汽车生产线上的PLC暗战——标准书中所描述的产业控制权
一、重大事实:90%的全顺车主自己操控,写在七本书中
进入任何一个国内汽车整车厂,打开电柜柜门之后,并没有看到百花齐放的PLC品牌,而是发现一场已经被标准书籍提前编写好的格局。
大众、奥迪焊装线采用VASS标准,奔驰车间按照Integra标准运行,并且没有自己的电控标准体系,所以主机厂直接使用西门子SICAR这套标准硬件底座——这三种标准硬件底座,全部都用的是西门子S7系列。通用C、CRW体系以及部分焊装线选择了罗克韦尔,而福特动力总成的FAST标准也采用了西门子。日系存量车间属于三菱所有。
这就意味着:决定一个汽车制造商使用什么样的PLC,并不是由集成商给出的价格来决定的,也不是通过比较采购的成本效益来得出结论的,而是在主机厂集团层面一本厚重的电控标准书中找到答案。一旦标准书定了基调,集成商就只能按照图纸来施工了,换牌子就跟改变整个集团的标准一样——这已经是一个几乎不可能突破的制度障碍了。
二、价值拆解:三层控制架构,到底是谁是真正的"线体大脑"
一个完整的汽车生产线上,控制器最少要分成三层来区分各个层次之间的关系就会出现错误判断。
线体主控PLC管节拍、车型、输送、夹具、安全联锁和MES交换,这就是真正的"线体大脑",也是标准书锁定的核心层。德系的新线路全部是S7-1500,而存量的老线则有大量S7-300、S7-400在运行,在进行改造升级的时候才会逐渐转移到1500平台上。
机器人控制器是独立存在的,并且和主控没有关系。KUKA、ABB、发那科、安川等国外机器人公司和国内的一些机器人企业都各自拥有自己的控制柜。焊装线上的KUKA或者ABB焊点坐标不写在PLC程序中,PLC只负责干涉区、车型号、焊接允许、故障字这几组握手信号——机器人层的品牌竞争线体主控和它所处的赛道是一条。
单机自带控制器可以覆盖拧紧轴、加注机、涂胶计量、视觉系统、AGV、压机本体等设备的功能,并且设备商自带控制器或者小PLC来完成车型、OK/NG、报警等工作任务。总装柜子里的品牌种类远远多于焊装,但是主控品牌一般不会很杂乱。
因此,"该汽车公司使用了什么样的PLC?"这个问题,在询问时要先弄清楚层级:是问线体主控、机器人,还是拧紧轴?市场上有很多"国产PLC已经大范围装车"的说法,但是这些说法大多只停留在单机层、零部件线上,并没有涉及到整车主控系统。
三、战略深挖:标准书的来源决定着谁拥有定义的权利
七本主流的标准书籍被分为两部分来源,其背后存在着两种截然不同的产业控制权逻辑。
VASS和Integra是主机厂自己编写的——大众集团、戴姆勒各自制定了自己的电控标准,供应商要按照这个标准来验收。程序端强制S7-Graph步序,网络端PROFINET/PROFIsafe,安全使用故障安全型CPU。主机厂拥有定义权,西门子公司锁定了硬件席位的双环路。
SICAR 是西门子公司主动进攻的结果——官方定义为:给没有自己的自动化的汽车制造商以及OEM厂商。S7-1500 与精智面板、PROFINET、安全、机器人接口和诊断配合使用,在2015年之后基于博途全集成。广汽乘用车宜昌工厂的冲压、焊装、涂装、总装和合成树脂等工序都使用的是同一种全集成自动化系统。这是"一个自主品牌整厂都落到了西门子"这样一个公开的例子——自主品牌的含义并不等同于国产PLC。
另外两本新的国家标准也值得关注:汇川在2025年推出的一款名为InoCar的汽车编程模板,涵盖了焊装、涂装和总装工艺块,并且公开合作一汽模具进行产线验证,东风设备进行焊装中试;菲尼克斯为奇瑞艾瑞泽8生产线所做PHCAR标准、PLCnext硬件以及PROFINET网络,这是该车型生产线的标准,并非所有的老生产线。
一个车企有两个标准体系,这就是目前现场的真实情况——奇瑞早期的一条新车焊装线上主控的是七套GuardLogix,而艾瑞泽8这款车的电控标准后来选择了菲尼克斯PHCAR。老线路不会因为新的线路更换了品牌就全部被修改掉。
四、车间逐一看:焊装最密集的地方是电池最分散的地方
焊装车间中PLC密度最高。地板、侧围、门盖、主拼,每一条线都有一组CPU,下面挂着ET200远程IO、阀岛、滑橇、机器人握手和安全区。新线公开的经验主要为S7-1500系列的安全区使用的是故障安全型CPU。罗克韦尔也有关于整条生产线焊接装配的公开案例,日系存量焊装比较常见的三菱iQ-R(R04CPU),现场CC-Link IE Field Basic,新的EtherNet/IP机器人通过网关接入到系统中去,但是主PLC并没有进行更换。
涂装按照工艺进行分类。前处理、电泳、烘房、输调漆、制冷按照工艺进行分类,并且每种类型的PLC都有一块。大系统的使用了 400 档,小系统的使用是 300 档,远程 I/O 采用的是 ET200,新的生产线已经使用了 S7-1500 做车间协调。喷涂机器人也是其中的一环:杜尔 EcoRC 管轨迹和雾化,车身位置由线体 PLC 和编码器交给它。
总装按照工厂电控的标准来执行。输送带、车型广播、Andon沿用了该厂的标准,德国总装车间的主要控制设备还是西门子公司提供的。拧紧轴、加注机、风挡涂胶等都带有各自的控制器,只同主PLC进行车型和结果的交流。
零部件线要比整车主线上更加分散。座椅、保险杠、电池托盘、电机壳体、小总成等零部件,装配效率高,工人数量少,生产线上的商业和话语权更强大。三菱Q系列在这样的焊接、装配线中非常普遍,老款的Q01甚至连网口都没有,只有到了需要进行升级改造的时候才会加装上太网模块。欧姆龙出现于零部件以及老工位的地方。汇川在零部件方面推出的InoParts组件,并不是与整车InoCar相同的模板。同一家汽车制造企业的焊装主线使用的是西门子,托盘焊接外切线可以用三菱,座椅线也可以用另外一家——维护人员按照生产线编号来识别软件,并不是按照整车品牌的名称来认定。
电池、PACK是设备商和电芯厂各自写的一张纸。电芯、模组、PACK 不走 VASS,设备由先导、赢合、利元亨、吉阳等装备厂家提供,CPU 写在电芯厂的规格书中。2021年团体标准《锂离子电池生产设备通讯接口规范》附录中所列的对接清单包括了西门子、罗克韦尔、三菱、施耐德、欧姆龙等等——这就是"设备要能够连接到这些控制器"不是市场份额。倍福TwinCAT可以覆盖到电芯、模组以及PACK的运动以及机器人的节拍,汇川用PAC来做叠片,高速叠片要看轴数和周期,整线调度和MES仍然经常是另外一块PLC。
五、趋势升华:国产PLC的三条突围途径和安全标准
国产PLC进入汽车生产线,并非是"整厂替换"的叙述,而是一条比整厂替换窄很多的公开途径。
路径一:按照原来的标准来搭建程序框架。汇川InoCar对标的是汽车行业的"开箱即用"模式,里面包含机器人握手、输送、RFID、安全等。东风设备把其放入焊装车间中的试岛,并且一汽模具也向其开放了生产线进行验证。程序框架与博途SICAR类似,但是工程文件不能通用——这是通过"降低切换成本"的方式来实现的,并不是替代标准本身。
路径二:先登上一个岛屿。和利时已经在吉利义乌新能源基地投入使用了焊装岛,官方还写到了冲压、焊装这两条工艺已经落地。范围为岛屿、工艺段,并非指所有的吉利工厂。用一个岛屿来证明电源、CPU、网络冗余以及与客户的原有设计方案一致——这就是从单点突破建立起信任的一种典型的打法。
第三种方式是为某款新车单独制定标准。奇瑞艾瑞泽8使用的是菲尼克斯PHCAR,而老式的罗克韦尔焊装线是不会因此全部修改的。新的车型、新的工厂就是写新的标准唯一的时机窗口——自主品牌的和新能源的新工厂可以自己编写一本标准,合资厂的新生产线换牌子就相当于改变集团的标准,集成商不能更改。
安全是基本要求。焊装机器人的区域要达到SIL3/PLe这个级别。西门子使用了故障安全CPU和PROFIsafe,而罗克韦尔则采用了GuardLogix和CIP Safety。汇川公布的EVO1000EF安全PLC是经过TÜV南德认证,并且达到了SIL3/PLe/Cat.4的标准。证书是为了达到准入的目的,在生产线上还需要与光幕、安全门、机器人的安全接口一起进行验收——整个安全体系整体验证要比一台CPU认证要复杂的多。
六、结论:标准之争实质上就是产业定义权之争
汽车生产线PLC市场格局表面上看是品牌的竞争,实际上则是标准定义权的竞争。西门子利用VASS配套、Integra落地、SICAR主动输出三种方式,在整车主控层建立了深厚的标准化壁垒;罗克韦尔依靠CCRW守住通用体系以及部分焊装阵地;三菱在日本本土市场上保持存量以及零部件生产线的基本盘。
国产PLC的真实水位为:焊装岛、中试线、单条车型产线已经公开落地,整厂替换合资工厂主控还没有发生。新能源革命给企业带来新的工厂、新的标准的时间窗口,在此期间InoCar、PHCAR、和利时焊装岛等都属于这一时间段内的尝试。由一个岛屿变成一条线,再由一条线扩展至整个工厂,从单一车型的标准发展到集团标准——每一步跨越都必须有程序框架、安全体系、备件生态系统和运维习惯等全方位的配合。
这并不是一次速胜之战,而是用标准做武器、用工艺know-how做子弹进行的一场长久的竞争。谁能在这新能源工厂新标准制定期内获得定义权,在未来的十年里成为汽车生产线上的"规则制定者"。
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