在盒子外面思考“是一种隐喻，意味着以不同的方式思考，非传统或从新的视角。要在盒子外面思考是看起来更远 - 避免思考一个问题的明显解决方案，并试图提出新的替代品。

在最近在托莱多的通用汽车电力列车组装工厂的最近的重新调整项目中，哦，商业陈词滥调的文字，以及一个图形，意思。

这家工厂成立于1916年，拥有1900名员工，同时组装后轮驱动和前轮驱动变速箱。自2006年2月以来，通用汽车已在该工厂投资超过12亿美元。

2010年，通用汽车启动了一个项目，以提高六速变速箱的产量，特别是新型节能的GF6产品，该产品专为雪佛兰迈锐宝(Malibu)和科鲁兹(Cruze)等小型车设计。目标是每天生产超过2200台。

在改造GF6生产线时，通用汽车工程师希望改善工作流程，改善转换，减少重新编程，防止所有自动化制造线的诅咒，其中一个故障机器导致整个线路关闭。GM工程师还希望通过在传统装配线上的传统橱柜之外安装PLC，驱动器和托盘识别装置来最大限度地减少维护时间。并且，他们希望在整个线上分配控制器，从而大大提高系统灵活性。

通用汽车在西门子工业和软件供应商flex Systems Inc.的帮助下完成了该项目。西门子提供PLC、数控系统、人机接口、射频识别(RFID)系统及其高级以太网协议Profinet在通用网络上运行。覆盖在这种硬件和通信拓扑之上的是flex Systems的灵活装配配置系统(FACS)。

西门子为后者定制了SIFACS，完全集成了每个组装和测试站的控制元素。SIFACS主要专注于将核心PLC软件模块和各个工位的功能与每个工件托盘上的RFID标签之间的信息进行集成。

一个集成的方法

在汽车工厂中，灵活性是任何自动化装配系统的关键属性。所有硬件和软件的设计必须具有确定性的功能。通过创建一个分散的控制网络，尽管与工厂的整体工作流程相协调，通用汽车和西门子为整个系统设计了一个模块化但灵活的架构。这种集成自动化方法不仅解决了多个机器家族的问题，还协调了所有的代码开发、安全和通信功能，使之成为一个无缝、相互依赖、高度自适应的控制方案。

这种集成在位于整个设施的模块化和开放式控制器和I/O机架组件中可见。它们包括西门子Simatic S7 PLC、西门子安全集成驱动平台和所有I/O，包括用于读取RFID标签的天线。

系统诊断也是类似的集成。西门子顾问马修•桑顿表示:“我们设计了对动力总成制造过程至关重要的预制模板和模块，作为我们的起点。”“由于所有的运动和安全功能都集成到驱动器中，因此没有必要为继电器机柜的更传统的安全网络建立单独的故障排除架构。”

在Profibus系统中只有一些组件讨论。所有其他I / O和自动化组件通过PROFINET进行通信。

西门子和flex Systems在这个项目上密切合作。西门子工业的工程经理Reinhold Niesing解释说:“他们提供配置和监控系统，而我们提供自动化运行时系统。“这两个系统需要同步运行，为通用汽车提供可配置的选项，当需要改变生产或改进制造时。”

他们的合作使操作、可视化和诊断功能在一致的控制方案中得到简化——Transline HMI Lite CE包。该套件为整个工厂的绝大多数机床、传递线、机器人、装配机器、传感器和视觉系统的操作和诊断功能提供了统一的用户界面。

西门子项目经理迈克尔•格拉斯(Michael Grass)解释说:“最妙的是，这个包可以定制，以满足特定的用户需求和偏好。”“它为我们的SIFACS可配置装配自动化系统提供了有用的信息。这两种制度相辅相成。”

RFID让事情开始

大多数传输部件通过自动导向车辆送到生产线。每次传输都通过配有RFID标签的托盘上的线路传输。信息将在速度上发送到标记，而无需任何行停止。

“这里的关键是系统中的数据吞吐量，因为它直接影响循环时间，”niesing说。“标记必须能够以静态模式运行，从而在进程开始之前读取部分上的数据。标签中包含型号，序列号和构建状态信息。我们阅读信息越快，过程开始越快。“

在一些RFID应用中，标签发出的信号会随着时间的推移而退化。而安装在通用汽车的系统则不是这样。西门子系统支持两个接口协议:ISO 15693(一个开放标准)和一个专有标准，Simatic RF300。后者使用最先进的芯片优化，以实现更快的读写速度。该系统可以在快速的周期时间内处理大量数据(64千字节)。

系统的一个关键方面是每个RFID标签都具有EEPROM和FRAM。20字节的EEPROM被设计为一个一次性可编程存储器芯片，这是一个由GM用于此应用程序最理想的安全功能。可以多次编写和重写框架。

RFID系统可以通过现有的Profinet、Profibus和其他通用协议轻松通信。

通过去中心化和无机柜设计，通用汽车实现了高度集成的RFID控制，为生产线的控制架构提供了方便访问和真正的开箱即用设备。Profinet为通用汽车提供了高性能、可靠的网络，带宽影响或额外的网络负载最小。不需要特殊的硬件。

逻辑块无处不在

项目期间担任通用汽车装配控制小组组长、现为flex Systems副总裁的乔治•朱厄尔(George Jewell)表示，这条线路发展的总体目标是在每个车站都配备一致的、甚至是相同的逻辑模块。

这将允许在整个生产线的加工或装配操作中立即进行连续的修改。当需要再平衡时，当需要生产的上升或下降时，或者当一个全新的模式出现时，转换可能会在几个小时内发生，而不是像行业标准那样在几周内发生。

通过硬件、软件和通信协议的标准化，工程成本可以得到控制。此外，维护效率也高得多，因为许多系统硬件是暴露在线上的，而不是封闭在电气柜中。

从实用程序的角度来看，系统的运行时组件可以在整个系统不在线的情况下运行——这是分散体系结构的优点。通用汽车控制经理Bob Raven表示:“西门子承诺提供这种面向灵活性的增值功能……极大地支持了通用汽车动力系统标准化流程、控制和持续改进的努力。”

目前，通用汽车在墨西哥，中国，印度，泰国，韩国和美国的各种植物中使用FACS，用于制作新的雪佛兰伏特上的变速器，发动机，甚至发电机。计划呼吁在加拿大和东欧的通用汽车设施举行技术。

与典型的产品生命周期管理软件不同，Jewell认为FACS更像是一个生产线生命周期管理工具。其固有的适应性意味着普通硬件可以以不同的速度完成不同的任务，并在比以前更短的时间内进行动态转换。

典型的空间站动力学

大多数变速器部件是在自动化装配车间生产的。添加一个工作站只需要添加过程设备、带有标准SIFACS逻辑的PLC和下载一个FACS配置。与传统的区域控制相比，这种重新配置不是一个构建块概念。相反，指令会影响整行。

相反，线上的所有手动工作站得到相同的下载接收到PLC。虽然在确定性模式下不依赖于服务器网络，但手动工作站仍然使用相同的软件来执行快速的模具更改、机器顺序变化、线平衡和报告跟踪。

无论是手动还是自动化过程，所有的构建历史、故障排除和机器调试都会被记录下来，以便以后进行分析。

CNC控制每一步

CNC技术用于工厂的大部分金属切削加工，主要是在齿轮和花键的成形、滚刀、磨削和精加工。大多数机器由西门子提供的最高级CNC Sinumerik 840D控制。控制控制机器的切割范围，它也协调进出机器的所有动作。例如，在一个维拉Profilator机器上的环齿轮被从一个工位索引到下一个工位，在时间序列中，以协调预定的生产要求。除维护和计划检查外，该操作完全自动进行，无需操作人员干预。

同样的，阀体和传动箱的加工过程中的每一步都是由CNC控制的。组件按照正确的顺序生产，用于后续的组装和测试操作。在这些操作过程中，其他运动控制设备和软件执行、监控和控制装配过程。

安全第一

安全功能在线众多，导致所有PLC，I / O设备和安全集成驱动器的完整故障安全系统。所有安全设备都通过PROFISAFE协议，经过认证的安全网络联网，消除了耗时和难以维持的硬线安全连接。

所有安全I/O和故障保护驱动器都是西门子完全集成自动化(TIA)协议的一部分。由于它是完全集成的，该协议提供全面的系统诊断，有助于指导维护人员准确地定位故障，并减少停机时间。由于驱动器、启动器和机器安全集成到多功能机械安装I/O系统中，整体工程复杂性降低。

根据故障时的业务需求，可以在运行过程中对I/O模块进行热插拔，而不需要关闭全站电源。I/O模块和其他设备均采用IP65和IP67标准保护。不需要围栏，这有助于降低项目的总成本。

“我们已经看到了很好的结果，”朱厄尔说。“曾经需要几个月时间的活动减少到几周，几周时间的活动减少到几小时。它的升级时间更短，转换和线路平衡功能已经证明这是一项有益的投资。”

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自定义软件确保灵活组装

西门子与通用工艺专家合作，定制了flex Systems的FACS软件，创建了SIFACS软件平台，将托莱多工厂的主机IT系统与生产线上的所有硬件和软件集成在一起。

SIFACS是输电生产线信息管理系统的枢纽。它协调来自GM服务器和FACS配置站的所有需求输入，并通过Profinet通信网络将数据和命令传输到所有的plc、人机界面、电机启动器、变频器、安全集成驱动器和各种加工、装配和测试站的其他控制。

SIFACS还捕获从RFID标签、智能传感器、RS-232接口、手扫描仪和其他I/O设备反馈的所有数据。

这使得工程师能够严密控制输出。它还能使线路站本身重新配置，使用一个独特的西门子微存储卡。所有的PLC逻辑、硬件配置和过程数据都嵌入在卡上，卡与三个以太网端口和一个Profibus端口连接，用于即时通信。不需要PC。

SIMATIC控制系统执行从RFID设备读取的运动命令，以每秒8,000个字节的速度，超过ISO 15693用于读写性能的标准。

配备康耐视视觉视图的HMI屏幕可以由团队领导和传送带控制器进行持续监控，消除了对专用于视觉系统的PC的需要。

所有在线智能设备也都与SIFACS平台相连，包括紧固设备、泄漏测试设备、印刷机、条形码阅读器和打印机、机器人、视觉系统和协议网关。

从各种过程中得到的数据被馈送到andon板上，以便在线路上显示。

FACS软件提供了流程改进和效率工具，使工程师能够实时收集数据并对系统进行微调。构建状态和周期时间信息始终是当前的。线路和工位的平衡同样可以在飞行中完成。过程效率、装载时间、循环时间和过程时间的计算可以由组长或工位控制人员制作、绘制、显示和分析。

事实：通用汽车动力列车组装厂

成立于1916年，通用汽车的动力火车装配厂在托莱多，哦，距离151英亩的200万平方米。

在第二次世界大战期间，该厂为四轮和六轮驱动军用卡车生产卡车转运箱和变速箱。如今，这家工厂生产通用汽车的节油液压6L50、6L80和6L90后轮驱动变速箱，以及全球范围内的6T40前轮驱动六速变速箱。

植物船舶后轮驱动变速器通用州阿灵顿的通用机组装配厂;保龄球绿色，KY;韦恩堡，在;弗林特，MI;莫德兹维尔;和奥沙瓦，开。前轮驱动变速器运输到Fairfax，Ks;俄亥俄州罗斯敦;奥沙瓦，上;和猎户湖，米。

在过去的几年里，通用汽车已经在这个工厂投资了超过10亿美元:

2013年12月：3060万美元增加生产六速变速箱。

2011年6月:8200万美元用于提高八速变速箱的产量。

2011年5月:投资2.4亿美元生产一个新的八速变速器。

2007年5月:3.23亿美元生产六速前轮驱动变速箱。

2006年2月:5.4亿美元生产六速后轮驱动变速箱。

“(这些投资)标志着托莱多动力传动系统的男男女女们的承诺，以及他们致力于建造世界上最好的变速器的决心。工厂经理乔特(Joe Choate)表示:“所有员工都对自己制造的变速器表现出一种主人翁意识和自豪感。”