智能化裝配在汽車總裝線的運用研究

柴繼揚(yáng)

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)今智能化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用也愈加廣泛。汽車總裝線生產(chǎn)性能與生產(chǎn)平臺架構(gòu)有直接關(guān)系，為了能夠提高汽車總裝線運行的安全性、效率性、質(zhì)量性，加強(qiáng)智能化技術(shù)的應(yīng)用有著重要意義?；诖耍疚氖紫忍岢銎嚳傃b線的內(nèi)容與目標(biāo)，分析智能化裝配系統(tǒng)的整體框架，最后探究整個汽車總裝線智能化裝配系統(tǒng)的功能。

關(guān)鍵詞：智能化裝配;汽車總裝線;Andon系統(tǒng);PLC

1 引言

我國作為汽車生產(chǎn)大國，汽車行業(yè)中的競爭十分激烈，在整車行業(yè)當(dāng)中，用戶的需求也更加多樣化、個性化，不斷提升了勞動成本，而市場的競爭不得不讓汽車價格得到有效控制。因此，多樣化配置、復(fù)雜化設(shè)計程序、較短的交付周期，都給汽車生產(chǎn)系統(tǒng)提出了更高要求。在此背景下，汽車生產(chǎn)企業(yè)要用較低的成本生產(chǎn)處用戶滿意的產(chǎn)品，從而提高企業(yè)的市場競爭力。智能化裝配系統(tǒng)可以有效打破傳統(tǒng)裝配系統(tǒng)的弊端，不僅可以提高汽車裝配效率、質(zhì)量，還可以檢查汽車裝配中的錯誤問題，實現(xiàn)智能化操作，這對推動汽車生產(chǎn)發(fā)展有著重要意義。

2 研究內(nèi)容與目標(biāo)

本次研究主要是借助智能化技術(shù)對汽車總裝線每個環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，借助PLC技術(shù)、Andon系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將車身、運轉(zhuǎn)工具、線邊設(shè)備納入到統(tǒng)一管理體系中，以汽車二維碼作為信息載體，融入整個汽車裝配流程，對現(xiàn)有各類資源進(jìn)行充分利用和整合，結(jié)合總裝車間Andon系統(tǒng)，在Andon系統(tǒng)當(dāng)中對車型信息流層、總裝線設(shè)施的控制層實現(xiàn)信息互通，將過去分層生產(chǎn)管控模式轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)同生產(chǎn)管理模式，讓工藝流、信息流、物流、制造流相同步[1]。

讓整個裝配車型信息、裝配線設(shè)施控制系統(tǒng)互聯(lián)互通，通過智能化系統(tǒng)控制，實現(xiàn)汽車智能裝配功能，如自動轉(zhuǎn)掛、玻璃涂膠、密封檢查、伺服擰緊、液體加注、零件集配等，在統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)體系中將智能化設(shè)施連接，形成整體智能的裝配導(dǎo)航系統(tǒng)，達(dá)成汽車裝配的智能化、高效化、透明化的目標(biāo)，提升整個生產(chǎn)流程的防錯性能、質(zhì)保性能。

3 智能化裝配系統(tǒng)框架

3.1 管理系統(tǒng)

整個管理系統(tǒng)包括四個方面：（1）智能化裝配數(shù)據(jù)庫;（2）智能化生產(chǎn)軟件;（3）智能化監(jiān)控軟件;（4）模塊化控制程序。

3.2 控制系統(tǒng)模式

本控制系統(tǒng)采用了“集中管理、分散控制”生產(chǎn)模式，整個系統(tǒng)當(dāng)中采用了計算機(jī)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、冗余光纖環(huán)網(wǎng)連接現(xiàn)場分系統(tǒng)PLC，通過獲取生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)對整個智能化管理系統(tǒng)的管理。分散控制系統(tǒng)主要是借助現(xiàn)場總線方案獲取裝配現(xiàn)場的信息，從而對現(xiàn)場裝配設(shè)備展開控制管理，同時還可以向主控管理計算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)信息。

3.3 工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線

在工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)中，主要是負(fù)責(zé)：信息數(shù)據(jù)管理與上位監(jiān)控、交換控制層PLC通信信息、與生產(chǎn)車間網(wǎng)絡(luò)通訊信息交換、車間范圍組態(tài)、車間范圍診斷。在現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，主要是負(fù)責(zé)：工程組態(tài)、系統(tǒng)診斷、設(shè)備運行控制、故障識別、設(shè)備狀態(tài)顯示（包括運行狀態(tài)和故障狀態(tài)）。

3.4 Andon系統(tǒng)

Andon系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)框架的核心，是一種基于遠(yuǎn)程I/O的一種系統(tǒng)模式，I/O箱中包括16個工位左右。拉繩系統(tǒng)采用開關(guān)型，可以讓工位操作人員便捷操作。在拉繩位置如果工人不方便安裝，可以按下自動生產(chǎn)按鈕替代人工安裝。生產(chǎn)中不得產(chǎn)生立即停線，特別是在重要操作工位啟/停中。操作人員通過Andon系統(tǒng)可以進(jìn)行請求呼救，也可以借助語音系統(tǒng)實現(xiàn)呼叫。在報警系統(tǒng)中，考慮到汽車裝配車間噪聲較大，為了可以聽到警報聲，Andon系統(tǒng)采用了音樂報警系統(tǒng)，比裝配生產(chǎn)環(huán)境噪聲至少高5分貝，最高不超過85分貝[2]。Andon系統(tǒng)系統(tǒng)采用了DC24V供電系統(tǒng)，可以確?，F(xiàn)場操作的安全性，借助控制看板可以為Andon系統(tǒng)提供直接的狀態(tài)顯示。根據(jù)系統(tǒng)中的停線時間、頻率以及開動頻率分析報表系統(tǒng)。

3.5 控制系統(tǒng)PLC

控制系統(tǒng)采用了S7-300 （CPU 319F-3 PN/DP）PLC控制，通過PROFINET總線與現(xiàn)場I/O進(jìn)行通訊;PROFINET總線與PLC可以實現(xiàn)I/O站 ET200S、位置定位系統(tǒng)、分布式變頻器、觸摸屏通訊功能。借助以太網(wǎng)實現(xiàn)中控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。整個控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)輸送線設(shè)備自動控制運行，每臺設(shè)備在非受控情況下也可以單獨手動運行。

3.6 EMS控制系統(tǒng)

系統(tǒng)借助超高頻RFID獲取車身信息，對PBS庫區(qū)展開精準(zhǔn)管理。同時借助二維碼實現(xiàn)部件定位，也就是通過掃描系統(tǒng)二維碼可以讀取小車所處二維碼的實時數(shù)據(jù)。

4 智能化裝配在汽車總裝線中可實現(xiàn)的功能

4.1 智能化車輛定位

本系統(tǒng)采用了基于物聯(lián)網(wǎng)的信息采集系統(tǒng)，通過RFID、二維碼、PLC、傳感設(shè)備、智能識別設(shè)備，獲取總裝車身信息，同時在MES系統(tǒng)中自動建立起隊列順序，借助線體運行參數(shù)得出小車部位，實現(xiàn)工位隊列信息實時構(gòu)建。車身位置數(shù)據(jù)采集通過二維碼實時提供定位信息，這樣在系統(tǒng)中可以與IT實現(xiàn)信息交互，得出相應(yīng)的任務(wù)信息[3]。生產(chǎn)車間中的車輛定位是實現(xiàn)智能化裝配的基礎(chǔ)，也能夠為后續(xù)系統(tǒng)運行提供先決條件。定位功能除了能夠掃描、錄入車輛信息，同時實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的雙向通信，加強(qiáng)在線車型、線邊設(shè)施的智能化互聯(lián)互通。

4.2 智能化擰緊工作站

根據(jù)生產(chǎn)車型訂單自動生成擰緊任務(wù)，并實時采集擰緊中的數(shù)據(jù)信息，將擰緊結(jié)果數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，實現(xiàn)擰緊數(shù)據(jù)的可追溯性。采用了模塊化設(shè)計思想，建設(shè)應(yīng)用層、控制層、設(shè)備層三層結(jié)構(gòu)。應(yīng)用層中有各類服務(wù)器，可以將數(shù)據(jù)信息傳輸給質(zhì)控系統(tǒng)，發(fā)送訂單信息，與設(shè)備實現(xiàn)通信;控制層主要是工藝導(dǎo)航屏構(gòu)成，可以引導(dǎo)人工裝配，獲得車型等相關(guān)信息，同時發(fā)送擰緊口令，將設(shè)備擰緊處理;設(shè)備層是擰緊操作的重要層級，獲取上層下達(dá)的擰緊指令，完成生產(chǎn)。

4.3 智能化零件揀選系統(tǒng)

汽車總裝生產(chǎn)中零部件數(shù)量多，因此要重點關(guān)注多個零部件線邊物流配送和零部件防錯。系統(tǒng)設(shè)計中要求裝配工藝、物流工藝同步進(jìn)行，并保證各個裝配線路最短，一體化布設(shè)分裝級配區(qū)、倉庫，盡可能布設(shè)在生產(chǎn)線旁邊，減少零部件送配過程的干涉影響。很多零部件在外觀上難以辨別，所以作業(yè)人員在進(jìn)行零部件裝配和分揀過程中很容易出錯[4]。本設(shè)計系統(tǒng)中融合了智能分揀指示方案，可以在線指導(dǎo)作業(yè)人員進(jìn)行零部件分揀，保證生產(chǎn)線中的車輛裝配信息相對應(yīng)，降低錯裝、漏裝的幾率，對所有的裝配信息均可以追溯。終端顯示可以直接呈現(xiàn)二維碼、車輛配置信息，借助人員操作，導(dǎo)入到車型或暫停零部件分揀工作。PLC系統(tǒng)根據(jù)車型零部件信息，對現(xiàn)場執(zhí)行層的網(wǎng)關(guān)、電子標(biāo)簽給予控制，通過現(xiàn)場總線通信，借助多點分支、T點分支等連接方法，在不斷電狀況下實現(xiàn)系統(tǒng)拓展，將投料點和電子標(biāo)簽直接綁定。

5 結(jié)束語

綜上所述，為了能夠滿足汽車裝配個性化、科技化、高質(zhì)量化的發(fā)展需求，積極采用智能化裝配技術(shù)有著重要意義。智能化裝配不僅能夠提高汽車裝配效率、質(zhì)量，還能夠優(yōu)化生產(chǎn)線、指導(dǎo)工人作業(yè)。未來，智能化技術(shù)會進(jìn)一步得到完善，整個總裝線功能也更加豐富，從而滿足多品種生產(chǎn)要和智能裝配的需求。

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