高柔性車身生產(chǎn)線部品供應(yīng)系統(tǒng)

胡川 曹春吉 黃桂花

（北京現(xiàn)代汽車有限公司重慶分公司，重慶401133）

1 前言

車身制造是汽車生產(chǎn)4大工序的第2道環(huán)節(jié)。其主要工作是將沖壓車間和供應(yīng)商生產(chǎn)的板件焊裝成一個(gè)完整的白車身。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，白車身的生產(chǎn)制造逐漸邁入了高度自動(dòng)化、柔性化的時(shí)代[1-3]。高度自動(dòng)化的車身生產(chǎn)線采用了大量的機(jī)器人來抓取零部件取代人工上件。高度柔性化的生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)在一條流水線上多車型按任意比例同時(shí)生產(chǎn)，即混線生產(chǎn)[4]。要實(shí)現(xiàn)這種高柔性化生產(chǎn)，生產(chǎn)線上需要同時(shí)供應(yīng)多種車型的車身零部件。而場地資源的緊缺，使汽車企業(yè)需要在有限的場地空間進(jìn)行多品種車型的生產(chǎn)制造[5]。隨著車型數(shù)量的增加，對(duì)于機(jī)器人抓件工位的部品供應(yīng)裝置提出了更高的要求。

2 傳統(tǒng)上件裝置

在自動(dòng)化、柔性化的車身生產(chǎn)線中，不同品種的車身部品置于不同的料框當(dāng)中，再將料框放置于對(duì)應(yīng)車型的料架上供機(jī)器人自動(dòng)抓取。為預(yù)防停線，1種部品至少使用2個(gè)（使用中+備用）固定位置的料架。生產(chǎn)運(yùn)行中，由生產(chǎn)管理人員巡查確認(rèn)剩余零部件數(shù)量，發(fā)現(xiàn)部品數(shù)量不足時(shí)通知物流人員配送物料，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)上件方式

此種“固定式”的上件方式，某些生產(chǎn)比例較低的車型也要占用至少2個(gè)料架，從而導(dǎo)致部分料架的使用率較低。另外隨著車型數(shù)量的增加，會(huì)由于場地受限無法增加更多的料架，從而無法柔性更多的車型，且需要人員巡查料架上剩余零件數(shù)量。

3 柔性化的部品供應(yīng)系統(tǒng)

對(duì)于柔性化的部品供應(yīng)系統(tǒng)，每個(gè)料架可以柔性地裝入多個(gè)車型的部品，且可以根據(jù)當(dāng)日生產(chǎn)排產(chǎn)序列動(dòng)態(tài)化地放置部品到當(dāng)前空置的料架上；相比固定式的上件方式，能夠合理化的使用有限料架，極大的提升了料架的使用率。

3.1 主要構(gòu)成

該系統(tǒng)主要由料架系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、PLC（可編程邏輯控制器）、MES（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）組成。

3.1.1 料架系統(tǒng)

料架系統(tǒng)包括料架和料框。每個(gè)料架上設(shè)置多個(gè)類別的感應(yīng)器。車型感應(yīng)器用于識(shí)別料框種類。每種料框?qū)?yīng)一種部品。從而可以通過識(shí)別料框來識(shí)別該料框放置的部品類型。料框感應(yīng)器用于檢測料框是否存在。末件感應(yīng)器用于檢測料架上最后一個(gè)部品是否存在。

3.1.2 顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)包括現(xiàn)況顯示器和指示燈。顯示器與MES系統(tǒng)相連，用于顯示各料架中部品的種類和數(shù)量以及各部品總的在線庫存、斷貨時(shí)間信息。指示燈與PLC相連，它可以顯示多種顏色，1種顏色對(duì)應(yīng)1種部品。

3.1.3 PLC系統(tǒng)

PLC是工業(yè)上廣泛使用的控制系統(tǒng)，是生產(chǎn)線的控制中樞。它可以完成邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、順序控制指令。在該部品供應(yīng)系統(tǒng)中，生產(chǎn)線PLC綜合管理料架中的部品信息，包括部品類型、剩余數(shù)量等，并將這些信息傳遞給MES系統(tǒng)。

3.1.4 MES系統(tǒng)

MES系統(tǒng)即生產(chǎn)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)相連，發(fā)布每日按序排布的各車型生產(chǎn)計(jì)劃信息。生產(chǎn)線按此計(jì)劃序列進(jìn)行逐一生產(chǎn)。MES系統(tǒng)根據(jù)料架上的各部品剩余數(shù)量、生產(chǎn)線運(yùn)行節(jié)拍以及生產(chǎn)排產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)時(shí)計(jì)算出每種部品的斷貨時(shí)間。

3.2 工作原理

如圖2所示，生產(chǎn)線PLC通過料架上的感應(yīng)器獲得各料架上的部品車型信息，并通過機(jī)器人取件數(shù)計(jì)算獲得各部品的剩余數(shù)量信息。然后將這些信息實(shí)時(shí)的傳遞到MES系統(tǒng)。MES系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)線節(jié)拍、每日生產(chǎn)計(jì)劃以及料架中的部品剩余數(shù)量信息計(jì)算出各部品耗盡的斷貨時(shí)間，并將它們和車型、品目、料架狀態(tài)信息一起顯示于現(xiàn)況板中。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)空料架時(shí)，MES系統(tǒng)根據(jù)部品斷貨時(shí)間，將指示該料架上件最先斷貨的部品，并將該信息傳遞給PLC，同時(shí)現(xiàn)況板上將提示該部品應(yīng)上件的料架號(hào)。此時(shí)，PLC將控制該空料架旁的指示燈亮起，并顯示該種部品所對(duì)應(yīng)的顏色。叉車工作人員將根據(jù)指示燈的顏色上件。若未能正確上件，如料框未放置到位、部品種類信息不符，指示燈將持續(xù)閃爍，直至上件正確。

3.3 具體實(shí)施方式

車身部品整齊排列放置于料框中，1種料框?qū)?yīng)放置1種車身部品。當(dāng)料框放置在料架上時(shí)，料架上的車型感應(yīng)器，通過識(shí)別料框種類來識(shí)別部品種類。當(dāng)該種車型生產(chǎn)時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)到對(duì)應(yīng)料架位置按順序抓取部品，直至最末一個(gè)部品被抓走。每種料框的上件數(shù)量是一定的，PLC根據(jù)上件數(shù)量和機(jī)器人的取件數(shù)量計(jì)算得到各料架中部品的剩余數(shù)量，并傳遞至MES系統(tǒng)。MES系統(tǒng)進(jìn)一步計(jì)算出每種部品的總剩余量即在線庫存，并結(jié)合每日生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)線節(jié)拍計(jì)算出各部品的斷供時(shí)間。例如某種車型的部品在線庫存為n，而在生產(chǎn)計(jì)劃序列中第n+1個(gè)該種車型對(duì)應(yīng)的序列為Zn+1，生產(chǎn)線節(jié)拍為M（每小時(shí)生產(chǎn)M臺(tái)車），則該種車型部品的斷貨時(shí)間T=Zn+1×3 600/M。料架狀態(tài)、各部品的在線庫存及斷供時(shí)間都會(huì)通過顯示器實(shí)時(shí)顯示，如圖3所示。

圖3 顯示界面（無空料框）

每個(gè)料架上都有專門的末件感應(yīng)器。通過識(shí)別最末件是否存在來判斷該料框的部品是否耗盡。若料框中無最末件，則判斷為該料框中已無部品，此時(shí)需要更換料框補(bǔ)充部品。當(dāng)某一料架中出現(xiàn)空框時(shí)，系統(tǒng)將指示最先斷貨的車型上件，并將該信息顯示在顯示器中。如圖4所示，表示6號(hào)料架上需要上件SQ車型的部品。

圖4 顯示界面（有空料框，指示上件）

指示燈可以顯示多種顏色，每種顏色代表1種車輛類型。表1為1種示范性實(shí)例。員工可根據(jù)燈的顏色判斷出上件哪種類型的部品。員工正確上件后指示燈會(huì)熄滅，若上件錯(cuò)誤，指示燈將持續(xù)閃爍提示員工，且機(jī)器人也不會(huì)到該料架抓取部品。由此有效防止部品錯(cuò)裝的發(fā)生，進(jìn)一步避免上錯(cuò)件導(dǎo)致機(jī)器人故障或部品報(bào)廢發(fā)生。

表1 各顏色所代表車型

顯示器安裝在調(diào)度室和部品存放區(qū)，管理人員在調(diào)度室中就能夠通過顯示器屏幕看到哪1個(gè)料架中已無車身部品，上件員工也可以在運(yùn)輸部品的過程中觀察到。如此，工作人員能夠直觀地了解信息，實(shí)時(shí)地監(jiān)測到每個(gè)料架的料框中部品是否已經(jīng)用盡。相比傳統(tǒng)上件方式中由生產(chǎn)管理人員每隔一段時(shí)間巡查缺品狀態(tài)，該系統(tǒng)極大地提高了監(jiān)管效率。

由于該系統(tǒng)可以根據(jù)斷貨時(shí)間的先后順序，指示最先斷貨的車型動(dòng)態(tài)化的上件到當(dāng)前空置料架中，所有車型的部品循環(huán)共用各個(gè)料架，相比傳統(tǒng)的固定上件裝置，該系統(tǒng)可以大大的提高料架使用率，節(jié)省生產(chǎn)場地。例如，柔性化4種車型的生產(chǎn)線，采用傳統(tǒng)的固定上件裝置，至少需要8個(gè)料架。而采用該柔性化系統(tǒng)，4個(gè)料架放置正在使用的部品，另有1~2個(gè)料架用于補(bǔ)充優(yōu)先斷貨的部品，即最多6個(gè)料架即可滿足生產(chǎn)需求。

4 結(jié)束語

隨著市場需求的不斷變化，車身焊裝生產(chǎn)線適應(yīng)更多的車型成為必然趨勢，采用柔性化的部品供應(yīng)系統(tǒng)，提高了料架使用率，節(jié)省了生產(chǎn)線空間，減少了料架投入成本，預(yù)防了部品錯(cuò)裝的發(fā)生，提高了監(jiān)管效率。本系統(tǒng)是一種極具使用價(jià)值的新型技術(shù)運(yùn)用，對(duì)制造工業(yè)的柔性化生產(chǎn)線的部品上件設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。