我国汽车生产自动化系统的发展趋势－国际工业自动化网-专注自动化和数字化的互联网平台

　　由于中国巨大的汽车市场，各个国际汽车巨头目前纷纷在中国各地投资建厂，汽车制造商为了扩大品牌占有率和汽车销售，会对原有厂房或生产线进行扩建或改造，同时，由于汽车厂商的建厂、改造，必然会带动相关零部件厂商间的竞争，从而零部件厂商也会为了扩大生产而采取相应措施，因此，需要越来越先进的生产设备和系统来扩大自己的生产、增进效率、降低成本。汽车自动化系统的发展成为了业界瞩目的焦点之一。

　　1、汽车制造自动化系统的最新发展及方向

　　目前自动化系统发展的一个主要趋势，是控制器功能的集成化，以及通讯的集成化。长久以来，由于技术的限制，在一个自动化系统中需要使用多种，来自多个厂商的专一功能的控制设备，比如一般控制任务的PLC；安全控制用的PLC；运动控制用控制器；伺服控制用控制器；等等。相应地在通讯上，有一般控制任务的现场总线；用于安全控制的安全总线；用于运动控制的通讯；等等。

　　这样集成得到的系统，复杂性高，无论系统集成商，还是设备使用维护方，除了掌握各种不同的技术外，还必须适应不同厂商产品的不同设计习惯，不同的软件编制风格。还有，不同系统之间的接口和通讯进一步增加了系统的复杂性。而且从一定程度上，降低了系统的性能。

　　现在，集成了上述几个和全部控制功能的控制器越来越多。比如集成了一般控制功能和安全控制功能的PLC，集成了PLC功能和运动伺服控制功能的基于PC 的控制器，等等。同时在通讯领域也在发生重大变化，以太网借着在一般网络上取得的巨大成功，已经在工业领域逐步深入，开始牢牢确立自己的地位。集多种通讯功能于一身的以太网产品已经出现，随着技术的逐渐成熟，产品的逐渐丰富，以太网技术是目前能够看到的一统江湖的通讯网络。

　　汽车行业有自己的特点，就是高可靠性，高利用率，设备的高寿命。这些特点，决定了在选用自动化产品时，普遍比较谨慎，不敢为天下先，一般倾向选择成熟的产品。因此这些新的技术何时能够大规模进入汽车行业，就要看它们何时能够积累起足够的市场认可度。

　　2、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展

　　有线局域网以其广泛的适用性和技术价格方面的优势，获得了成功，并得到了迅速发展。然而，在某些工业的生产现场，由于工业环境禁止、限制使用电缆或很难使用电缆，有线局域网很难发挥作用，因此无线局域网技术得到了发展和应用。随着微电子技术的不断发展，无线局域网技术将在工业控制网络中发挥越来越大的作用。

　　无线方案的应用，在目前的市场需求环境之中是非常巨大的，包括个人的生活需求，商业环境需求，和生产制造环境的需求。由于无线应用解决方案的出现，为大家带来了无数的方便性和灵活性。但是，在工业生产的需求领域中，如果无线的需求方案无法提供一个可信赖的、安全的操作实用性时，无线的解决方案就会变成一种危险的问题状况。

　　无线网络的方案，在制造行业的生产现场里，可以让一个工厂变得更灵活，更方便。譬如说：在工厂的设备安装的平面规划时的柔性，在工厂的设备安装面积利用率的提升，在工艺流程改造和移动时的简单性等。当然，无线通讯的安全完全被保证，必须根据国家规范来加以限制，这是最基本的条件。

　　3、机器视觉、机器人技术在汽车制造行业的应用

　　“机器视觉”的用途很多，随着20世纪90年代以来光电、自动化和计算机图像处理技术的迅速发展，机器视觉已在包括汽车制造业在内的很多工业部门得到越来越广泛的应用。这些领域包括批量生产条件下的精密测量、工件表面缺陷检测、生产线中对零件标识和字符的自动识别以及判断装配结果是否正确等，在一些用于汽车制造业的专用设备，如刀具预调测量仪中，机器视觉也已替代了传统的检测方式。作为一种新颖而又实用的传感技术，图像检测单元近年已实现产品化，一些知名的厂商，如日本的松下公司、德国的西门子公司等都推出了品种规格齐全的系列化产品，包括光源、摄像头、处理器等，对图像检测技术的推广应用创造了有利的条件。与此同时，所颁布的相关标准不但规范了生产，而且为用户在不同情形下选用合适的检测单元，更快、更好地进行系统设计提供了依据。

　　以汽车制造业为主的制造业发展促进了工业机器人的发展。汽车制造业属于技术、资金密集型产业，也是工业机器人应用最广泛的行业。在我国，工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业，主要用于汽车及工程机械的喷涂及焊接。2000年开始，受国家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响，我国汽车工业进入了一个高速增长期。面对这种局面，国际汽车巨头纷纷进入中国市场并与我国企业合资设厂或扩大原有生产规模，国内企业也纷纷转型或加大对汽车行业的投资，整个行业增产扩能增加了对工业机器人需求。据不完全统计，最近几年国内厂家所生产的工业机器人有超过一半是提供给汽车行业的，海关进出口增长数据与汽车行业增长数据具有较高的相关度。可知，汽车工业的发展是近几年我国工业机器人增长的原动力之一。

　　4、汽车制造安全技术或产品的应用

　　汽车制造设备，尤其是冲压设备，都是安全等级要求极高的设备，一直以来也是安全控制产品的主要应用领域，从很多安全产品和应用中，都能明显看到这一点。由于法律和文化等诸多方面的原因，欧洲的安全技术和产品一直处于领先，应用也最为成熟和广泛。

　　在我国，安全一直被放在很高的位置，但多数停留在“对人进行安全教育”的层面，认为安全事故的主因在人，把对技术措施的改进放在第二位。但是国外，尤其是欧洲多年推行安全技术，事故率大大降低。这一事实说明安全事故的预防也是一个技术问题，技术性的措施比对人的教育更加重要。

　　可喜的是，目前安全技术在国内的应用日益广泛。虽然我国强制性的推行国际安全技术标准，但大多汽车制造厂对安全技术有比较严格的要求，带动了安全技术在国内机器制造行业的应用。而且，随着美国和日本逐渐重视安全技术，使得美国和日本的电气控制巨头们也推出了诸多具有竞争力的安全产品。

　　对安全技术的应用有了更大的推动作用。一般来说，安全控制系统应该包括安全输入设备（如急停按钮、安全门限位开关或联锁开关、安全光栅或光幕、双手控制按钮），安全控制电气元件（如安全继电器、安全PLC 和安全总线）和安全输出控制（如主回路中的接触器、继电器或阀等）。

　　其中，安全PLC是在应用中值得重点关注的产品。所谓安全PLC，就是专门为条件苛刻的任务或安全相关的应用而设计的PLC，在其失效时不会对人员安全或过程安全带来危险。在一台安全PLC根据要求达到了特定的可靠性/故障概率等级时，就意味着它具有广泛的自诊断能力，可以监测各个方面的硬件状态、程序执行状态和操作系统状态。此外，安全PLC 还必须能够执行标准机构（例如TUV、FM等）认证的必须的故障安全动作，而这些故障安全动作都是根据特定的原则设计，并满足国际安全标准（如IEC61508和EN954-1等）中定义的要求。另外，安全PLC 还可能包括警卫保护预警和权限管理的内容，用来保护安全PLC 不受来自外界的干扰。

　　从安全PLC供应商方面看，罗克韦尔自动化、欧姆龙、西门子A&D等巨头纷纷采取一系列措施，推出自己的安全PLC产品，这些产品几乎都符合IEC61508标准并得到了SIL3的等级认证。同时，都试图将安全PLC 与其他机械安全产品一起构成完整的机械安全解决方案。罗克韦尔自动化在美国举办的年度Automation Fair展览会上设立了安全产品线独立展区，产品线覆盖从传感、逻辑判断到执行机构的每个环节，如安全按钮、安全地毯、安全开关、安全继电器、安全光幕、安全镭射扫描器、集成安全功能的马达启动器与伺服电机、安全PLC（模块式与分布式）、安全分布式I/O、安全网络等。同时，罗克韦尔在安全PLC和安全继电器方面还将不断推出新品，Ethernet/IP safety安全以太网也即将推出。此外，西门子的安全PLC也从丰田这样的著名汽车商那里获得青睐。目前，在世界范围内的丰田汽车公司制造厂中，有3个安全PLC项目正在进行中，分别是Tahara（日本）、印第安纳（美国）和剑桥（加拿大）。在这3个工厂中使用的西门子安全PLC 总数大约为170个，共使用了大约2000个I/O模块。

　　5、其他

　　在汽车制造领域，除了PLC 和一般的控制元件外，市场的使用者还需求什么呢？

　　首先，是“信息收集管理”的方案。在一个复杂的汽车生产工艺之中，大量的信息收集、管理、应用是绝对必要的。当然，除了必要建构上位的生产管理系统之外，如何从现场取得精确而可靠的生产数据，就是一个绝对关键的必要手段。从传统的人员手动识别方法，条形码（Bar code）的应用方法之后，RFID（Radio Frequency Identification）可以说是一个更具备弹性，资料内存更大，而且可重复使用的优秀应用方案。

　　其次，为了每一台汽车的品质保证、安全保证的目的，美国电子工业协会（ECC200规范），美国汽车工业协会（ECC200规范），日本汽车工业协会，日本汽车部品工业协会，国际标准规格ISO15394 对此作了明确的规范。在规范的要求之下，每一个关键的汽车零部件，包括发动机每一个零部件、安全气囊、避震器等等，都必须刻印上个别的单一的身份特别码（Identification code）来加以管理，使用的是一维码或二维码。目前来讲，这还只是一个刚刚开始的新规范，但是对于今后的汽车市场发展来说却是绝对会被执行的。目前已经有几家大型重要的汽车生产厂商开始导入这个规范。虽然在中国国内市场目前还没有被要求导入，但是对于中国的汽车生产厂家来讲，在面向国际市场需求的未来发展，这个工艺应用方向是完全必要的，是必须要实现的。