汽車門內(nèi)護板智能化生產(chǎn)模式研發(fā)

方志彬 焦楊 楊帆 安慧 陳霏 聞向陽

（長春富維安道拓汽車飾件系統(tǒng)有限公司，長春130033）

1 前言

傳統(tǒng)的汽車門內(nèi)護板是汽車內(nèi)飾件的代表產(chǎn)品之一，相比較其它產(chǎn)品來說有需求量大、原材料和成品庫存多、工藝流程復(fù)雜、手工勞動密集、不易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)等特點[1]。主要工藝包括注塑工藝，如主框架、上框架、中插、扶手、雜物斗等骨架的生產(chǎn)，其中部分產(chǎn)品，如中部插件和扶手，采用了預(yù)裁軟質(zhì)小面料常壓合模注塑技術(shù)（Precutting Small Soft Skin Close Mould Technology，P3SC），完成軟質(zhì)面料一次性注塑鑲嵌；包覆工藝包含了真空成型（陽模成型、陰模成型）和噴膠、滾膠后的復(fù)合翻邊；澆注工藝主要應(yīng)用在骨架發(fā)泡、骨架與表皮一次發(fā)泡成型等工序；沖切工藝主要用在上框架、本體沖孔等工序；總成裝配包含了預(yù)裝配、焊接（超聲波焊接、熱鉚焊接）、總成裝配、成品檢測等。

本次研究的門內(nèi)護板生產(chǎn)工藝流程如下所述：主框架為注塑后進行沖切和裝飾條熱鉚焊接，上框架為注塑后進行真空成型、翻邊和沖切，雜物斗在注塑后進行沖切，中插為注塑后將軟面料進行復(fù)合，扶手為注塑骨架發(fā)泡、發(fā)泡后進行真空成型、翻邊，在預(yù)裝工序完成主框架、上框架、雜物斗、中插、扶手等部件的裝配，之后進行總成焊接、總成裝配和檢測。

為了靈活適應(yīng)當下車型更新?lián)Q代快、配置多等特點，同時也為了適應(yīng)“智能制造”的生產(chǎn)模式，汽車門內(nèi)護板的生產(chǎn)布局突破傳統(tǒng)的單產(chǎn)品專機生產(chǎn)模式，按照不同生產(chǎn)工藝單元進行模塊化布局，實現(xiàn)多產(chǎn)品柔性化生產(chǎn)，提升工藝設(shè)備使用效率。

整體生產(chǎn)平面依照工廠布局的10大原則（相鄰、充分利用立體空間、統(tǒng)一、最短距離、物流順暢、減少存貨、便于信息流動、安全、環(huán)境美觀和靈活機動）和4大方法（工藝流程法、產(chǎn)品布局法、混合布局法、相關(guān)分析法）進行規(guī)劃設(shè)計，整體目標是有效利用廠房地面、空間和生產(chǎn)設(shè)備（空間利用率＞40%、道路資源占比＜20%、生產(chǎn)區(qū)域占比＞60%），同時整體布局還要便于日常生產(chǎn)管理需求[2]。

2 注塑單元集中修切下件后空中智能存儲配送模式

注塑單元采用獨立生產(chǎn)區(qū)域布局，由于注塑生產(chǎn)時需要吊車進行模具換模，所以對廠房有具體要求，如注塑模具維修地面承重要求＞10 t/㎡、注塑機地基按照具體機型需求進行設(shè)計（如1600T級注塑機地面承重為11 t/㎡，900T級注塑機地面承重8 t/㎡，建議使用混凝土密封固化地面）、廠房高度建議＞12 m、天車基座滿足50 t起重需求，同時注塑機使用的電量、壓縮空氣、冷卻水都比較大，都要根據(jù)具體注塑機數(shù)量進行匹配。

門內(nèi)護板的大部分組成部件都涉及到注塑工藝，所以注塑布局、生產(chǎn)過程和產(chǎn)品的儲存模式直接影響到生產(chǎn)廠房的面積利用效率。本項目中注塑機生產(chǎn)布局采用集中修切下件模式，同時根據(jù)注塑機的型號進行分類，如1600T注塑機在一個區(qū)域、1000T注塑機在一個區(qū)域，此種模式打破傳統(tǒng)一人一機的生產(chǎn)運營模式，本項目14臺注塑機設(shè)計為2個集中下件點，如圖1所示（集中下件點的數(shù)量根據(jù)注塑機數(shù)量和工藝模式具體設(shè)計），為了減少直產(chǎn)人員，在注塑生產(chǎn)區(qū)應(yīng)用多項自動化技術(shù)，如料耙自動修剪、光纖激光打碼、自動化注塑鑲嵌等。通過同型號注塑機單元化、集中修切下件、自動化技術(shù)的應(yīng)用，與傳統(tǒng)注塑機縱向平行排列獨立下件相比注塑區(qū)生產(chǎn)面積節(jié)約20%、直產(chǎn)人員效率提升29%。

圖1 注塑區(qū)生產(chǎn)平面布局

傳統(tǒng)注塑件儲存模式為器具地面存儲，為了提升生產(chǎn)廠房面積的利用率，注塑件采用智能積放鏈進行空中存儲，儲存模式為雙吊點掛具。在集中修切下件點，操作者將其裝入雙吊點掛具中，之后操作人員將器具內(nèi)的產(chǎn)品信息寫入射頻識別卡（Radio Frequency Identification，RFID），積放鏈通過識別雙吊點掛具上的RFID，將裝有注塑件的雙吊點掛具送入設(shè)定軌道。同時MES與WCS進行系統(tǒng)對接，下件按照生產(chǎn)線需求直接由智能積放鏈配送到使用點，使用點設(shè)計有緩存軌道，能同時到達多種產(chǎn)品的雙吊點掛具，以保證使用點對不同配置需求。積放鏈能實現(xiàn)注塑件的智能化存儲與配送，使庫區(qū)內(nèi)的存儲信息實時化，同時還能節(jié)省廠房的地面使用面積，提升廠房的空間利用率。注塑積放鏈如圖2所示。

圖2 雙吊點掛具積放鏈

本次研究的門內(nèi)護板主框架、雜物斗、上框架骨架、中插骨架、扶手骨架均采用上述模式完成。

3 包覆生產(chǎn)單元自動化、信息化生產(chǎn)模式

包覆件目前在汽車內(nèi)飾應(yīng)用比較廣泛，主要作用是提升了內(nèi)飾的裝飾性和舒適度。包覆工藝分為一次包覆和二次包覆，傳統(tǒng)包覆多為一次性包覆，即一次性就可以完成包覆（含真空成型工藝）。二次包覆是在骨架上先粘貼一定厚度的海綿，根據(jù)骨架型面修剪后再覆上表皮層，多適用于有特征線及軟硬要求不同或者型面比較復(fù)雜的零部件。二次包覆效果更佳，但由于增加了工序，成本相對較高[3]。本文研究門內(nèi)護板項目的3個包覆件上框架、中插、扶手都是通過一次性包覆工藝完成。

包覆工藝涉及的原材料主要有注塑骨架、軟質(zhì)護面和粘接劑，根據(jù)客戶需求及車型對材料的定位進行選擇，比如軟質(zhì)護面包括真皮、PVC、PU、發(fā)泡層、泡沫、PET等，粘接劑也分為溶劑膠、水性膠和熱熔膠等。以上述框架為例，制造工藝過程如圖3所示。

圖3 門內(nèi)護板上框架工藝過程

針對此類產(chǎn)品生產(chǎn)流程，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式為人工持噴槍進行噴膠、人工負責半成品的轉(zhuǎn)運、人工包覆翻邊修整等。近幾年隨著自動化與信息化技術(shù)的快速發(fā)展、人工費用的增大以及客戶對產(chǎn)品生產(chǎn)過程工藝一致性、產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提升，傳統(tǒng)人工生產(chǎn)的弊端不斷凸顯，如噴膠量穩(wěn)定性差、包覆件質(zhì)量不穩(wěn)定等。本次研究的門內(nèi)護板項目3個包覆件采用了一種全新的智能化生產(chǎn)模式，噴膠工序采用機器人自動噴涂，同時將噴膠工序設(shè)計為快速換模形式進而實現(xiàn)多產(chǎn)品柔性生產(chǎn)。烘干爐采用“雙開過廊式”的爐腔設(shè)計，便于烘干的物料器具在其工序?qū)崿F(xiàn)自動化轉(zhuǎn)運。整個包覆生產(chǎn)單元各個工序通過自動導(dǎo)引運輸車（Au?tomated Guided Vehicle，AGV）與MES進行對接，完成了包覆生產(chǎn)單元內(nèi)部各工序間的物流自動化傳遞，實現(xiàn)了同一單元完成上框架、中插、扶手3大件的包覆柔性化生產(chǎn)。包覆生產(chǎn)單元的生產(chǎn)平面布局如圖4所示。

AGV的運行轉(zhuǎn)運軌跡如圖4中箭頭方向

圖4 門內(nèi)護板包覆生產(chǎn)單元平面布局

生產(chǎn)線路1（上框架）為1、3、5、2、4、6/7；生產(chǎn)線路2(中部生產(chǎn)）為1、3、8、2、4、9；生產(chǎn)路線3（扶手生產(chǎn)）為1、3、5、2、4、10/11。

各工序間采用潛伏式AGV背馱器具，按照MES傳遞給AGV控制系統(tǒng)的生產(chǎn)信息自動化運行。AGV系統(tǒng)會根據(jù)訂單計劃及噴膠胎模的更換，自動識別并轉(zhuǎn)運對應(yīng)的物料器具，同時能確保包覆單元各個工藝加工后物料的先進先出，進而保證膠水的開放時間、烘干時間等工藝要求，降低產(chǎn)品開膠風險。

包覆單元的噴膠工位具備5～10 min快速換模功能，采用4臺AGV負責11點工序間的自動傳遞功能。相同條件下整體投資節(jié)約30萬元左右，每班節(jié)省2人。

4 利用AGV實現(xiàn)總成裝配前二次加工件的智能化存儲與配送

針對本次研究的門內(nèi)護板項目的上框架、中插、扶手、雜物斗等自制二次加工件，集中建立無人倉儲庫區(qū)，利用AGV和WCS系統(tǒng)實現(xiàn)智能化存儲與轉(zhuǎn)運。AGV采用全向舉升形式，線路導(dǎo)航為二維碼模式，如圖5所示。無人倉設(shè)計2個入貨口和2個出貨口，出入貨口安裝對射掃描裝置，實現(xiàn)對出入器具的RFID進行自動識別，進而智能化控制無人倉內(nèi)貨物的數(shù)量及種類。無人倉入貨口的滿箱物料器具由倉外物流轉(zhuǎn)運AGV送至無人倉指定位置，之后由倉內(nèi)AGV按照WCS和AGV群組控制系統(tǒng)的交互信息結(jié)果將其轉(zhuǎn)運到指定位置，倉儲區(qū)排列采用“2+1”存儲模式，即每2排器具之間留出1條轉(zhuǎn)運通道，如圖6所示。無人倉出貨順序根據(jù)生產(chǎn)需求由MES將信息傳遞給WCS后，再由WCS識別具體位置觸發(fā)AGV群組的調(diào)度控制系統(tǒng)，倉內(nèi)AGV按照具體接受信息完成物料器具轉(zhuǎn)運，將其放到出貨的指定位置，之后由外部物流轉(zhuǎn)運AGV完成無人倉與裝配線2個生產(chǎn)單元之間的轉(zhuǎn)運，同時此AGV還負責將空物料器具送回至二次加工的下件區(qū)，如包覆成品區(qū)、沖切后區(qū)域等。

圖5 全向舉升式AGV

圖6 為器具車轉(zhuǎn)運模式

5 總成裝配生產(chǎn)模式研發(fā)

汽車門內(nèi)護板總成裝配主要包括預(yù)裝配、焊接、總成裝配3大部分，生產(chǎn)模式為準時化生產(chǎn)，生產(chǎn)過程如圖7所示。

圖7 門內(nèi)護板總成裝配過程

汽車門內(nèi)護板預(yù)裝配設(shè)計有4種生產(chǎn)模式。

a.各種預(yù)裝件在預(yù)裝配線邊存放，預(yù)裝工序在仿形工作臺上完成，工序間物料傳遞為人工傳遞。此模式成本低、占地面積小、柔性程度較高、布局可臨時調(diào)整，適用產(chǎn)量較小、產(chǎn)品預(yù)裝配結(jié)構(gòu)較簡單、同一品牌相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)，產(chǎn)品換代時工作臺根據(jù)實際情況延用或新做，工位數(shù)量可增加或減少；

b.各種預(yù)裝件在預(yù)裝配線邊存放，預(yù)裝工作在低速運轉(zhuǎn)的皮帶線上完成，此模式成本較低、工序間為自動傳遞，適用產(chǎn)量適中、產(chǎn)品預(yù)裝配結(jié)構(gòu)簡單、同一品牌相似產(chǎn)品混線生產(chǎn)，產(chǎn)品換代時預(yù)裝皮帶線長度也可更改或直接延用；

c.各種預(yù)裝件在預(yù)裝配線邊存放，預(yù)裝工作在全自動倍速鏈托盤上進行，此模式生產(chǎn)效率高、托盤胎模仿形支撐充足，適應(yīng)產(chǎn)品預(yù)裝工序復(fù)雜、多種產(chǎn)品混線準時化（JIT）生產(chǎn)模式，同時有利于生產(chǎn)過程信息化管理，倍速鏈上每個托盤的預(yù)裝配生產(chǎn)信息都能與MES系統(tǒng)進行鏈接，實現(xiàn)預(yù)裝生產(chǎn)過程的自動化、信息化和柔性化，但預(yù)裝物料配送仍采用批量配送的傳統(tǒng)模式。在產(chǎn)品換代時只需要將胎模進行重新加工制造，線體一般不需要變更。本生產(chǎn)模式中的自動化倍速鏈也可以采用無動力“卡拉酷力”模式預(yù)裝線，該種模式投資成本較低，為人機配合完成托盤的空滿運轉(zhuǎn)，采用一些輔助的滑動機構(gòu)助力人工操作；

d.各種預(yù)裝配所需的零件采用單輛份配送模式如圖8所示，預(yù)裝工作在全自動倍速鏈托盤上進行，如圖9所示。此種方式適合產(chǎn)量大、配置多且裝配工序復(fù)雜的產(chǎn)品，在預(yù)裝物料配送和預(yù)裝過程都符合自動化、信息化、柔性化的需求，滿足未來智能制造“大批量個性化定制”的建設(shè)需求。

圖8 預(yù)裝配物料單輛份配送模式

圖9 預(yù)裝配自動化倍速鏈

本文研究的門內(nèi)護板預(yù)裝配形式采用第1種模式，由于此項目預(yù)裝工序流較短，所以采用仿形工作臺完成，預(yù)裝配物料從散件庫和無人倉內(nèi)由AGV根據(jù)訂單信息按需完成配送。

汽車門內(nèi)護板總成焊接設(shè)計2種模式即專機焊接模式和柔性化焊接模式。

專機焊接模式（圖10）節(jié)拍快、效率高、焊點質(zhì)量穩(wěn)定性高，但不易改造、通用性差。適用產(chǎn)量大、匹配質(zhì)量要求高的產(chǎn)品。

圖10 專用焊機

柔性焊接模式（圖11）基本由XY機械手、六軸機器人單獨或者組合而成，產(chǎn)品傳輸由自動化倍速鏈承載胎模完成，具體設(shè)計形式要根據(jù)產(chǎn)品的焊點形狀、數(shù)量、節(jié)拍等綜合指標進行。此模式適應(yīng)多品種、配置多的產(chǎn)品混線生產(chǎn)，同時也適應(yīng)智能制造的高度自動化、信息化、柔性化的需求。

圖11 柔性化焊機

本文研究的門內(nèi)護板焊接模式采用專機焊接，由于所加工產(chǎn)品的產(chǎn)量大、節(jié)拍快且匹配質(zhì)量要求高。為了適應(yīng)新產(chǎn)品換型頻繁，提高焊接設(shè)備的利用率，將進一步研發(fā)可進行換模的專用焊機，在基于專機的基礎(chǔ)上具備快速換模功能，換模時間約為5～15 min/工位。

焊接后總成裝配設(shè)計可以采用工作臺和皮帶線2種生產(chǎn)模式。

a.工作臺總裝模式適應(yīng)裝配方式簡潔、工位少、產(chǎn)量相對較低的產(chǎn)品。工裝簡易且成本低，工作臺形式主要有仿型支撐翻轉(zhuǎn)式、平面式、線棒支撐點式等；

b.皮帶線總裝模式具有通用性強、操作靈活度高等特點，適合總裝工位多、產(chǎn)量較大的項目，能實現(xiàn)工序間自動傳遞。

本文研究的門內(nèi)護板焊接后總成裝配采用皮帶線模式，滿足了其焊接后總成裝配工序多、產(chǎn)量大且節(jié)拍快等需求。該項目總成裝備過程為單件流模式，生產(chǎn)過程信息由MES系統(tǒng)進行管理，總成裝配后的產(chǎn)品按照FIS訂單進行排序發(fā)貨。

6 結(jié)束語

智能生產(chǎn)不僅僅是簡單的無紙化、省人化、信息透明化，更應(yīng)該是借助自動化、數(shù)字化、智能化等技術(shù)，以產(chǎn)品質(zhì)量提升為首位，實現(xiàn)降本增效，提高產(chǎn)品競爭力[4]。

面對汽車門內(nèi)護板制造工藝的復(fù)雜性，可以逐步完成智能化工廠的建設(shè)，從生產(chǎn)單元、生產(chǎn)線、生產(chǎn)車間、整體工廠進行逐級探索。本文涉及的注塑集中修切下件技術(shù)、激光打碼技術(shù)、自動化注塑鑲嵌技術(shù)、物料智能化存儲與轉(zhuǎn)運積放鏈技術(shù)、AGV在物料及生產(chǎn)工序間應(yīng)用技術(shù)、自動化噴膠技術(shù)、柔性焊接技術(shù)、MES及WCS等信息管理技術(shù)等都是為未來建設(shè)智能化工廠做出的有益探索。