關(guān)于我國汽車生產(chǎn)自動化裝配技術(shù)發(fā)展的探討

李新 時鑫

摘要：隨著中國汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車的生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大，自動化技術(shù)與設(shè)備正在汽車制造行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用，許多國內(nèi)汽車制造企業(yè)紛紛在自己的生產(chǎn)線上使用了機(jī)器人、傳感、監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)。與人力資源相比，自動化系統(tǒng)可以承受更高難度、高強(qiáng)度的勞動，能夠執(zhí)行更高精確度的工作，在工作中更準(zhǔn)確、更安全。那么汽車生產(chǎn)自動化技術(shù)的發(fā)展成為了世界矚目的焦點之一。

關(guān)鍵詞：汽車生產(chǎn);自動化技術(shù);發(fā)展

自動化是國內(nèi)汽車制造業(yè)發(fā)展的趨勢，面對這個情況，汽車行業(yè)應(yīng)該要形成完整的自動化生產(chǎn)模式。自動化生產(chǎn)是指生產(chǎn)過程中有機(jī)器人作業(yè)，每一個工序都有機(jī)器人和自動化設(shè)備完成。汽車的自動化生產(chǎn)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，可以減少人工成本，提高汽車的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，在整個汽車行業(yè)發(fā)展的過程中，自動化生產(chǎn)是有益無害的，可以說汽車制造業(yè)在今后將成為自動化的主力市場之一，在汽車生產(chǎn)過程中，原來的準(zhǔn)備、車身焊接、裝配檢查無一不應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人、監(jiān)控系統(tǒng)等自動化技術(shù)與設(shè)備。

一、回顧我國汽車生產(chǎn)自動化技術(shù)的發(fā)展歷程

技術(shù)的價值是需要在行業(yè)中應(yīng)用才能體現(xiàn)出來。自動技術(shù)在汽車行業(yè)應(yīng)用的演變也是自動化技術(shù)發(fā)展的縮影，回顧自動化技術(shù)在汽車行業(yè)的發(fā)展，對把脈未來汽車行業(yè)對自動化技術(shù)的需求有著積極的作用。40到60年代初，市場需求動力主要表現(xiàn)在提高資源有效利用，減輕勞動強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量及適應(yīng)批量生產(chǎn)的需求。該階段表現(xiàn)為單機(jī)自動化階段，主要特點體現(xiàn)在各種單機(jī)自動化加工設(shè)備的出現(xiàn)，并不斷擴(kuò)大應(yīng)用向著工業(yè)自動化縱深方向發(fā)展。從60年代到70年代初，市場競爭加劇，要求產(chǎn)品更新，產(chǎn)品質(zhì)量高，同時適應(yīng)大中批量生產(chǎn)需要和減輕勞動強(qiáng)度。在這階段自動化進(jìn)入了以生產(chǎn)線為標(biāo)志的時期，在單機(jī)自動化的基礎(chǔ)上，各種組合機(jī)床、組合生產(chǎn)線出現(xiàn)，軟件數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)并用于機(jī)床行業(yè)。我國汽車行業(yè)基本以繼電器控制技術(shù)為主，生產(chǎn)主要應(yīng)用組合機(jī)。

由于市場環(huán)境的變化，多品種、中小批量生產(chǎn)中普遍性問題愈發(fā)嚴(yán)重，要求自動化技術(shù)向其廣度和深度發(fā)展，進(jìn)而表現(xiàn)出各相關(guān)技術(shù)融合的趨勢，并發(fā)揮其整體的最佳效能。因此在70到80年代初期，順序邏輯受到了追捧，通過應(yīng)用順序邏輯改造部分控制系統(tǒng)老舊和邏輯比較復(fù)雜的設(shè)備。這一時期半導(dǎo)體技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用逐漸形成熱潮。這一時期，隨著總線高調(diào)進(jìn)入市場的同時，PLC、變頻器、位置控制及A/D技術(shù)被引進(jìn)到汽車行業(yè)。80年代中期，我國汽車行業(yè)逐漸引進(jìn)了數(shù)控技術(shù)，數(shù)顯、數(shù)控、機(jī)器人及加工中心代表了數(shù)控技術(shù)的自動化發(fā)展水平。發(fā)那科、西門子系統(tǒng)在我國汽車行業(yè)占據(jù)了較大的市場份額，國內(nèi)汽車行業(yè)用戶通過不斷引進(jìn)和改造大批數(shù)控設(shè)備、加工中心，至今在汽車行業(yè)的部門發(fā)動機(jī)生產(chǎn)以加工中心為主題設(shè)備，形成加工中心柔性生產(chǎn)線，為汽車產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代奠定了設(shè)備技術(shù)基礎(chǔ)。作為數(shù)控技術(shù)的延伸，機(jī)器人技術(shù)也越來越多的被應(yīng)用到整車制造中。這時期的機(jī)器人被應(yīng)用在汽車行業(yè)的車身焊接、涂膠、噴漆、搬運等領(lǐng)域中。從上世紀(jì)90年代后期開始，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，汽車行業(yè)逐步興起應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)。

二、汽車生產(chǎn)自動化技術(shù)的最新發(fā)展及方向

汽車生產(chǎn)自動化現(xiàn)代測量技術(shù)應(yīng)高精度、高速度、多功能、在線檢測的需求，不斷取得新的發(fā)展與突破。目前自動化技術(shù)發(fā)展的一個主要趨勢，是控制器功能的集成化，以及通訊的集成化。長久以來，由于技術(shù)的限制，在一個自動化技術(shù)中需要使用多種，來自多個廠商的專一功能的控制設(shè)備。相應(yīng)地在通訊上，有一般控制任務(wù)的現(xiàn)場總線;用于安全控制的安全總線;用于運動控制的通訊。這樣集成得到的系統(tǒng)，復(fù)雜性高，無論系統(tǒng)集成商，還是設(shè)備使用維護(hù)方，除了掌握各種不同的技術(shù)外，還必須適應(yīng)不同廠商產(chǎn)品的不同設(shè)計習(xí)慣，不同的軟件編制風(fēng)格。還有，不同系統(tǒng)之間的接口和通訊進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。而且從一定程度上，降低了系統(tǒng)的性能?，F(xiàn)在，集成了上述幾個和全部控制功能的控制器越來越多。比如集成了一般控制功能和安全控制功能的PLC，集成了PLC功能和運動伺服控制功能的基于PC 的控制器，等等。同時在通訊領(lǐng)域也在發(fā)生重大變化，以太網(wǎng)借著在一般網(wǎng)絡(luò)上取得的巨大成功，已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域逐步深入，開始牢牢確立自己的地位。集多種通訊功能于一身的以太網(wǎng)產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，隨著技術(shù)的逐漸成熟，產(chǎn)品的逐漸豐富，以太網(wǎng)技術(shù)是目前能夠看到的一統(tǒng)江湖的通訊網(wǎng)絡(luò)。

汽車行業(yè)自動化技術(shù)的快速應(yīng)用和發(fā)展來源于以下動力：

1.勞動生產(chǎn)率的要求。越來越高的勞動生產(chǎn)率要求，減少的人需要用自動化設(shè)備替代。

2.汽車控制自動化。汽車產(chǎn)品技術(shù)的日新月異，越來越朝智能化、舒適化發(fā)展，這就要求制造和測試汽車的設(shè)備也更加智能化和自動化。

3.品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提升。汽車行業(yè)對汽車品質(zhì)的安全性、制造質(zhì)量、環(huán)境要求越來越高，也催生了設(shè)備自動化檢測技術(shù)和制造技術(shù)的提升。

4.成本需求。由于汽車產(chǎn)能的快速發(fā)展，逐步使市場出現(xiàn)過剩。因此，要提升競爭力，必須盡量降低成本。而降低成本的重要途徑之一，就是提升制造效率，攤薄制造成本。這也拉動了自動化技術(shù)的快速發(fā)展。

三、汽車自動化技術(shù)發(fā)展階段特征

隨著生產(chǎn)需求及環(huán)境的變化，自動化技術(shù)也在不斷的發(fā)展與完善。反過來，自動化技術(shù)的每一次前進(jìn)推動著生產(chǎn)應(yīng)用的變革。在建設(shè)資源節(jié)約型社會的今天，生產(chǎn)方式正在悄然的發(fā)展改變，用戶對于自動化的需求已經(jīng)從單一產(chǎn)品提供形式向著整體解決方案的方式轉(zhuǎn)變。從節(jié)能、環(huán)保、信息化、物聯(lián)網(wǎng)到生產(chǎn)保障、生產(chǎn)安全，乃至整個制造業(yè)升級，其需求本質(zhì)都是解決方案式的服務(wù)，這也成為當(dāng)前自動化市場發(fā)展的主要特征。

用戶對解決方案式服務(wù)的需求代表著我國工業(yè)生產(chǎn)將進(jìn)入整體工廠階段，這個階段代表著目前設(shè)備技術(shù)的最高水平。以汽車行業(yè)為例，該階段要求自動化技術(shù)能力應(yīng)該滿足：

（1）具備高產(chǎn)能的特點;

（2）工廠工藝總體設(shè)計，各工序全面兼顧，實現(xiàn)工序之間的內(nèi)在無縫銜接，大幅度的提升制造質(zhì)量;

（3）柔性化生產(chǎn)線，縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代改造的周期;

（4）信息技術(shù)成為設(shè)備技術(shù)的基礎(chǔ)載體，實現(xiàn)信息實時傳遞，通過中央控制室監(jiān)視、控制、追溯及管理;

（5）應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使車型混流生產(chǎn)做到井然有序;

（6）精益生產(chǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)組織、物流配送等以最經(jīng)濟(jì)的方式完成生產(chǎn)全過程。

整體工廠解決方案的發(fā)展需求與我國“自動化與信息化”融合的發(fā)展趨勢相匹配。目前，主流自動化企業(yè)在提供整體解決方案上搶先一步。西門子早在幾年前推出了全集成自動化軟件TIA，是業(yè)內(nèi)首個采用統(tǒng)一的工程組態(tài)軟件和軟件項目環(huán)境的自動化軟件，借助該全新的工程技術(shù)軟件平臺，用戶可以快速直觀的開發(fā)和調(diào)試自動化系統(tǒng)。TIA博途采用新型、統(tǒng)一軟件框架，用戶可在同一開發(fā)環(huán)境中組態(tài)西門子所有的可編程控制器、人機(jī)界面和驅(qū)動裝置。在控制器、驅(qū)動裝置和人機(jī)界面之間建立通信時的共享任務(wù)，可大大降低連接和組態(tài)成本。

有專家說，在整體解決方案能力上外資品牌處于領(lǐng)先的地位，隨著國內(nèi)廠商技術(shù)水平的不斷提升，也涌現(xiàn)了優(yōu)秀的解決方案提供者。因此，對用戶而言，在能夠滿足應(yīng)用的條件下，國內(nèi)廠商在成本上的優(yōu)勢往往是吸引用戶的關(guān)鍵。

四、電氣自動化在汽車性能設(shè)計上的應(yīng)用

近些年，我國的經(jīng)濟(jì)取得了很大的發(fā)展，但是伴隨著汽車數(shù)量的增加與路況復(fù)雜程度的不斷提高，駕駛的難度也越來越高，并且開始逐漸融入人類的能力范疇。當(dāng)前，汽車駕駛自動化的實現(xiàn)主要借助于計算機(jī)技術(shù)及控制技術(shù)來實現(xiàn)?，F(xiàn)在，汽車的競爭已經(jīng)進(jìn)入了白熱化的狀態(tài)，汽車生產(chǎn)廠家都下大力氣在汽車性能的提升上，其中自動化就是它發(fā)展的一個重要方向。駕駛者可以在計算機(jī)的協(xié)助下將駕駛工作逐漸轉(zhuǎn)移到用自動化技術(shù)來實現(xiàn)，通過廠商的大力發(fā)展，自動化技術(shù)在提升道路利用率，降低車輛的制造成本及燃油消耗方面都取得了進(jìn)展與突破，收獲了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

五、汽車生產(chǎn)安全技術(shù)

隨著汽車的速度越來越快以及道路越來越擁擠，駕駛的安全性已經(jīng)成為汽車廠商首要考慮的問題。汽車制造設(shè)備，尤其是沖壓設(shè)備，都是安全等級要求極高的設(shè)備，一直以來也是安全控制產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域，從很多安全產(chǎn)品和應(yīng)用中，都能明顯看到這一點。由于法律和文化等諸多方面的原因，歐洲的安全技術(shù)和產(chǎn)品一直處于領(lǐng)先，應(yīng)用也最為成熟和廣泛。在我國，安全一直被放在很高的位置，但多數(shù)停留在“對人進(jìn)行安全教育”的層面，認(rèn)為安全事故的主因在人，把對技術(shù)措施的改進(jìn)放在第二位。但是國外，尤其是歐洲多年推行安全技術(shù)，事故率大大降低。這一事實說明安全事故的預(yù)防也是一個技術(shù)問題，技術(shù)性的措施比對人的教育更加重要?？上驳氖牵壳鞍踩夹g(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用日益廣泛。雖然我國強(qiáng)制性的推行國際安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但大多汽車制造廠對安全技術(shù)有比較嚴(yán)格的要求，帶動了安全技術(shù)在國內(nèi)機(jī)器制造行業(yè)的應(yīng)用。而且，隨著美國和日本逐漸重視安全技術(shù)，使得美國和日本的電氣控制巨頭們也推出了諸多具有競爭力的安全產(chǎn)品。對安全技術(shù)的應(yīng)用有了更大的推動作用。一般來說，安全控制系統(tǒng)應(yīng)該包括安全輸入設(shè)備，安全控制電氣元件。其中，安全P L C 是在應(yīng)用中值得重點關(guān)注的產(chǎn)品。所謂安全PLC，就是專門為條件苛刻的任務(wù)或安全相關(guān)的應(yīng)用而設(shè)計的PLC，在其失效時不會對人員安全或過程安全帶來危險。在一臺安全PLC根據(jù)要求達(dá)到了特定的可靠性/故障概率等級時，就意味著它具有廣泛的自診斷能力，可以監(jiān)測各個方面的硬件狀態(tài)、程序執(zhí)行狀態(tài)和操作系統(tǒng)狀態(tài)。此外，安全PLC 還必須能夠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)認(rèn)證的必須的故障安全動作，而這些故障安全動作都是根據(jù)特定的原則設(shè)計，并滿足國際安全標(biāo)準(zhǔn)中定義的要求。另外，安全PLC 還可能包括警衛(wèi)保護(hù)預(yù)警和權(quán)限管理的內(nèi)容，用來保護(hù)安全PLC 不受來自外界的干擾。同時，都試圖將安全PLC 與其他機(jī)械安全產(chǎn)品一起構(gòu)成完整的機(jī)械安全解決方案。

六、總結(jié)

汽車制造企業(yè)紛紛在自己的生產(chǎn)線上使用了機(jī)器人、傳感、監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)，與人力資源相比，自動化系統(tǒng)可以承受更高難度、高強(qiáng)度的勞動，能夠執(zhí)行更高精確度的工作，本文主要討論了我國汽車生產(chǎn)自動化裝配技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，主要從發(fā)展背景及歷程、未來的發(fā)展方向及應(yīng)用、電氣自動化以及安全技術(shù)等方面進(jìn)行了研究分析，最后得出自動化系統(tǒng)在工作中更準(zhǔn)確、更安全，未來汽車生產(chǎn)自動化技術(shù)的發(fā)展成為了世界矚目的焦點之一。

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（作者單位：北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所有限公司）