首先，針對德國提出的工業(yè)4 .0 ，讓我們回憶一下這幾年我們國家的政策，“中國制造2025 ”的核心是什么?第一，互聯(lián)網(wǎng)+。借助互聯(lián)網(wǎng)的思維和技術，與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相互結合，從而催生出一些新的業(yè)態(tài)和新的商業(yè)模式。第二，信息化與工業(yè)化深度融合。這個深度融合不僅是對中國制造裝備、制造工藝、核心技術攻關能力的全面提升，同時還要借助新興電子與信息技術以及先進的管理方式，對中國制造企業(yè)自主創(chuàng)新能力、市場營銷能力、品牌建設能力進行全面提升。第三，智能制造。跟工業(yè)4. 0 所強調的內容有一些吻合，主要是指現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術深度應用到生產(chǎn)制造各個環(huán)節(jié)當中，以取代或者延伸部分手工和腦力等勞動，從而能夠全面提升生產(chǎn)效率， 降低成本，使整個生產(chǎn)過程達到最優(yōu)的狀態(tài)。

　　針對中國工業(yè)的智能制造， 三菱電機推出了e- F@ ctory理念，早在2003年就開始在中國推出了，目的就是幫助中國工業(yè)向前推進，實現(xiàn)核心改革，最終實現(xiàn)工業(yè)的智能制造。在推進e-F@ctory理念中，CC-Link協(xié)議家族起著連接橋梁的作用，設備層網(wǎng)絡CC-Link IE Field、控制層網(wǎng)絡CC-Link IE Control已經(jīng)幫很多中國企業(yè)實現(xiàn)信息化，實現(xiàn)了IOT的跨越，實現(xiàn)了智能制造。

　　本文講解了CC-Link IE網(wǎng)絡在發(fā)動機曲軸生產(chǎn)車間的應用，通過CC-Link IE Field設備層網(wǎng)絡與德國勇克磨床、銑床、車床、加工中心、動平衡等機床進行通信，通過CC-Link IE Control網(wǎng)絡將多臺機械手的CPU R08EN 連接在一起，這樣就實現(xiàn)了信息交流和共享，借助CC- Link IE Control網(wǎng)絡把現(xiàn)場200米的生產(chǎn)線緊密的聯(lián)系在一起。發(fā)動機曲軸通過機械手上下料從一個工位到另一個工位，減少了人的參與，同時把生產(chǎn)中每根軸的信息上傳給MES系統(tǒng)，為CC-Link IE在汽車發(fā)動機曲軸生產(chǎn)實現(xiàn)智能制造提供一些參考依據(jù)。

　　1 發(fā)動機曲軸行業(yè)背景

　　這幾年國內汽車行業(yè)一片景氣，油電混合和新能源汽車是汽車行業(yè)的主推車型，我們國家也都推出了很多政策，購買新能源汽車給了很大的政府補貼，另外車牌都進行了相應的改變，都變成鮮艷的淺綠色，目的就是為了環(huán)保，提倡新能源。

　　新能源汽車的涌出，同時也帶動了傳統(tǒng)汽車制造相關產(chǎn)業(yè)鏈的技術升級更新。眾多周知，傳統(tǒng)的汽車和油電混合汽車的動力引擎就是發(fā)動機，曲軸作為發(fā)動機最主要的一個部分，市場是供不應求。曲軸生產(chǎn)廠家都響應中國政府政策，對車間進行了新的升級改造，工廠車間都加入了MES系統(tǒng)，每條生產(chǎn)線的機床設備都加上了互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)的加入，對生產(chǎn)線的制造裝備、制造工藝、核心技術進行了全面提升，實現(xiàn)了智能制造，提升生產(chǎn)效率，降低成本，使整個曲軸生產(chǎn)流水線達到最優(yōu)的狀態(tài)。

　　發(fā)動機曲軸重量范圍20kg到200kg不等， 原先都是借助人工和吊車來實現(xiàn)每個工序的流轉生產(chǎn)，智能5軸桁架機械手的引入， 減少了大量的人工， 從鍛造出來的曲軸，分別經(jīng)過上料物流、精銑、精頂、直油孔、斜油孔、半精磨連桿、半精磨主軸、精磨主軸、精磨連桿、鉆大頭、鉆小頭、抽檢臺、倒手臺、拋光機、去毛刺、下料物流等機床。曲軸加工流水線是一條“U”形生產(chǎn)線，長度200米左右，每條流水線根據(jù)工藝和生產(chǎn)節(jié)拍的不同，由

　　3到5臺機械手組成。機械手與機床交流，同時機械手之間也實現(xiàn)了信息交流和共享，抓取曲軸從一個機床到另一臺機床，減少10-15個工人，提高效率，實現(xiàn)了企業(yè)的智能制造，現(xiàn)場圖如圖1所示。

　　圖 1 現(xiàn)場總圖

　　2 桁架機械手與機床工藝流程

　　圖 2 機械手桁架流程圖

　　如圖2是機械手桁架的流程圖，工藝流程如下：

　　(1)上料物流：

　　桁架機械手橫移X軸到上料物流處，W1抓旋轉到位，Z1抓下降取料，Z1抓取料完成上升，等待去1#機床上下料。

　　(2)1#機床：

　　桁架機械手橫移X軸Z2抓到1#機床處，W2抓旋轉到位，Z2抓下降把機床內加工完的曲軸取出，Z2抓取料上升完成，橫移X軸Z1抓到1#機床位，Z1抓旋轉到位，Z1

　　抓下降把抓取的曲軸放到1#機床內，Z1抓張開后上升完成，等待去2#機床上下料。

　　(3)2#機床：

　　桁架機械手橫移X軸Z1抓到2#機床處，W1抓旋轉到位，Z1抓下降把機床內加工完的曲軸取出，Z1抓取料上升完成，橫移X軸Z2抓到1#機床位，Z2抓旋轉到位，Z2 抓下降把抓取的曲軸放到2#機床內，Z2抓張開后上升完成，等待去3#機床上下料。

　　(4)其他機床：

　　同理，桁架機械手去3#機床、4#機床、5#機床、6# 機床、7#機床等，最多的機械手可以同時給8個機床供料， 由于生產(chǎn)節(jié)拍， 機械手服務的機床數(shù)量越少， 節(jié)拍越快。

　　(5)下料物流：(Z1抓或者Z2抓有料)

　　桁架機械手橫移X軸Z1抓到下料物流處，W1抓旋轉到位，Z1抓下降把抓取的曲軸放到下料物流上，Z1抓松開上升完成后，然后返回到上料物流處。

　　桁架機械手橫移X軸Z2抓到下料物流處，W2抓旋轉到位，Z2抓下降把抓取的曲軸放到下料物流上，Z2抓松開上升完成后，然后返回到上料物流處。

　　以上是單個機械手的流程圖，兩個機械手之間還需要進行曲軸的傳遞，第一個機械手把加工完的曲軸，放到公共區(qū)域，然后通知第二個機械手到公共區(qū)域把曲軸抓走， 實現(xiàn)曲軸加工流水線的傳遞，2個機械手進行交流時候， 就需要得到2個機械手的狀態(tài)和位置，不至于在流水線傳遞時出現(xiàn)撞擊，下面筆者細細講一下CC-Link IE網(wǎng)絡的信息交流。

　　3 CC-Link IE網(wǎng)絡信息流

　　A CC-Link IE Field設備層網(wǎng)絡現(xiàn)場使用說明

　　(1) 桁架機械手是由5臺三菱MR- J4- G F伺服放大器，X、Z1、Z2軸分別為7KW，W 1、W 2分別為0.75KW，采用三菱RD77GF8簡易運動模塊，伺服放大器都是通過CC-Link IE Field設備層網(wǎng)絡進行控制的。

　　(2) ) 外圍的遠程IO信號采集都是通過CC- Link IE Field遠程IO模塊來實現(xiàn)的。

　　采用輸入模塊NZ2GF2B1-16D和擴展輸出 NZ2EX- 16(DO)來實現(xiàn)。

圖 3 桁架機械手配電柜

　　圖 4 CC-Link IE Field 分布圖

　　采用CC-Link IE Field設備層網(wǎng)絡優(yōu)點：

　　(1)客戶要求現(xiàn)場設備網(wǎng)絡的統(tǒng)一，伺服控制和遠程IO都要采用相同的網(wǎng)絡，這是選擇CC-Link IE Field設備層網(wǎng)絡最主要的原因。

　　(2)桁架機械手是來回運動的，現(xiàn)場是采用坦克鏈，桁架機械手抓手的IO信號采集，在機械手夾爪現(xiàn)場放了遠程IO模塊，現(xiàn)場布線時采用經(jīng)過CC-Link協(xié)會認證的專用抗折彎千兆網(wǎng)線?，F(xiàn)場只需要引入一根電源線和千兆網(wǎng)線即可，布線簡單方便。

　　(3) 為了便于CC-Link IE Field網(wǎng)絡線路的管理， 采用2臺臺灣MOXA的EDS 308千兆交換機，2個交換機之間再用千兆網(wǎng)線連接， 現(xiàn)場的機械手夾爪、觸摸屏操作箱、機床交流的IO模塊都是用1根千兆網(wǎng)線引入到主柜內，這樣就實現(xiàn)了網(wǎng)絡的鏈接，如圖3所示。

　　(4) 網(wǎng)絡診斷方便，通過交換機的Y型接法，可以通過物理硬件和軟件2個方面來診斷。硬件方面：都是采用R J45接頭，通過觀察交換機硬件指示燈來判斷網(wǎng)絡連接是否正常。軟件方面：通過GX-Works3軟件，網(wǎng)絡診斷能夠清晰地診斷出問題故障。

　　B CC-Link IE Control控制層網(wǎng)絡現(xiàn)場使用說明

　　CC-Link IE Control控制層網(wǎng)絡是把現(xiàn)場所有機械手R08 ENCPU通過千兆網(wǎng)絡鏈接起來，1#管理站與2#、3 #、4#等常規(guī)站進行首尾連接，采用環(huán)形鏈接。這樣各個機械手PLC之間就可以進行相互交流。在曲軸加工生產(chǎn)線流程上，每個機床加工完后都會對產(chǎn)品進行掃碼，曲軸從一個機械手到另一個機械手流轉時， 產(chǎn)品信息都是跟著流轉的，同時也把2個機械手之間的運行狀態(tài)通過CC- Link IE Control網(wǎng)絡進行傳遞，減少2個機械手之間的運行碰撞。最后加工完的曲軸所有的生產(chǎn)中關于此產(chǎn)品信息都會通過管理站PLC，借助RD81MES96模塊把產(chǎn)品信息傳遞到工廠上位MES服務器，供生產(chǎn)管理者對信息進行處理和分析。

　　圖 5 CC-Link IE Control 網(wǎng)絡布局圖

　　桁架機械手的CC-Link IE設備層網(wǎng)絡和控制層網(wǎng)絡以及MES模塊硬件布局如表1所示。

表 1 桁架機械手 PLC 硬件配置表格

　　圖 6 CC-Link IE Control 管理站 

圖 7 生產(chǎn)一角

　　采用CC-Link IE Control控制層網(wǎng)絡優(yōu)點：

　　(1) CC-Link IE Control鏈接的R08EN CPU，管理站和常規(guī)站之間可以通信，最主要的是常規(guī)站與常規(guī)站之間也可以進行通信，這是選擇CC-link IE Control控制層網(wǎng)絡最主要的原因。

　　(2) CC-Link IE Control采用環(huán)形接線，充分體現(xiàn)此網(wǎng)絡的冗余功能， 假如中間環(huán)路一根網(wǎng)線斷了，此網(wǎng)絡仍可以通過另一側的網(wǎng)線進行通信， 保證設備之間的正常運行， 不會導致生產(chǎn)線停機， 充分體現(xiàn)此網(wǎng)絡的冗余功能。

　　(3) CC-Link IE Control與CC-Link IE Field都是采用千兆網(wǎng)絡，物理上采用相同的支持千兆的網(wǎng)線即可， 同時都是采用R J45接頭，實現(xiàn)了物理層面的“一網(wǎng)到底”，客戶也不用再為網(wǎng)線和接頭費精力，都是標準的。

　　(4 )PLC監(jiān)控維護更加的靈活方便，不像以前那樣，出現(xiàn)故障只能到設備故障處的PLC進行監(jiān)控，現(xiàn)在只要連接就近或者方便的任何一臺PLC，就可以對遠程的其他PLC進行監(jiān)控，這樣對調試人員和后期的維護工作減輕了大量的工作量，非常方便靈活。

　　4 CC-Link IE網(wǎng)絡總結

　　(1) CC-Link IE=CC-Link+Industial Ethernet

　?、?CC-Link IE Control網(wǎng)絡：是實現(xiàn)控制器之間通信的千兆雙環(huán)網(wǎng)?？刂破髦g可以實現(xiàn)多達128k個字的數(shù)據(jù)通信。

　　其特點：高速、大容量、高穩(wěn)定型。

　?、?CC-Link IE Field網(wǎng)絡：能夠同時處理離散控制、I/O控制以及運動控制。用戶可以自由選擇總線、星形、總線-星形混合、環(huán)形的網(wǎng)絡拓撲結構。

　　其特點：高效、低成本、組網(wǎng)靈活。

　　(2)使用SLMP，從上位信息系統(tǒng)到下位設備層， 均無需考慮網(wǎng)絡分層，可如同一種網(wǎng)絡進行無縫通信，無論在辦公室還是在現(xiàn)場，都能簡單地實現(xiàn)信息收集、設備監(jiān)視和維護。此外，使用以太網(wǎng)適配器模塊，即可方便地將支持SLMP的通用以太網(wǎng)設備鏈接到CC-Link IE Field 網(wǎng)絡中。因此，無需添加新的網(wǎng)絡即可有效利用視覺傳感器、RFID控制器等各種以太網(wǎng)設備。

　　5 總結

　　在發(fā)動機曲軸200多米的U型生產(chǎn)線控制上：機械手運動控制要歸功于CC-Link IE Field設備層網(wǎng)絡，而在機械手之間的交流、產(chǎn)品信息傳遞追溯、MES系統(tǒng)采集上， CC- Link IE Control控制層網(wǎng)絡起著決定的作用?？傃灾?，桁架機械手通過在CC- Link IE網(wǎng)絡與曲軸生產(chǎn)線的機床進行交流，機械手把曲軸從一個機床移動到另一個機床，以取代手工和部分腦力勞動，全面提升生產(chǎn)效率，降低成本，使整個生產(chǎn)過程達到最優(yōu)的狀態(tài)。

　　在工廠實現(xiàn)智能的道路上，CC-Link IE網(wǎng)絡被應用到生產(chǎn)制造各個環(huán)節(jié)當中，幫助企業(yè)實現(xiàn)信息化，實現(xiàn)了IOT的跨越，實現(xiàn)了工廠的智能制造。