汽車零部件加工中的智能化應(yīng)用技術(shù)

周勇剛 洪 洲

（安徽省小小科技股份有限公司，安徽 宣城 245300）

0 引言

智能化技術(shù)發(fā)展的腳步已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域，并成為提高生產(chǎn)質(zhì)量及效率的必要工具。各界學(xué)者對(duì)于智能化技術(shù)的研究逐漸深入，并從理論研究轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w應(yīng)用的實(shí)踐研究，對(duì)于解決汽車零部件加工技術(shù)問(wèn)題具有重要的意義。

1 汽車零部件加工行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)汽車零部件行業(yè)存在小、零、散、亂的局面，并且多集中在低端產(chǎn)品領(lǐng)域，產(chǎn)能過(guò)剩和惡性價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)明顯，普遍存在著較大的生產(chǎn)壓力。我國(guó)汽車行業(yè)正朝向“電子化、輕量化、集成化、新能源化”趨勢(shì)發(fā)展，汽車零部件行業(yè)也需要與時(shí)俱進(jìn)，加大科研力度，首先突破零部件加工質(zhì)量與效率的限制，積極引入了先進(jìn)的智能化技術(shù)，改善加工流程，優(yōu)化加工工藝，在堅(jiān)持質(zhì)量與安全性的基本原則上求發(fā)展[1]。

2 汽車零部件加工中應(yīng)用智能化技術(shù)的必要性

2.1 精密加工生產(chǎn)的必要條件

由于零部件加工精度受到多種因素的影響，一旦在精密度控制中存在漏洞，會(huì)影響零部件加工的質(zhì)量[2]。因此，需要應(yīng)用智能化技術(shù)對(duì)加工質(zhì)量進(jìn)行全面控制，例如應(yīng)用刀庫(kù)刀具折斷自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，當(dāng)?shù)毒呤褂猛昊氐降稁?kù)后，相關(guān)的設(shè)備會(huì)對(duì)刀具的性能進(jìn)行全面檢查，一旦發(fā)現(xiàn)刀具有折斷的風(fēng)險(xiǎn)，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒刀庫(kù)管理人員及時(shí)更換刀具，避免在加工生產(chǎn)中引發(fā)安全事故。

2.2 高效加工生產(chǎn)的必然選擇

隨著汽車零部件市場(chǎng)需求量的增加，零部件加工企業(yè)亟需提高加工生產(chǎn)的效率。目前，零部件生產(chǎn)已經(jīng)進(jìn)入機(jī)械化時(shí)代，各企業(yè)也積極引進(jìn)先進(jìn)的機(jī)床設(shè)備，能夠顯著提高加工生產(chǎn)效率，滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。當(dāng)前智能化程度較高的機(jī)床為高速數(shù)控機(jī)床，相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)床來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)速度更快、加工精度更高，能夠連入企業(yè)的智能化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車零部件加工系統(tǒng)化、平臺(tái)化、集中化管理，還能夠有效降低人力成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 行業(yè)轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路

實(shí)現(xiàn)技術(shù)與產(chǎn)品的系統(tǒng)化組合以及產(chǎn)品延伸的多樣化布局是汽車零部件行業(yè)船型升級(jí)的內(nèi)生動(dòng)力。不同零部件加工需要不同的工序及工藝，為了能夠?qū)崿F(xiàn)多生產(chǎn)線的并駕齊驅(qū)，汽車零部件加工企業(yè)需要應(yīng)用智能化技術(shù)，整合多條生產(chǎn)線，保證多元化產(chǎn)品的加工生產(chǎn)效率及質(zhì)量[3]。

3 汽車零部件加工中智能化技術(shù)的應(yīng)用形式

3.1 汽車零部件加工設(shè)備的智能化應(yīng)用技術(shù)

PLC 即可編程控制器，作為一種新型的工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)，是計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制等前沿顛覆性科技與傳統(tǒng)順序控制器融合的產(chǎn)物，其主要作用為取代并優(yōu)化傳統(tǒng)的繼電器、執(zhí)行邏輯等順序控制功能，建立一種具有柔性特征的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)，具有極強(qiáng)的適應(yīng)性、便捷性、抗干擾性、穩(wěn)定性和高效性。其與變頻控制技術(shù)結(jié)合能夠智能化調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行速度，以達(dá)到減少設(shè)備能耗的成本控制、節(jié)能減排目標(biāo)。以汽車零部件加工生產(chǎn)中物料傳送輥道系統(tǒng)為例，PLC 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要依賴軟硬件設(shè)備，硬件設(shè)備主要包括電源、微處理器CPU及存儲(chǔ)器、輸入及輸出組件等（具體結(jié)構(gòu)框架如圖1 所示）。

圖1 PLC 結(jié)構(gòu)框架圖

在該系統(tǒng)中，電子皮帶秤計(jì)量振動(dòng)給料機(jī)傳輸?shù)奈锪现亓浚琍LC 接收現(xiàn)場(chǎng)的稱重信號(hào)以及下料變頻器的速度信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后轉(zhuǎn)化為瞬時(shí)物料量；其次，將瞬時(shí)物料量由工業(yè)以太網(wǎng)傳輸給PLC 上位機(jī)，PLC 同時(shí)以程序計(jì)算出理論下料量，經(jīng)過(guò)AO 模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以電流信號(hào)傳送給下料變頻器。最后，變頻器調(diào)節(jié)振動(dòng)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)流量增大時(shí)，降低振動(dòng)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，反之提高振動(dòng)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使物料的流量和階段累計(jì)量均保持在設(shè)定范圍內(nèi)。

3.2 汽車零部件加工過(guò)程中的智能化應(yīng)用技術(shù)

桁架式機(jī)械手具建立在如圖1 所示的X，Y，Z三坐標(biāo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過(guò)控制器分析、處理、判斷輸入信號(hào)，對(duì)各個(gè)輸出件，如圖2 中的蓄能器、真空泵、行走齒輪、提升梁、提升伺服電機(jī)和移動(dòng)板等下達(dá)指令，完成X，Y，Z三軸之間的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)汽車零部件加工的全自動(dòng)作業(yè)流程。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、投資維護(hù)成本低的特點(diǎn)。這些自動(dòng)化的生產(chǎn)線或生產(chǎn)單元極大地節(jié)約了投入，并保證了產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍和質(zhì)量穩(wěn)定一致性。同時(shí)，自動(dòng)化的物流及檢測(cè)，也將從材料毛坯到加工成品全過(guò)程的信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)記錄，反饋到管理軟件，為整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化和判斷以及下一步的計(jì)劃指令提供了信息依據(jù)。

圖2 桁架式機(jī)械手具

3.3 加工設(shè)備之間的智能化應(yīng)用技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指按照一定的通信協(xié)議，將汽車零部件加工生產(chǎn)的設(shè)備、人員以及工件連接入互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)信息的交互。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)人員、設(shè)備進(jìn)行定位，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行跟蹤式管理，繼而構(gòu)建人與人，物與物，人與物的智能化設(shè)備管理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)加工環(huán)境的感知，監(jiān)測(cè)和控制，設(shè)備的工作條件以及人員安全信息。

圖3 是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能車間生態(tài)系統(tǒng)管理平臺(tái)，整合了汽車零部件加工企業(yè)三大核心業(yè)務(wù)：原料采購(gòu)、加工生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化零部件供貨。其中，原材料采購(gòu)模塊運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析及挖掘?qū)Ρ裙┴浬淘牧蟽r(jià)格、質(zhì)量等要素，以智能分析支持供貨商的篩選；加工生產(chǎn)模塊利用芯片/傳感器實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)信息，動(dòng)態(tài)化跟蹤監(jiān)測(cè)生產(chǎn)質(zhì)量。同時(shí)構(gòu)建CPS 系統(tǒng)（信息物理系統(tǒng)），將所獲取的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，上位機(jī)基于多元智能化算法下達(dá)控制指令，已調(diào)整機(jī)械設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。此外，運(yùn)用3D掃描及打印技術(shù)制作零部件模具，所運(yùn)用的先進(jìn)材料納米技術(shù)、機(jī)器人/智能機(jī)床可穿戴技術(shù)、自動(dòng)車輛/軌道車輛/吊車能夠提高零部件加工生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化程度，并嚴(yán)格控制資源的利用率，有助于實(shí)現(xiàn)汽車零部件加工生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展；標(biāo)準(zhǔn)化零部件供貨模塊與市場(chǎng)接軌，運(yùn)用智能物流技術(shù)滿足客戶多元化的需求，不僅支持客戶的大小批量制定，還支持客戶的個(gè)性化單品定置，使汽車零部件加工產(chǎn)品覆蓋面更為廣泛。

圖3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的職能車間生態(tài)系統(tǒng)管理平臺(tái)

4 結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于傳統(tǒng)的自動(dòng)化技術(shù)，智能化技術(shù)擁有類似于人腦的非線性“思維”，能夠智能化地應(yīng)對(duì)多種加工生產(chǎn)問(wèn)題，還具備自學(xué)習(xí)能力及自適應(yīng)能力，通過(guò)存儲(chǔ)加工工藝、加工技術(shù)，自動(dòng)優(yōu)化加工生產(chǎn)流程，能夠有效降低成本，提高生產(chǎn)效率及質(zhì)量。由于智能化技術(shù)的應(yīng)用需要軟件及硬件的支撐，前期投入的成本較多，為此，各汽車零部件加工企業(yè)需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，靈活地運(yùn)用智能化技術(shù)。