汽車制造業(yè)物流新技術(shù)的應(yīng)用探索

文/何 敏 田曉美

目前，桁架機(jī)器人在機(jī)加工自動(dòng)上下料、流水線自動(dòng)上下料等場(chǎng)合下均有非常廣泛的應(yīng)用。桁架機(jī)器人具備自動(dòng)控制、信息交互、可重復(fù)編程、多自由度等特點(diǎn)，特別適用于多品種、大批量的柔性化作業(yè)，能夠有效提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度。另外，桁架機(jī)器人定位精度高，在設(shè)備銜接處貨物搬運(yùn)能夠?qū)崿F(xiàn)完美對(duì)接，這為智能物流系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)。

汽車制造業(yè)具備自動(dòng)化、集成化、智能化等特點(diǎn)，桁架機(jī)器人在汽車制造物流系統(tǒng)當(dāng)中也可以發(fā)揮重要作用，本文主要介紹了一汽無(wú)錫柴油機(jī)工廠對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)線物流技術(shù)進(jìn)行的探索和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

一、產(chǎn)線自動(dòng)化配送

一汽無(wú)錫柴油機(jī)惠山工廠的柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)工藝流程，如圖1。

從圖1可見(jiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)生產(chǎn)流程比較簡(jiǎn)單，發(fā)動(dòng)機(jī)的零配件從產(chǎn)線的上游到下游，依次組裝完成，生產(chǎn)無(wú)循環(huán)流程。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，但是物流配送也存在一些挑戰(zhàn)。比如，發(fā)動(dòng)機(jī)零配件抓取精度高，要求物流搬運(yùn)設(shè)備具備較高的輸送和定位精度。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)零配件種類多樣，要求物流設(shè)備針對(duì)不同的零配件設(shè)計(jì)載具，導(dǎo)致物流設(shè)備通用性較差。

一汽無(wú)錫柴油機(jī)生產(chǎn)車間平面布局圖，如圖2。柴油機(jī)生產(chǎn)車間智能物流配送區(qū)域大致包括：缸蓋立體庫(kù)暫存區(qū)、缸體立體庫(kù)暫存區(qū)、缸蓋外裝線、缸體外裝線、發(fā)動(dòng)機(jī)總裝線、飛輪曲軸換盤(pán)線以及其它零配件揀選線。缸體與缸蓋的配送均采用桁架機(jī)器人在線配送。飛輪、曲軸、端蓋及其它零部件都依靠AGV搬運(yùn)配送。

在圖2中，設(shè)備Ⅰ～Ⅳ均為桁架機(jī)器人。其中，桁架機(jī)器人Ⅰ和Ⅳ負(fù)責(zé)缸體換線，桁架機(jī)器人Ⅱ和Ⅲ負(fù)責(zé)缸蓋換線。缸體與缸蓋根據(jù)產(chǎn)線的需求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)叫料、出庫(kù)/下線、配送、上線等功能。缸體在外裝線上線后，依次經(jīng)過(guò)各組裝工位完成組裝。缸體外裝線完成后，缸體通過(guò)桁架機(jī)器人Ⅳ輸送到總裝線上線。同理，缸蓋通過(guò)桁架機(jī)器人Ⅱ和Ⅲ完成在總裝線的上線動(dòng)作。根據(jù)缸蓋與缸體外裝線的生產(chǎn)節(jié)拍，控制物流輸送節(jié)拍，保證缸蓋在總裝線上線后直接與缸體裝配。在整個(gè)生產(chǎn)流程中，桁架機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作包括缸體與缸蓋下線、輸送、上線等。裝配線上其它零配件的配送由AGV完成，而零配件上線則需要借助關(guān)節(jié)機(jī)械手或人工處理。桁架機(jī)器人作為物流設(shè)備的使用，使得整個(gè)產(chǎn)線連貫有序且實(shí)現(xiàn)了廠區(qū)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。

二、立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)

由于缸體與缸蓋的機(jī)加工生產(chǎn)節(jié)拍與柴油機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍不匹配，缸體與缸蓋經(jīng)過(guò)數(shù)控中心加工完成后需要暫存。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝需求，設(shè)計(jì)了如圖3的缸蓋自動(dòng)化立體暫存?zhèn)}庫(kù)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)備包括：堆垛機(jī)、貨架、輸送機(jī)、關(guān)節(jié)機(jī)器手、桁架機(jī)器人等。該立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了缸蓋的自動(dòng)入庫(kù)、自動(dòng)出庫(kù)、自動(dòng)配送、安全防護(hù)等功能。

自動(dòng)入庫(kù)：機(jī)加下線的缸蓋通過(guò)滾筒輸送線配送到抓取工位E，關(guān)節(jié)機(jī)器手借助視覺(jué)定位系統(tǒng)準(zhǔn)確將缸蓋抓取到B工位碼盤(pán)，完成自動(dòng)碼盤(pán)動(dòng)作。自動(dòng)碼盤(pán)完成后，倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)通過(guò)信息交互，下達(dá)指令，完成實(shí)托盤(pán)自動(dòng)入庫(kù)。

自動(dòng)出庫(kù)：缸蓋外裝線下達(dá)叫料申請(qǐng)后，倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)生成出庫(kù)任務(wù)，倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)判斷出庫(kù)方式：a.實(shí)托盤(pán)借助堆垛機(jī)、輸送系統(tǒng)等將實(shí)托盤(pán)輸送到拆盤(pán)工位A，關(guān)節(jié)機(jī)器手自動(dòng)拆盤(pán)，將單個(gè)缸蓋送達(dá)桁架機(jī)器人抓取工位C/D，完成出庫(kù)動(dòng)作。b.機(jī)加下線缸體通過(guò)關(guān)節(jié)機(jī)器手由E工位抓取到C/D工位，等待桁架機(jī)器人抓取，完成出庫(kù)動(dòng)作。

自動(dòng)配送：缸蓋到達(dá)C/D工位后，倉(cāng)儲(chǔ)控制系統(tǒng)借助交互信息下達(dá)配送指令，桁架機(jī)器人抓取缸蓋，運(yùn)送到裝配線指定工位。桁架機(jī)器人定位精度高，通過(guò)與裝配線配合，可實(shí)現(xiàn)缸蓋自動(dòng)上料。

安全防護(hù)：桁架機(jī)器人與關(guān)節(jié)機(jī)器手在運(yùn)行空間上雖然有重合，但是通過(guò)繼電器硬連接，實(shí)現(xiàn)桁架機(jī)器人與關(guān)節(jié)機(jī)器手的信號(hào)交互，保證兩設(shè)備始終不干涉，確保設(shè)備運(yùn)行安全。另外，桁架機(jī)器人與關(guān)節(jié)機(jī)器手在其運(yùn)行范圍內(nèi)均安裝安全護(hù)欄，保證人員通行安全。

圖4為桁架機(jī)器人設(shè)計(jì)圖，從中可以看出桁架機(jī)器人主要機(jī)構(gòu)包括：機(jī)架、夾具、Z軸、水平軸、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、安全維修護(hù)欄等。

圖5為桁架機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖，從中可以發(fā)現(xiàn)，桁架機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了貨物立體化輸送，將貨物通道與人行通道分離，從而提高了廠房空間利用率。桁架機(jī)器人借助PLC與上位系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)零件統(tǒng)一調(diào)度搬運(yùn)。

另外，該設(shè)備與自動(dòng)化立體庫(kù)的有效結(jié)合，降低了物料無(wú)效搬運(yùn)時(shí)間，充分體現(xiàn)了汽車行業(yè)精益制造思想。桁架機(jī)器人搭起了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和自動(dòng)化生產(chǎn)線之間的橋梁，實(shí)現(xiàn)了智能物流、智能制造協(xié)同配合。

桁架機(jī)器人在一汽無(wú)錫柴油機(jī)工廠中的成功應(yīng)用，使其廠內(nèi)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了多種零配件的自動(dòng)供給，對(duì)廠內(nèi)物流實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化乃至無(wú)人化有著重要意義。

圖2：柴油機(jī)生產(chǎn)車間平面布局圖

圖3：缸蓋自動(dòng)化立體暫存?zhèn)}庫(kù)

圖4：桁架機(jī)器人設(shè)計(jì)圖

圖5：桁架機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

三、總結(jié)

一汽無(wú)錫柴油機(jī)惠山工廠將物料的自動(dòng)化加工、零配件供給及線邊倉(cāng)儲(chǔ)暫存等進(jìn)行系統(tǒng)整合，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)零配件統(tǒng)一調(diào)度和智能控制。該系統(tǒng)基于桁架機(jī)械人、立體倉(cāng)庫(kù)物流設(shè)備、關(guān)節(jié)機(jī)器手、AGV、RFID等多項(xiàng)物流模塊，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化，提高了物流周轉(zhuǎn)效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)內(nèi)物料的全程監(jiān)控和高效管理。