汽車智能化沖壓車間規(guī)劃及其發(fā)展

苑永強

摘 要：本文分析了汽車智能化沖壓車間生產(chǎn)流程，分析出車間規(guī)劃原則有堅持綠色制造原則、堅持柔性化原則、堅持數(shù)字化原則、堅持信息化原則。在此基礎之上進行了汽車智能化沖壓車間規(guī)劃方法分析，結果表明目前汽車智能化沖壓車間規(guī)劃主要有模糊綜合評價和遺傳算法分析，其中遺傳算法應用較為廣泛。指出未來汽車智能化沖壓車間規(guī)劃發(fā)展方向是引入神經(jīng)網(wǎng)絡算法進行規(guī)劃。

關鍵詞：汽車 智能化 沖壓車間 規(guī)劃設計

Planning and Development of Automobile Intelligent Stamping Workshop

Yuan Yongqiang

Abstract：This paper analyzes the production process of automobile intelligent stamping workshop and points out that the workshop planning principles include adhering to the green manufacturing principle， adhering to the flexible principle， adhering to the digital principle and adhering to the information principle. The results show that there are fuzzy comprehensive evaluation and genetic algorithm analysis， among which genetic algorithm is widely used. It is pointed out that the future development direction of automobile intelligent stamping workshop planning is to introduce neural network algorithm for planning.

Key words：automobile， intelligent， stamping workshop， planning and design

1 前言

我國汽車產(chǎn)銷量已經(jīng)連續(xù)11年蟬聯(lián)全球第一，每年產(chǎn)銷量都在兩千萬輛以上。汽車產(chǎn)銷量不斷蟬聯(lián)第一的同時，汽車生產(chǎn)基地也在我國呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長，目前我國有將近90%的省份都有汽車生產(chǎn)基地，很多汽車制造廠家也在新建生產(chǎn)基地，如僅湖北一省，不僅吸引了東風集團來此新建基地外，通用汽車、長豐汽車、廣汽集團等也紛紛在此開設生產(chǎn)基地。汽車制造業(yè)屬于制造業(yè)的重要構成，不僅在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，更是在工業(yè)化進程中肩負著重要的使命?！吨袊圃?025年》是我國實施制造強國的戰(zhàn)略綱領。按照中國制造2025的要求，汽車制造業(yè)應抓住新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的機遇，通過數(shù)字化、網(wǎng)絡化的應用實現(xiàn)汽車生產(chǎn)制造的智能化。智能化生產(chǎn)能夠提高中國汽車的質量，提高品牌影響力和競爭力，同時也實現(xiàn)了節(jié)能的突破。因此汽車行業(yè)的數(shù)字化、智能化是未來幾年汽車制造業(yè)轉型升級的方向[1-2]。

整車生產(chǎn)過程需要經(jīng)歷沖壓工藝、焊接工藝、涂裝工藝、總裝工藝四大工藝流程。其中沖壓工藝是所有流程種的第一步，也是整車生產(chǎn)的基礎，汽車中有60%的零部件都是沖壓而成的。隨著汽車生產(chǎn)基地的增多，給相關配套企業(yè)帶來了較大的發(fā)展機遇。但同時也面臨著挑戰(zhàn)，生產(chǎn)車型日益增多，多家汽車企業(yè)共線生產(chǎn)的現(xiàn)象日益突出，對沖壓生產(chǎn)線的兼容性提出了高要求。當前汽車智能化沖壓車間規(guī)劃已成為汽車制造業(yè)轉型升級中的一項重要內容，如何對智能化沖壓車間進行合理規(guī)劃及后續(xù)如何發(fā)展，真正發(fā)揮出智能化沖壓車間的智能化作用是一個重要問題。文章就該問題簡單進行了分析，提出了自己的觀點。

2 汽車智能化沖壓車間規(guī)劃原則

沖壓是汽車生產(chǎn)的第一道工序，也是整個汽車生產(chǎn)過程的敲門磚。汽車車體由鋼板構成，沖壓車間便是將重達10噸左右成卷的鋼板展開，通過擺剪機、開卷落料線進行異型鋼板剪切，最后通過沖壓機再進行拉延、修邊沖孔、整形、翻邊、整形工序，將鋼板最終沖成構成汽車車體的部件。沖壓過程中，流程越多，說明所沖壓的零部件越復雜。如圖1所示為沖壓車間生產(chǎn)流程圖。

智能化沖壓車間規(guī)劃的目的是利用數(shù)字化、網(wǎng)絡化實現(xiàn)沖壓車間的自動化、智能化，提高沖壓生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量。同時根據(jù)21世紀工業(yè)發(fā)展的指導方針“走可持續(xù)發(fā)展道路”，智能化沖壓車間應走綠色制造道路，滿足走可持續(xù)發(fā)展道路的方針要求。對汽車制造業(yè)來講，智能化沖壓車間規(guī)劃是一項復雜、綜合的事宜，在規(guī)劃時應堅持一定原則，在原則指導下合理的進行規(guī)劃，實現(xiàn)沖壓車間的智能化[3-5]。智能化沖壓車間規(guī)劃時應堅持第一應堅持綠色制造原則;第二應堅持柔性化原則;第三應堅持數(shù)字化原則。

3 汽車智能化沖壓車間規(guī)劃

車間規(guī)劃研究主要有兩方面，一方面采用模糊方式進行進行系統(tǒng)化研究，邱勝海[5]采用層析分析方法研究了計算機集成制造環(huán)境下車間實施規(guī)劃方案評價。結果表明影響車間實施規(guī)劃方案綜合評價指標有初期投資需求、年運營成本、投資收益率、回收期、設備維護指標、搬運綜合指標、廠區(qū)綜合指標、生產(chǎn)綜合指標、員工綜合指標、配套設施綜合指標，借助模糊綜合評價方法對所構建的模型進行評價，結果表明所設計的方案比較滿意。另外中是采用精準算法進行研究，目前汽車智能化沖壓車間生產(chǎn)規(guī)劃研究主要有：葛華輝[6]針對智能制造數(shù)字化車間布局和AVG路徑規(guī)劃分開優(yōu)化問題中存在搬運過于集中，AGV運輸主要包括板料AGV存儲、板料AGV上料、端拾器AGV出入庫、成品件AGV入庫等，導致AVG搬運工作量比較高，制約了車間路徑規(guī)劃問題，為解決這一問題，構建了一種帶精英策略的非快速支配排序遺傳算法，仿真結果表明改進算法提高了算法尋優(yōu)速度和精度，為車間規(guī)劃提供了新的算法。徐兵[7]研究了基于混合蟻群遺傳算法的沖壓生產(chǎn)調度研究。所構建的生產(chǎn)調度模型中假設有資源約束、工序約束，設規(guī)劃中有m臺生產(chǎn)設備以及n批量工件優(yōu)化。模型中假設每批工件工序固定，生產(chǎn)標準已固定;每臺設備操作工序固定，時間固定;相鄰工序間的半成品庫存量為一常數(shù)。最終得到調度目標函數(shù)為：，式中a表示工廠的時間成本系數(shù)，b表示車間資源成本系數(shù)，D表示總加工成本。所構建的模型采用蟻群算法進行實現(xiàn)，提升了結果準確性。黃英杰[8]針對傳統(tǒng)的單車間調度優(yōu)化無法滿足多車間調度優(yōu)化問題，提出了一種基于改進遺傳算法的層次化車間優(yōu)化模型。該模型將車間生產(chǎn)劃分為多個層次，以一個三個制造車間的調度優(yōu)化為應用對象，結果表明所構建的多層次優(yōu)化模型能夠解決分布式多車間調度優(yōu)化問題。于曉義[9]為解決多協(xié)作車間的計劃調度問題，提出了并行協(xié)同進化遺傳算法。所構建的并行協(xié)同遺傳算法流程圖見圖2所示。

所設計的協(xié)同進化遺傳算法表明了種群與種群之間的進化過程中的協(xié)調關系，該過程中增加了個體之間的競爭、協(xié)作，實現(xiàn)了競爭與協(xié)作并存，相比遺傳算法更符合進化規(guī)則，各個種群之間存在相互獨立、協(xié)調。所改進的算法與傳統(tǒng)遺傳算法相比增加了基于工序約束的基因調整算法從而實現(xiàn)了交叉變異操作，仿真結果表明所設計的算法能完整多協(xié)作車間并行協(xié)同調度要求。

4 汽車智能化沖壓車間發(fā)展

目前汽車智能化沖壓車間規(guī)劃研究主要從模糊綜合評價和非線性計算兩種思路進行研究。模糊綜合評價側重于方法評價，很難實現(xiàn)車間規(guī)劃實施。非線性計算涉及算法比較多，目前研究多采用遺傳算法進行車間規(guī)劃。遺傳算法在進行規(guī)劃中容易出現(xiàn)局部最優(yōu)問題，該缺點急需解決。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡算法研究深入，該算法非常適合解決非線性問題，將該算法應用到汽車智能沖壓車間規(guī)劃中能夠提高車間規(guī)劃準確率。

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