正确性，接收端接收到数据后，将数据再反馈一份给发送端，发送端的控制器比较发送和接受的数据是否一致，若一致则给出发送成功的信号，否则给出发送失败的信号，同时系统报警提示信息发送错误
因此要求系统当零部件经过标识或识别验证工位时，系统先自动将零部件固定在理想的位置，然后标识系统接收到PLC的指令后将所需要的信息以二维码的格式在零件的固定位置打印出来。如果整个过程顺利完成，则有绿色指示灯指示，若标识或识别或验证任一环节失败，则要有红色指示灯报警，同时作业员可以通过显示屏看到这个编码界面，进行人工干预—根据可视码，手工输入编码。
（3）数据信息的采集和传输
下线的零件传送到装配线，在装配线的上线工位安装有二维码识别装置，用于读出零件上二维码中存储的信息。读取后的数据按照功能分为：零件的质量信息代码（如连杆的分级代码、缸体曲轴孔的分级代码以及曲轴的轴颈分级码），零件的类型代码，零件的生产批次代码等，这些代码在装配线装配时，将根据类型进行相应的质量控制、防错纠错控制以及产品可追溯性控制等。这些信息可以通过装配线的PLC控制器一部分送到MOBY信息载体中，另一部分送到服务器中，与该发动机的有关信息一起存储到数据库中，以便以后的查询和追溯。零件的分级等质量信息直接写入到MOBY载体中，随发动机的装配托盘一起流入到下一个工位，在后续的装配工位中，根据装配的要求进行防错控制。

图3自动标识的流程图
（4）数据的查询和保存
在各生产线上采集的数据信息要求保存十年以上，并且可以方便的以多种方式进行查询；
三、项目系统总体设计：
1.系统架构总图

数据库服务器
PMC服务器
控制室浏览器
车间服务器
以太网 TCP/IP
数据采集计算机

在设计的过程中，综合考虑与厂家原有整个信息系统一致性，现场总线选用profibusDP总线，连接到各个追溯工位。在缸盖线、缸体线和曲轴线各设置一台数据采集计算机（PDU），负责采集加工单元和各台辅机设备的生产数据并将采集到的数据上传给服务器。PMC服务器负责开发和运行GE Fanuc Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY 画面供现场客户机访问。数据库服务器用于存放各类生产数据，以便系统随时调用。系统通过以太网络连接分布在生产线和刀具管理室的设备，采集工件加工数据和刀具信息。系统通过LED显示屏显示生产信息及设备故障。系统所有相关设备均采用以太网进行连接，支持TCP/IP协议。
2.标识溯源工位
标识工位：在线的起始端需要标刻标识的工位；在此工位设置一台光纤激光打标机及一套传感装置；当传感器探测到零部件部位时，系统工装夹具自动夹紧零部件，并向控制生产线流动的控制系统发停线请求，然后，系统启动激光标识系统标刻二维码和可视码；标刻结束后，工具夹具自动松开，系统向控制生产线流动的控制系统发启动请求，零部件流向下一个工位。若夹具工装设备出现意外故障，系统发出自动报警，人工干预。
溯源工位：标识工位之后的识别验证工位以及需要识别跟踪的关键加工点；
当零部件随生产线留至扫描工位时，系统工装夹具自动夹紧零部件，并向控制生产线流动的控制系统发停线请求，扫描设备自动对二维码进行扫描，然后传给PLC，PLC收到后，工装夹具自动释放。此间，操作工可以通过现场设有的工控机中的扫描监控软件，监控整个识别过程；
若识别过程失败，或是二维码校验没通过，系统会自动报警，提示人工干预；手工输入界面中的可视码信息，系统自动将数据作为扫描获取信息传至PLC，完成操作；
3.溯源信息数据流
溯源数据库
HMI应用程序
采集各生产线PLC中的追溯数据
缸体生产线PLC程序
缸盖生产线PLC程序
凸轮轴生产线PLC程序
工位
工位
工位
工位
工位
工位
工位
工位
工位
客户端查询
客户端查询
客户端查询
在本系统中数据先从各工位发生，通过PLC传至各个生产线的数据采集计算机收集并缓存；然后HMI采集各个生产线的数据记录到数据库。最后，客户端查询方向数据库中的数据；如下图所示：

四.自动标识和扫描校验的实现
1. 硬件设备
1.1光纤打标机
光纤激光系列产品，其紧凑，小巧、可灵活安装生产上。
1） 激光控制:IPG光源发射器，提供可靠的光质量，安全开机/关机操作
2） 操作软件Merlin II：所见即所得的设计界面，兼容性好、编程设计方便；
3） 打标头：160MM的光学镜头，光隔离同轴红光对准法调试，提供SHUTTER开关，确保安全
4） 冷却方式：风冷系统，ZERO RISK! 对人体的危险是零！
5）工作电源：22OV 直接可以使用，功耗低20W,
6）光纤到光纤的远程电缆，最长可以10米
7）最稳定的激光设备：最低的操作费用、零维护费用，零开销，容易安装、故障率低

1.2二维码阅读设备MV440
SIMATIC MV420 / MV440是一款高速、高读取可靠性的读码产品，并且有丰富的通讯及连接方式的固定式一维/二维码读码器。该产品集成了SIMATIC VS130-2和HawkEye 1500系列产品的优点。不仅可读取标准的高对比度条码及二维码，并且可用于环境恶劣的工业应用条件下读取DPM码(Direct Part Marking)，即物体表面直接打码（通过激光蚀刻、喷墨、机械打标或化学腐蚀等方式直接标识在物体表面的码）。
　　MV440读码器与PLC连接提供两种通讯方式：RS232插口，ASM插口和以太网插口。
1.3除尘设备
打标系统关键设备，保证激光和人不会受到粉尘的伤害。
激光设备在金属表面上直接标记2D码，标记过程中会产生大量的粉尘和异味，我们必须将这些气体通过除尘设备过滤后才可以排放到空气中。如下图

采用大功率，噪音低，结构小巧的特殊工业除尘设备，其工业真空泵，吸力强劲；具有过滤面积大、过滤精度高达99.99%。同时配活性炭过滤，直径40mm吸尘软管，阻燃材料设计。维护更换简单。主要技术参数：
尺寸
功率
吸力
风量
重量
噪音
660*400*700mm
1.75KW
20Kpa
204m3/h
38kg
70dB(A)
2.控制流程图

自动标识控制流程图

无论是标识还是二维码的识别和校验，都需要工件在工位上暂停下来，并且固定好。因此，为了实现整个过程的自动化，必须：
（1） 和控制生产线的控制系统进行通讯，实现生产线的启停控制；
（2） 需要设计合适的夹具，对零部件进行固定；
（3） 需要传感系统，来判断工件的状态；

否
操作系统可按下“强制扫描”，进行二次读码
1. 系统松夹具
2. 撤销停线请求
结束
自动扫描成功
读码成功
是否重新扫描
读码成功
在HMI界面中人工输入缸盖号
开始
当工件自动到达工位时：
1. 夹具自动加紧工件
2. 向生产线控制系统发停线请求
3. “强制扫描按钮灯亮”
自动扫描失败，警示灯亮
按下夹具按钮，进行调整，紧夹具。按下“强制扫描”按钮，系统尝试读码
读码成功
1. 按下bypass，放弃操作；
2. 撤销停线请求
是
否
是
否
3. 指示灯亮，系统二维码读取成功；
4. 此时“强制扫描”按钮等灯灭
5. 撤销停线请求
结束

3.控制方案

u 整个打标系统与辊道PLC建立主从站通信
u 打标系统独立控制所有打标工装设备，打标和阅读，同时打标系统支持与PLC交互控制，如工装点动、设备旁路、急停、打印数据传送等
u IPC系统：研华IPC+17液晶显示器，主要处理激光打标数据，运行MERLIN II软件和打标控制软件
配置要求：以下是根据激光设备实际打标需求集合目前研华工控设备的主流配置，我选定一些配置信息
1) 原装台湾研华设备，LGA775 大母板构架, ＩＰＣ－６１０ＭＢ－３０ＨＣ／ＡＩＭＢ－763VG／E5300／１Ｇ／１６０Ｇ／ＤＶＤ／ＫＢ＋ＭＳ
2) 酷睿2处理器 800/1066兆
3) PCIE X16 VGA 插槽
4) G2版支持 SATA RAID 0,1,5,10
5) 集成千兆网口：与PLC建立通信协议；（必须确保数据传送更稳定）
6) 由PCIe X1走线串口：激光MerlinII 软件通信需要（必须确保数据传送更稳定）
7) 5个PCI扩展插槽：RTC4激光控制卡，PCI-1762 16点IO控制卡
五．软件系统
软件控制系统工分为三部分：
Ø PLC系统：负责所有IO逻辑控制和数据缓存、上传；
Ø PC打标应用程序：负责所有打标数据处理，包括和MERLIN ii软件系统接口、和数据查询接口等，后台运行
Ø MP227 HMI：负责所以人机操作界面，包括系统运行状态显示，手动操作，故障检修等；
1.PLC的软件环境
PLC的品牌是GE FANUC，型号系列是 9093，CPU是MDL374，因此决定了PLC的编程工具是GE FAUC Proficy Machine；采用的版本是ver. 6.0 ，其编程的环境和流程如下图：
PLC编程环境

PLC流程程序示意图

2.数据库服务器的软件环境
数据库服务器是要通过以太网读取PLC中寄存器的数据。在本项目中我们采用西门子的MP227 HMI，基于VB语言运行于WINDOWS XP下，其主要功能模块如下：
1) 与PLC建立SIMATIC.NET通信，支持通过PLC设定打印数据设定、NOREAD故障显示
2) 与激光MERLIN II程序建立通信：支持B12,C14,C15不同工件打印程序切换，和打印状态监控
3) 与MV440建议通信：2D识读，NOREAD图片返回等
4) 系统IO控制：执行机构、传感器、IO触发设备、信号互锁等，显示当前系统状态；
5) 数据存储：基于SQL SERVER 2005, 建立重码防错、号码补打和不合格工件重复打标等工作机制，支持数据本机缓存；
6) 支持2D数据统计查询
7) 维护简单，自动检测设备故障，支持事件、日志记录等。

HMI程序流程示意图

2.1系统主界面

建立PLC与标识软件的通信；
工作模式切换：选定离线模式，与PLC通信暂时断开，不响应PLC指令，可以进行设置、查询、系统复位等操作；
标题缸盖B线：目检程序运行的工位信息是否与实际工位一致，如果有错误，系统将无法与PLC系统建立正常控制逻辑。
2.2 读码系统主界面

2.3标识主界面

l Ø 打标内容：自动模式显示将要打标的内容，手动模式可以任意输入12位打标信息
l Ø 阅读内容：显示读码信息，手、自动模式都可以输入阅读信息
l Ø 笑脸：表示打标和阅读内容匹配，阅读成功
l Ø 哭脸：表示打标和阅读内容不匹配，或解码ERR（由于HMI刷新速度慢，可能状态看不到）
l Ø 系统状态（按钮）：切换到设备和运行状态画面，自动模式闪速表示系统不OK
l Ø 触发阅读（按钮）：触发扫描器
l Ø 阅读图片：显示上次扫描器解码照片
l Ø 阅读放行：无条件放行阅读工位工件，可以用于自动模式解码失败情况下放行工件
l Ø 故障复位：系统复位和解码报警复位
l Ø 缓存状态：切换到缓存状态画面
l Ø 目录：返回主目录画面
l Ø 主菜单：返回主菜单画面
2.4缓存界面

这里主要和当前发送服务器的数据
l 显示PLC地址中缓存数据量，最多可缓存50条，到达50条系统报警无法继续打标；
l 显示当前当前发送服务器的数据信息和状态信息；
l 发送使能(按钮)：系统在BUFFER 有数据记录，可没有DataReady时使用，触发DataReady
2.5系统状态界面

这里主要监控打标系统的运行状态，给操作和故障检修使用
2.6 数据的查询和导出

五．系统现场照片
5.1 系统总览图

5.2辊道输送线

5.3 工件固定夹具
ü
5.4 读码器安装

5.5 防护罩

5.6 工业吸尘器

读书的好处

1、行万里路，读万卷书。
2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。
3、读书破万卷，下笔如有神。
4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文
5、少壮不努力，老大徒悲伤。
6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿
7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。
8、读书要三到：心到、眼到、口到
9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。
10、一日无书，百事荒废。——陈寿
11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生，一日不写手生。
13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基
14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游
15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德
16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿
17、学习永远不晚。——高尔基
18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向
19、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子
20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。——培根