推進SGMW技術中心試制車間機電一體化研究

馮雪剛　潘敏

【摘 要】文章主要介紹在現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)PLC自動化技術主導控制時代下，試制軟工裝、車身車間焊裝柔性線新車、技改項目現(xiàn)場工裝、氣路、電控等設備集成調(diào)試。上汽通用五菱汽車股份有限公司試制車間在工裝、氣路有著20多年技能安裝調(diào)試的優(yōu)勢，提升并增加集成PLC電控安裝調(diào)試技能，有利于提升新車、技改等焊裝線設備調(diào)試工作的效率。隨著公司產(chǎn)能的不斷擴大，車型不斷增加，在現(xiàn)有人力、物力資源有限的工作狀態(tài)下，文章闡述了提升上汽通用五菱汽車股份有限公司試制車間在機電一體化工作的必要性和迫切性。

【關鍵詞】試制軟工裝；車身車間焊裝柔性線；機電一體化；PLC集成工作

【中圖分類號】TH39 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）02-0048-04

隨著上汽通用五菱汽車股份有限公司（簡稱SGMW）的快速發(fā)展，對白車身各焊接零部件的質(zhì)量尺寸、配合、運行精度要求日漸提高。焊裝線進入自動化生產(chǎn)線模式，這也對各零部件的焊接、輸送等的質(zhì)量和穩(wěn)定性提出了更高要求。焊裝線引入了機器人自動化焊接和輸送模式。傳統(tǒng)的氣控模式由于信號傳輸慢、效率低、信號穩(wěn)定性差、集成度低、遠距離操作差等原因，逐漸被電控模式取代。

1 公司焊裝線工裝夾具項目發(fā)展狀況

1.1 焊裝線工裝夾具、電、氣安裝、調(diào)試發(fā)展

（1）早期“LZW”廂式車和單、雙排等車型，生產(chǎn)節(jié)拍在10～15 JPH，工裝夾具動力輸出、控制輸入、檢測信號等都采用純氣路工作模式。

（2）“五菱之光”“宏光N1～120”、CN100＼200、GP30系列車型，氣路執(zhí)行輸出動力部分，約50%；電控主要在總拼、下車體、側(cè)圍線等具有整體輸送功能的焊裝生產(chǎn)線使用，與20%機器人焊接設備、引出焊、自行小車、吊具等采用一體化、集成化電控程序控制，約40%；手動預夾緊、預定位后電控程序化自動打開等電、氣控組合控制約10%。焊裝線工裝機、氣、電發(fā)展比例如圖1所示。

（3）隨著自動化技術的快速發(fā)展，機器人普及率不斷提高，實現(xiàn)了人工智能自動完成控制、輸送、焊接等，無需手工控制和操作，質(zhì)量合格率和穩(wěn)定性達100%，如CN180S/M側(cè)圍大柔性線項目等。

1.2 試制工裝區(qū)域焊裝線工作量對比

（1）“LZW”車型系列，工裝、氣路制作、安裝、調(diào)試均由試制工裝組獨立完成，參與達100%。

（2）“N1～120”“CN”“GP”等車型系列，工裝制造和安裝區(qū)域的40%外包給供應商，試制工裝組負責工裝調(diào)試、氣路動力輸出區(qū)域30%的安裝、調(diào)試，電控區(qū)域的30%由制造部電控部門負責設計、質(zhì)量監(jiān)控、進度跟蹤等工作，工作量較大，外包給供應商負責制造、安裝、調(diào)試等，工作質(zhì)量、效率、響應、周期等受制于供應商，無法進行有效監(jiān)控，在焊車跟線調(diào)試階段屬被動區(qū)域，對項目進度產(chǎn)生較大影響。

（3）柳東80%前車體100%實現(xiàn)機器人自動化、一體化輸送、焊接等焊接模式。工裝、吊具、氣路、機器人等全部外包給供應商負責，試制只負責如總拼主夾具氣路安裝、焊車跟線階段調(diào)試、技改等約15%的工作量，新成立的自動化科從設計、安裝、調(diào)試、焊車跟線等幾乎全程參與，承擔約70%的工作量。因無SGMW電控區(qū)域的安裝調(diào)試技能人才參與，出現(xiàn)了工程師既要設計又要安裝調(diào)試的被動局面。焊裝線工裝試制與自動化科工作量比較如圖2所示。

1.3 車身焊裝線新車項目組織機構及工作職責劃分狀況

由圖3、圖4分析可知，由于SGMW項目焊裝線的主要結(jié)構為工裝夾具、氣控和氣動、電控3個區(qū)域，工裝夾具和氣路由試制主導，有20～30年的技術經(jīng)驗和專業(yè)工匠支撐，質(zhì)量和項目進度完全受到控制。隨著電控技術的出現(xiàn)，以及自動化、機器人、智能化的快速發(fā)展，如今車身焊裝線電控自動化率達到60%～80%，未來將達到100%，雖然SGMW在設計和規(guī)劃方面已成立自動化科，但是電控安裝調(diào)試這一區(qū)域仍屬于空白狀態(tài)，只能外包給眾多供應商全面負責，且電控屬于項目末期的關鍵階段，根據(jù)經(jīng)驗和現(xiàn)狀分析得出，將新車項目的進度由供應商主導是極其危險的，且新車型的保密性也降低。

1.4 公司車身車間新焊裝線、技改等項目電控區(qū)域結(jié)構

（1）電控區(qū)域安裝階段，電控所有骨干或核心技術人員都在現(xiàn)場；調(diào)試、跟線或技改階段，只有1～2名人員（80%技能等級中級或往下）。技改工作具有突發(fā)性、不可控等特點，而供應商人員不屬于公司人員，工作積極和參與性不高，質(zhì)量、響應、效率低，甚至涉及合同變更或拒絕實施等問題，對新車項目進度產(chǎn)生嚴重影響度為10%。

（2）分屬各基地項目等相關維修人員在電控區(qū)域只是在工作間隙中處于學習階段，其本職工作是為批量生產(chǎn)線搶修和維護等，無法對項目進行快速響應，對新車項目進度產(chǎn)生嚴重影響度為10%。

（3）隸屬于公司自動化科的工程師，主要負責電控的前期設計和制造、安裝、調(diào)試等工作，而調(diào)試、技改、問題故障階段工作范圍涉及工裝、氣路、電控一體式更改，具體現(xiàn)場安裝調(diào)試屬技能類工作，現(xiàn)狀為設計、安裝、調(diào)試、跟線全程參與，親歷親為，顧此失彼，對新車項目進度產(chǎn)生嚴重影響度為10%。

（4）電控區(qū)域?qū)嵤┤藛T為供應商的技能人員，只負責電控區(qū)域的程序和故障工作，80%的焊裝線調(diào)試或技改工作需機械、氣路、電控聯(lián)調(diào)，無法高效集成分析和處理故障，形成相互推諉責任的被動局面，嚴重影響項目進度。

（5）隸屬于公司自動化科的技改團隊，人員結(jié)構和來源為各車間的維修技師和車間工程師，有著豐富的調(diào)試和技改現(xiàn)場經(jīng)驗，但根據(jù)長期的經(jīng)驗分析，批量生產(chǎn)中焊裝線故障為使用頻率較高的控制（電控設備）和焊鉗設備，車間和維修區(qū)域在三大區(qū)域掌控能力如下：電控占70%，氣路占20%，工裝占10%；試制有20多年專業(yè)項目現(xiàn)場調(diào)試和技術能力儲備，三大區(qū)域掌控能力如下：工裝占60%，氣路占40%，電控占0。

（6）三大區(qū)域的工作流程如下：{1}工裝為基礎實體部分（機械主體構架）；{2}氣路為動力執(zhí)行部分（氣動執(zhí)行元件動力輸出）；{3}電控為各個執(zhí)行動力元件提供控制和檢測信號，使其按設計工藝和程序安全和穩(wěn)定地運行。

（7）車身焊裝線項目過程分為5個階段：設計、制造、安裝、調(diào)試、陪產(chǎn)。工程師和技術工人參與狀況如圖5所示。

2 項目現(xiàn)狀、存在問題和難點

（1）電控完全外包由供應商安裝調(diào)試，進度和安裝質(zhì)量失控，試制能掌握或管理這塊區(qū)域，也利于SGMW車間未來軟工裝區(qū)域的電、氣控和工裝的一體化工作的開展。

（2）試制本職工作：夾具、氣路和純控制氣路安裝調(diào)試，擁有20～30年的工作經(jīng)驗積累，對各項目進度和質(zhì)量屬完全受控狀態(tài)。

（3）自動化技術具有集成化、傳輸快、控制精度高、可靠穩(wěn)定等特點，與整體輸送線、機器人焊接、自動焊、吊具等設備，可以一體化集成、聯(lián)動、安全、檢測等，可通過電腦程序編程和程序控制，且在故障檢測、維修、響應等方面提升2～4倍的效率。

（4）近年在寶駿基地分總成采用100%純電控控制工裝夾具、氣路，與人工智能化機器人對接，完成自動識別、輸送、焊接等工作?，F(xiàn)正在調(diào)試的最新項目——西車大柔性側(cè)圍線CN180M/S，采用側(cè)圍整體式切換車型，傾斜約78°，360°旋轉(zhuǎn)，與人工智能化機器人對接，完成零件的所有焊接、輸送等工作。

（5）車身焊裝線結(jié)構：夾具機械基礎和主體剛性結(jié)構，通過旋轉(zhuǎn)、滑移等方式對車身沖壓零部件完成定位、夾緊功能，達到工藝設計精度要求，約占60%；氣路是機械運動的執(zhí)行機構，通過氣壓傳輸動力完成夾具定位、輸送、夾緊、檢測等功能，約占20%；電控是機械運動的程序控制機構，約占20%。通過電子邏輯控制方式，完成各夾具、輸送機構、機器人焊接、吊具等設備按工藝設計的程序聯(lián)動，高效地完成各項程序運行工作，并確保精度精確和穩(wěn)定。

（6）項目進入電、氣控和工裝三位一體化聯(lián)調(diào)和后期焊車跟蹤調(diào)試階段，起橋梁連接作用，對減少責任推諉、提升故障處理效率、降低項目調(diào)試成本及推進項目工作進度起至關重要的作用。①例如，電控檢測行程開關信號故障，主要有3個原因：電控線不通電；氣缸不通氣、緩沖調(diào)速閥鎖緊狀態(tài)或串氣等；夾具轉(zhuǎn)動、伸縮、配合等活動部分卡滯。之前處理流程：發(fā)現(xiàn)故障，電控供應商（負責電控線是否有電和行程開關調(diào)試，不懂夾具和氣路）推諉給氣路和夾具故障，試制到場檢查氣路安裝和氣缸故障，機械安裝夾具和調(diào)試狀態(tài)，最后確認都是正確狀態(tài)，又反饋給電控區(qū)域，因電控只懂編程，不懂調(diào)試，最后各區(qū)域都說自己是正確的，都向上反饋，最后試制根據(jù)夾具、氣路狀態(tài)和工作原理，微調(diào)節(jié)電控行程開關的位置，故障解決，但嚴重影響項目進度。②輸送線電、氣控和工裝一體化式聯(lián)調(diào)和焊車跟線故障排查，如電磁閥元件由機械活塞環(huán)工作、氣路運行、電控給信號三位一體化運行模式，也易造成故障排查困難和增加聯(lián)調(diào)周期、影響項目進度等，特別是影響焊車應急狀態(tài)響應周期等。③更改設計、工裝更改等重新加工制造工裝零件，供應商現(xiàn)場無加工設備，且從供應商制造、裝配、調(diào)試周期長，影響項目進度。④SGMW在電控安裝調(diào)試區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀完全由供應商掌控，目前格局是工裝科給工藝和方案，自動化科編程和執(zhí)行、電控供應商僅負責電控安裝調(diào)試、焊車跟線。SGMW在焊車調(diào)試過程，在電控領域內(nèi)完全屬于空白區(qū)域，項目調(diào)試進度受制于外面供應商的響應和支持效率，處于極其危險和被動的狀態(tài)。

（7）眾多電控供應商技術水平、管理理念、責任心、響應、效率與SGMW的同步性等，無法完全受控，將會給SGMW的新車項目進度產(chǎn)生較大的影響。

（8）項目后期和產(chǎn)能提升狀態(tài)，時間緊，任務重，電控供應商的人員一般僅1～2人，主要負責電控區(qū)域，機械和氣路專業(yè)的人員水平或素質(zhì)等無法保障。項目技術更改、電控開關和支架更改等，需要有一個準確的分析和改造方案，對電、氣、工裝的原理三方都要求熟悉，能快速響應。

（9）項目進行電、氣、工裝控聯(lián)調(diào)階段，因試制對工裝夾具、氣路布置和原理相對熟悉，主導或與電控供應商相配合，進行電控編程和電控信號檢測開關對點，可提高3～5倍的工作效率，擺脫了工裝、氣路和電控各自為政的被動局面，即電控只能純編程，但不懂工裝和氣路，當出現(xiàn)故障響應率時，必須通過本區(qū)域負責人、項目負責人、試制項目負責人、試制區(qū)域負責人等。

3 工裝組未來發(fā)展方向和目標

（1）試制現(xiàn)場負責人工作模式，增加電控安裝調(diào)試工作內(nèi)容，工作方式如下：現(xiàn)場安裝，按設計工藝圖紙試運行，焊車驗證并在供應商按合同完成并交付后，試制負責焊車跟線、陪產(chǎn)調(diào)試階段中的技術改造、故障排查、調(diào)試等區(qū)域性工作。

（2）以試制現(xiàn)場為調(diào)試主導核心，項目負責人協(xié)調(diào)的中央集成塊處理器，與工裝、氣路、電控、工藝等區(qū)域搭建橋梁和無縫對接的新工作模式，由試制負責對故障和問題進行分析、匯總，向?qū)趩栴}區(qū)域（氣路、工裝、電控等）負責人反饋，各區(qū)域負責人技術改造、問題解決方案等向試制輸出，進行制作、安裝、調(diào)試等工作。

（3）目標：實現(xiàn)工裝、氣路、電控三位一體化工作模式（如圖6所示），培訓一批具有機電工體化混合型高技能人才，努力跟進焊裝線項目機電一體化式安裝調(diào)試技術發(fā)展方向。

4 結(jié)論

在如今激烈的汽車競爭格局下，新車型快速投放市場，是各企業(yè)的制勝法定。為提升新車焊裝線安裝調(diào)試進度，焊車跟線技改調(diào)試、批量生產(chǎn)產(chǎn)能調(diào)試需在安全、質(zhì)量、響應、效率等方面提供重要保障，而SGMW在電控區(qū)域安裝調(diào)試領域內(nèi)處于空白領域，缺少該區(qū)域內(nèi)安裝調(diào)試的專業(yè)技術人才，屬被動工作模式。因此，試制工裝在具備20～30年專業(yè)工裝、氣路安裝調(diào)試的技術儲備能力的情況下，要與時俱進，順應自動化、人工智能化快速發(fā)展的模式，升級專業(yè)電控安裝調(diào)試能力，使工裝、氣路、電控實現(xiàn)三位一體化、集成化模式，項目也適應SGMW試制未來軟工裝的電、氣、工裝的集成化發(fā)展方向。

參 考 文 獻

[1]黃汝林，汪群.金屬加工工藝及工裝設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[2]孫光華.工裝設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.

[3]王政.焊接工裝夾具及變位機械[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[4]李鐵成.機械力學與設計基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[5]張伯鵬.機械制造及其自動化[M].北京：人民交通出版社，2005.

[責任編輯：鐘聲賢]