SPS系統(tǒng)在汽車裝配過程中的應(yīng)用

吳慧嵐，聶林濤，黎海萍

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.濟(jì)源市工業(yè)和信息化委員會，河南 濟(jì)源 459000）

汽車制造是一個巨大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其中的撿料與零件安裝工程，是汽車工業(yè)至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，一輛汽車的品質(zhì)是否檢驗合格，能否出廠走向市場，都與這一環(huán)節(jié)密不可分。然而，在個性化的時代，人們對汽車的要求也是個性化的，這就要求一條生產(chǎn)線上，要能夠生產(chǎn)出不同的汽車類型，但是，汽車的型號越多、規(guī)格越多，而這也就意味著汽車零部件的種類越復(fù)雜、越繁復(fù)。在今天的汽車總裝線上，都有一個龐大的混線車型的零部件儲存庫，承載著不同規(guī)格的零部件——通過總裝線，它們將變成多種類型、多種規(guī)格的汽車。如何將海量、不同規(guī)格的零部件進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的分揀和集配，就成為一項新的課題。

1 傳統(tǒng)的集配方式

傳統(tǒng)的集配方式，主要依靠人工分揀：在裝配過程中，工人往往需要手持預(yù)先設(shè)計、打印好的裝配單據(jù)，嚴(yán)格按照當(dāng)前產(chǎn)品型號對應(yīng)的規(guī)格，對零部件進(jìn)行分揀、采集、安裝。整個過程需要安裝工人高度集中精力，不能有絲毫懈怠。如果一旦切換產(chǎn)品型號，撿料師傅需要對新產(chǎn)品的集配方式進(jìn)行全方位的了解、學(xué)習(xí)，熟悉新產(chǎn)品需要的各種零部件規(guī)格。在一段時間內(nèi)，如果產(chǎn)品型號相對固定，裝配工人會擁有較高的熟練度，產(chǎn)品裝配的出錯率也會得到有效控制，但是，如果產(chǎn)品的柔性度較高，往往會出現(xiàn)不同的產(chǎn)品型號，這將導(dǎo)致裝配工人必須迅速切換適應(yīng)新的產(chǎn)品規(guī)格需求。而這將對裝配工人提出很高的要求。在現(xiàn)實生產(chǎn)中，除了裝配工人的認(rèn)真裝配，往往還需要安排一名經(jīng)驗豐富的工人，對分揀及后續(xù)的裝配工程進(jìn)行檢驗，以降低裝配過程中出現(xiàn)的錯誤。但即便如此，人工分揀方式仍有1．3%的部件裝配錯誤率。一旦檢驗發(fā)現(xiàn)這些裝配錯誤的車輛，必須對車輛進(jìn)行重新裝配。

2 柔性制造的時代需求

傳統(tǒng)的人工分揀方式雖然簡單、直接，但其缺點也十分明顯，那就是容易出錯，具有較嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷隱患。這在柔性制造時代，又會加倍放大。綜上所述，為適應(yīng)柔性制造對汽車生產(chǎn)線的反應(yīng)速度和適應(yīng)性的要求，滿足以消費者為導(dǎo)向、按需定產(chǎn)的總目標(biāo)，構(gòu)建錯誤發(fā)生率小、分揀準(zhǔn)確度高的自動分揀系統(tǒng)，具有很強的現(xiàn)實意義。這種自動分揀系統(tǒng)，通過對特定車型所需的零部件按照裝配邏輯進(jìn)行編碼，再以合適的方式提示裝配工人進(jìn)行分揀、裝配，就可以實現(xiàn)車輛零部件的自動分揀。這不但將大大提高分揀的效率，還將極大地減少和降低錯誤率的發(fā)生。

3 某公司SPS系統(tǒng)

得益于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動化技術(shù)的推陳出新，某公司構(gòu)建出了零部件分揀系統(tǒng)（Set Parts System，簡稱SPS），該系統(tǒng)最大的優(yōu)點，是提前對零部件的分配和選擇進(jìn)行了預(yù)編程，安裝工人不需要費心挑選零部件，而能將更多精力專注于安裝工程。該SPS系統(tǒng)首批集成了300余種車型的零部件裝配系統(tǒng)。其主要思路是：通過零部件貨架上的信號燈，提示裝配工人進(jìn)行零部件分揀操作。這就讓裝配工人徹底告別了人眼識別、比照的工序。而且，由于系統(tǒng)背后是精確運行的自動化計算程序，準(zhǔn)確率可達(dá)100%。該SPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，由上位機(jī)、iSee軟件系統(tǒng)、PLC亮燈提示系統(tǒng)、自動料架車、工業(yè)數(shù)據(jù)庫、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)共同構(gòu)成。SPS系統(tǒng)作業(yè)流程圖如圖1。

圖1 SPS系統(tǒng)作業(yè)流程圖

3.1 工業(yè)數(shù)據(jù)庫

首先，是工業(yè)數(shù)據(jù)庫，這是存儲生產(chǎn)數(shù)據(jù)的記憶庫，所有的可生產(chǎn)車型、車型搭配數(shù)據(jù)，都儲存于工業(yè)數(shù)據(jù)庫之中。數(shù)據(jù)庫中，主要儲存了零件、料架、車種、部品特征等信息。同時，工業(yè)數(shù)據(jù)庫，還會對生產(chǎn)操作進(jìn)行記錄，既記錄上位機(jī)的信息發(fā)布，也記錄現(xiàn)場人員的操作，從而實現(xiàn)指令下發(fā)與現(xiàn)場操作過程的可查詢、可追述。該SPS系統(tǒng)，采用了DcsRdb數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫具有穩(wěn)定、小巧、易用、靈活等特征。根據(jù)生產(chǎn)需要，該項目數(shù)據(jù)庫目前存儲了300余種車型信息，但仍有很大的擴(kuò)展空間，完全可以滿足生產(chǎn)線數(shù)據(jù)擴(kuò)展需求。

3.2 上位機(jī)系統(tǒng)

該SPS系統(tǒng)的上位機(jī)系統(tǒng)是名為PAGSet的應(yīng)用軟件，直接安裝在PC機(jī)上，上位機(jī)系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的控制關(guān)鍵，系統(tǒng)的邏輯開發(fā)、編碼、數(shù)據(jù)交互，都是通過上位機(jī)來完成。鑒于上位機(jī)的重要性和關(guān)鍵性，在操作設(shè)定上，采取了分級權(quán)限設(shè)定：其中，擁有最高權(quán)限的系統(tǒng)管理員，他們不但能對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫地址、下發(fā)PLC的IP進(jìn)行設(shè)定，與現(xiàn)場通訊約定數(shù)據(jù)交換的通訊協(xié)議。而且能夠設(shè)定、修改生產(chǎn)線上的汽車型號，并從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取對應(yīng)車型所需的零件、料架、車種、部品等信息。擁有普通權(quán)限的是普通操作人員，他們只有查看、執(zhí)行、監(jiān)控等權(quán)限。上位機(jī)在完成設(shè)定操作信息、調(diào)用數(shù)據(jù)庫之后，即可下發(fā)SPS操作指令。上位機(jī)的系統(tǒng)設(shè)定，決定了SPS系統(tǒng)的全部工作流程和內(nèi)容。

3.3 PLC亮燈提示系統(tǒng)與自動料架車

PLC現(xiàn)場控制系統(tǒng)，相當(dāng)于SPS系統(tǒng)的眼睛和手臂，集成于現(xiàn)場規(guī)模龐大的零件料架之上，對現(xiàn)場的電子標(biāo)簽進(jìn)行管理。PLC亮燈提示系統(tǒng)，主要接受來自上位機(jī)的操作指令。上位機(jī)通過車種選擇，來確定現(xiàn)場料架的零件選取規(guī)格、選取量以及選取順序。

自動料架車是一種程控小車，當(dāng)系統(tǒng)指令發(fā)出之后，自動料架會接受到進(jìn)行零件承載的指令。接到指令后，自動料架車會按照上位機(jī)編訂的邏輯，依次達(dá)到料架選取區(qū)域。

在零件料架區(qū)，有專業(yè)的零件裝配操作員，他會根據(jù)PLC亮燈提示，將對應(yīng)的零部件放置到自動料架車上，從而完成一次零件選取和裝配操作。操作完成后，自動料架車會自動走向下一個取料目標(biāo)區(qū)。

3.4 iSee通訊軟件

上位機(jī)與PLC現(xiàn)場設(shè)備的鏈接與通訊，主要依靠iSee軟件系統(tǒng)。同時，該系統(tǒng)還是一套當(dāng)前操作的監(jiān)控系統(tǒng)，同時，部署于上位PC機(jī)和自動料架車之上，這就讓操作員可以同時在上位機(jī)與現(xiàn)場對取料操作進(jìn)行操作監(jiān)控。此外，通過iSee軟件的顯示與亮燈系統(tǒng)的對比，便可輕易發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的問題，從而聯(lián)系相關(guān)人員迅速糾偏。

4 運行結(jié)果

該系統(tǒng)目前已經(jīng)應(yīng)用于該企業(yè)的集配生產(chǎn)線，平穩(wěn)運行了1年左右。SPS上線之后，產(chǎn)品錯誤率減少到0，不但極大降低了分揀工人的工作強度，而且每年節(jié)省機(jī)會成本可達(dá)1000余萬元。SPS系統(tǒng)與傳統(tǒng)分揀模式效果對比一覽表如表1。

表1 SPS系統(tǒng)與傳統(tǒng)分揀模式效果對比一覽表

5 結(jié)語

開展SPS技術(shù)在汽車工業(yè)成本管控中的應(yīng)用的全面研究，明確SPS這一技術(shù)的整體應(yīng)用優(yōu)勢，并且將這一應(yīng)用效用全面發(fā)揮于汽車工業(yè)生產(chǎn)的開展進(jìn)程中，能為汽車工業(yè)行業(yè)的全面發(fā)展提供巨大的推動力。