基于“0-FIS”理念的汽車(chē)總裝自動(dòng)化工藝研究和應(yīng)用

費(fèi)勁 秦子銘 劉德志 馮驥龍 張勁

（廣汽本田汽車(chē)有限公司總裝部，廣州510700）

1 前言

某汽車(chē)公司總裝共有4條整車(chē)生產(chǎn)線，均已結(jié)合當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的制造工藝進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，其中3條已投產(chǎn)10年以上。該公司在2015年制定了中期產(chǎn)銷(xiāo)規(guī)劃，各年度計(jì)劃銷(xiāo)售臺(tái)數(shù)均大于公司產(chǎn)能，為此，公司要求生產(chǎn)領(lǐng)域最大化生產(chǎn)，總裝領(lǐng)域就必須具備更強(qiáng)體質(zhì)應(yīng)對(duì)超負(fù)荷生產(chǎn)需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年該公司總裝領(lǐng)域勞務(wù)費(fèi)占據(jù)了日常運(yùn)營(yíng)成本的2/3，占比高，隨著勞務(wù)費(fèi)持續(xù)增長(zhǎng)，生產(chǎn)成本不斷上升，生產(chǎn)體質(zhì)日益惡化。另一方面，企業(yè)生產(chǎn)線面臨嚴(yán)重老舊化現(xiàn)象，而新車(chē)型不斷導(dǎo)入，面向裝配新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)導(dǎo)入等要求，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了越來(lái)越多的困擾，例如有效車(chē)位欠缺、物流面積不足等，這就要求對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行改造，而既有生產(chǎn)線在空間、時(shí)間、工藝、設(shè)備等方面存在較多改造局限，制約了生產(chǎn)與發(fā)展。

如何既滿足超產(chǎn)能高生產(chǎn)目標(biāo)達(dá)成又實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線老舊化升級(jí)改造是總裝領(lǐng)域面臨的重大課題?；诖?，結(jié)合汽車(chē)行業(yè)整體發(fā)展趨勢(shì)及集團(tuán)、公司未來(lái)發(fā)展規(guī)劃，希望在不產(chǎn)生產(chǎn)量損失的前提下，結(jié)合自動(dòng)化改造，采用機(jī)器換人削減人力成本，并通過(guò)工藝布局優(yōu)化改善作業(yè)環(huán)境，提升工序保證能力，致力打造高效率、高品質(zhì)、高集約的綠色總裝工廠?？梢哉f(shuō)，推進(jìn)總裝自動(dòng)化改造是整車(chē)制造從傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型生產(chǎn)走向智能制造的必經(jīng)之路。

2 總裝自動(dòng)化開(kāi)展情況分析

調(diào)研分析結(jié)果表明，汽車(chē)企業(yè)總裝車(chē)間的自動(dòng)化率普遍在10%左右，甚至更低，而沖壓、焊接、涂裝等車(chē)間的自動(dòng)化率大多都達(dá)到70%以上[1]。綜合來(lái)看，各車(chē)企總裝車(chē)間在自動(dòng)化改造方面存在以下課題。

2.1 自動(dòng)化改造影響經(jīng)營(yíng)目標(biāo)達(dá)成

調(diào)研來(lái)看，行業(yè)總裝車(chē)間自動(dòng)化項(xiàng)目主要是停線改造，有2種情況。

a.第1種是在工廠產(chǎn)能過(guò)剩條件下，在完成計(jì)劃產(chǎn)量后，通過(guò)生產(chǎn)線停線對(duì)應(yīng)自動(dòng)化升級(jí)改造。除了生產(chǎn)線適應(yīng)性改造外，該方式與隨新生產(chǎn)線建設(shè)而進(jìn)行設(shè)備導(dǎo)入方式相比基本無(wú)差異。

b.第2種是基于要開(kāi)展的自動(dòng)化項(xiàng)目，通過(guò)預(yù)留工期改造的方式，在年度計(jì)劃中預(yù)留相應(yīng)日程，停線對(duì)應(yīng)改造，通常會(huì)影響年度事業(yè)計(jì)劃目標(biāo)的制定。

以某汽車(chē)公司“十三五”中期銷(xiāo)售規(guī)劃來(lái)看，由于銷(xiāo)量目標(biāo)不斷提升，到2020年將突破80萬(wàn)臺(tái)，總裝車(chē)間將一直處于高負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)（基礎(chǔ)產(chǎn)能60萬(wàn)臺(tái)/年）。在此背景下，常規(guī)自動(dòng)化改造帶來(lái)的集中停線、反復(fù)調(diào)試等課題必然會(huì)影響產(chǎn)品車(chē)產(chǎn)量，最終導(dǎo)致公司事業(yè)計(jì)劃目標(biāo)和經(jīng)營(yíng)目標(biāo)無(wú)法達(dá)成。

2.2 自動(dòng)化改造難度大

汽車(chē)制造企業(yè)總裝車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程是1項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到諸多要素[2]。相比主要進(jìn)行白車(chē)身加工的沖壓、焊裝、涂裝等工藝，總裝主要是進(jìn)行車(chē)身零件的安裝。不同零件的安裝作業(yè)涵蓋搬運(yùn)、按壓、緊固、扭力、涂抹、粘貼等80多種動(dòng)作要素。在傳統(tǒng)的總裝裝配作業(yè)中，人工作業(yè)占絕大部分，整體自動(dòng)化程度低。在多車(chē)型批量共線生產(chǎn)模式下，要實(shí)現(xiàn)多車(chē)型、多規(guī)格零件的自動(dòng)化安裝，需要設(shè)備具備多車(chē)型通用性，實(shí)施難度大。

2.3 自動(dòng)化改造降低生產(chǎn)柔性

“中國(guó)制造2025”明確將智能制造作為推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合戰(zhàn)略任務(wù)的核心內(nèi)容[3]。因此，基于汽車(chē)行業(yè)自動(dòng)化、智能化發(fā)展大趨勢(shì)，新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備不斷導(dǎo)入，總裝車(chē)間必然要進(jìn)行自動(dòng)化、智能化升級(jí)改造。盡管人工智能技術(shù)日益發(fā)展，但與人工作業(yè)的靈活性對(duì)比還有較大差距。對(duì)于大規(guī)模裝配制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有自動(dòng)化技術(shù)不斷導(dǎo)入后，汽車(chē)生產(chǎn)線柔性呈現(xiàn)不斷降低趨勢(shì)。總裝車(chē)間零件品種多、規(guī)格多、變化點(diǎn)多，一旦某一自動(dòng)化設(shè)備通用性不足，將很難滿足可持續(xù)、高節(jié)拍的柔性化生產(chǎn)。因此，如何在既有環(huán)境下實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)的自動(dòng)化改造，同時(shí)保證可持續(xù)的柔性化生產(chǎn)是總裝車(chē)間亟需解決的課題。

2.4 自動(dòng)化改造環(huán)境制約因素多

就主機(jī)廠而言，老舊的低柔性化、低自動(dòng)化的生產(chǎn)車(chē)間已不能滿足現(xiàn)在全新平臺(tái)車(chē)型的生產(chǎn)要求，需要建設(shè)全新的現(xiàn)代化總裝裝配線。然而新建生產(chǎn)線涉及新增大量投資，并不是大多數(shù)主機(jī)廠的首選，改造既有生產(chǎn)線是明智之舉。隨著整車(chē)裝備不斷增加，新技術(shù)、新工藝持續(xù)應(yīng)用，不同于新建生產(chǎn)線時(shí)自動(dòng)化設(shè)備導(dǎo)入的提前規(guī)劃，既有生產(chǎn)線自動(dòng)化設(shè)備導(dǎo)入必然會(huì)擠壓現(xiàn)場(chǎng)在用車(chē)位，占用物流面積，打破原有穩(wěn)定工藝結(jié)構(gòu)。

因此，為滿足新產(chǎn)品順利導(dǎo)入，就需要在既有生產(chǎn)線基礎(chǔ)上，確保自動(dòng)化改造設(shè)備占用車(chē)位最小化、工藝集約化。

綜上所述，如何在經(jīng)營(yíng)目標(biāo)達(dá)成、設(shè)備通用性、空間、時(shí)間、工藝布局等限制條件下，在既有生產(chǎn)線基礎(chǔ)上推進(jìn)自動(dòng)化改造，最大限度滿足正常生產(chǎn)需求是汽車(chē)行業(yè)總裝車(chē)間可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)課題。

3 自動(dòng)化改造—“0-FIS”理念

結(jié)合公司“小投入、快產(chǎn)出、滾動(dòng)發(fā)展”的理念，通過(guò)對(duì)國(guó)家政策、市場(chǎng)需求、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、國(guó)內(nèi)外同行現(xiàn)狀等深入調(diào)研分析，創(chuàng)新提出“0-FIS”理念，應(yīng)對(duì)既有生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造工作。

“0-FIS”是指Zero（0損失）、Flexible（柔性化）、Intensive（集約化）、Smart（智能化），即在生產(chǎn)0損失的前提下，開(kāi)展柔性化、集約化、智能化的裝配工藝研究和應(yīng)用（表1）。

表1 “0-FIS”理念的豐富內(nèi)涵

0損失（Zero）是指在復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境下，充分整合現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備、場(chǎng)地等資源，優(yōu)化工藝方案，確保改造對(duì)正常生產(chǎn)產(chǎn)量損失影響“0”化。

柔性化（Flexible）是指既有生產(chǎn)線改造必須保證多車(chē)型通用性，同時(shí)要滿足節(jié)拍需求，這就要求自動(dòng)化設(shè)備及工裝夾具具備高通用性、高精度、高穩(wěn)定性。

集約化（Intensive）是指通過(guò)對(duì)工藝編排、作業(yè)區(qū)域、設(shè)備性能的優(yōu)化，在限定空間內(nèi)擴(kuò)展更多的功能，提高裝配效率。

智能化（Smart）是指在“機(jī)器換人”過(guò)程中，不斷深化大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用程度，最終達(dá)成削減勞務(wù)費(fèi)、提升品質(zhì)的目的。

基于“0-FIS”理念，明確了推進(jìn)思路，制定了中長(zhǎng)期規(guī)劃，從硬件、工藝、流程、功能上對(duì)既有生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改造，構(gòu)建高集約、高品質(zhì)、高效率的總裝工廠。

構(gòu)建適合總裝改造的理論基礎(chǔ)后，通過(guò)由點(diǎn)到面（先單生產(chǎn)線實(shí)施，再跨線、跨工廠推廣）的分步推進(jìn)策略，開(kāi)展國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)的工藝、技術(shù)創(chuàng)新，完成了一系列自動(dòng)化項(xiàng)目的改造。表2是近年來(lái)開(kāi)展的代表性自動(dòng)化改造項(xiàng)目，一方面，公司為多車(chē)型批量混線生產(chǎn)模式，立項(xiàng)初期，需檢討明確改造項(xiàng)目能兼容全車(chē)型，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)；同時(shí)，旨在通過(guò)從上料、安裝到品質(zhì)檢查作業(yè)集成，達(dá)成總裝工序高集約；另外，通過(guò)機(jī)器人替代人工，實(shí)現(xiàn)總裝工序的自動(dòng)化，通過(guò)視覺(jué)識(shí)別等新技術(shù)應(yīng)用，在工序自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化；同時(shí)，基于現(xiàn)場(chǎng)滿負(fù)荷生產(chǎn)，改造項(xiàng)目不能影響正常生產(chǎn)，需實(shí)現(xiàn)“0”損失生產(chǎn)改造。

表2 近年推進(jìn)的自動(dòng)項(xiàng)目

4 自動(dòng)化改造主要情況

4.1 企劃先行，多措并舉——0損失

4.1.1 因地制宜，分步投入

以前后擋風(fēng)玻璃自動(dòng)化裝配為例，需在原有涂膠設(shè)備、零件輸送鏈的基礎(chǔ)上利舊改造。二次利用雖可減少投入，節(jié)約成本，但也給自動(dòng)化設(shè)備導(dǎo)入帶來(lái)了巨大困難。

為此，在前期將復(fù)雜工藝工序細(xì)分，對(duì)玻璃自動(dòng)上料、玻璃脫脂劑與加強(qiáng)劑自動(dòng)涂布、玻璃膠自動(dòng)涂布、車(chē)身脫脂劑與加強(qiáng)劑自動(dòng)涂布、玻璃自動(dòng)安裝工序進(jìn)行模塊化拆分，分階段實(shí)施（表3），合理安排項(xiàng)目推進(jìn)日程，確保設(shè)備順利導(dǎo)入。

表3 前后擋風(fēng)玻璃設(shè)備分步投入

4.1.2 長(zhǎng)短結(jié)合，三步法施工

根據(jù)生產(chǎn)需求，為不影響正常生產(chǎn)，提出“三步法”施工，即利用長(zhǎng)假期進(jìn)行設(shè)備主體施工，利用周末進(jìn)行碎片化工程施工，利用夜班時(shí)間進(jìn)行整改完善，從而大幅降低改造工程對(duì)較長(zhǎng)工期的硬性需求。

4.1.3 雙循環(huán)調(diào)試及應(yīng)急預(yù)案

首先是線外調(diào)試，第1步是采用軟件仿真介入設(shè)備設(shè)計(jì)，建立技術(shù)模型方案，對(duì)設(shè)備布局、工序動(dòng)作設(shè)計(jì)進(jìn)行虛擬檢證，提前試錯(cuò)，可顯著縮短調(diào)試周期。第二步是在完成軟件仿真后，通過(guò)設(shè)備試制，再次對(duì)工藝可行性進(jìn)行檢證，縮短調(diào)試周期。

進(jìn)入在線調(diào)試階段后，采用“小步快走”辦法，隨線先進(jìn)行小批量的試生產(chǎn)，通過(guò)確認(rèn)生產(chǎn)實(shí)績(jī)，不斷檢證完善設(shè)備，確保能滿足生產(chǎn)及品質(zhì)要求。

在此基礎(chǔ)上，還需制定雙應(yīng)急預(yù)案（設(shè)備應(yīng)急預(yù)案、人員應(yīng)急預(yù)案），確保異常狀態(tài)下的生產(chǎn)對(duì)應(yīng)。通過(guò)制定設(shè)備異常對(duì)應(yīng)機(jī)制、預(yù)留人工作業(yè)PPA（潛在故障分析與對(duì)應(yīng)）工位，從設(shè)備、人員、場(chǎng)地等方面，確保當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常情況時(shí)也能正常生產(chǎn)，達(dá)成0損失目標(biāo)。

4.2 確保多車(chē)型的共線生產(chǎn)——柔性化

兼容性生產(chǎn)線的兩大目標(biāo)是高裝配柔性和高生產(chǎn)效率。自動(dòng)化設(shè)備導(dǎo)入雖與柔性化生產(chǎn)相悖（設(shè)備導(dǎo)入越多，則多車(chē)型共線適應(yīng)生產(chǎn)難度越大），但整體來(lái)看，開(kāi)展自動(dòng)化有利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，其在勞務(wù)費(fèi)削減、品質(zhì)提升方面具有強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)力。因此，在項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中，結(jié)合后續(xù)車(chē)型，提前規(guī)劃，確保自動(dòng)化設(shè)備能快速、高水平適配不同車(chē)型生產(chǎn)。

在程序柔性化方面，以發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)檢視覺(jué)識(shí)別自動(dòng)化項(xiàng)目為例（圖1），不同車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)裝配點(diǎn)檢查位置及內(nèi)容均存在差異。在此情況下，通過(guò)設(shè)備程序優(yōu)化，即在程序設(shè)定時(shí)，通過(guò)拍攝大量實(shí)車(chē)圖片采集位置數(shù)據(jù)，對(duì)同一質(zhì)檢項(xiàng)目進(jìn)行大數(shù)據(jù)比對(duì)，最終設(shè)定出檢查規(guī)格。通過(guò)這樣的工藝設(shè)計(jì)方法，確保后續(xù)車(chē)型的快速適配。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)檢自動(dòng)化

在夾具柔性化方面，總裝承擔(dān)著數(shù)量眾多的零部件裝配任務(wù)，每個(gè)零部件形狀各異，安裝時(shí)需要為機(jī)器人配備專(zhuān)用夾具來(lái)對(duì)零件進(jìn)行夾持，這樣1臺(tái)機(jī)器人必然無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種零件的安裝[4]。

以側(cè)窗玻璃夾具為例（圖2），改造前是通過(guò)人手操作夾具實(shí)現(xiàn)玻璃夾緊，并由機(jī)器人對(duì)側(cè)窗涂布玻璃膠。切換車(chē)型時(shí)，由于不同車(chē)型的玻璃外觀差異大，無(wú)法使用同一套夾具，不得不依靠人工來(lái)搬運(yùn)和更換夾具。基于現(xiàn)狀，構(gòu)思出高低差異化的夾具設(shè)計(jì)。通過(guò)導(dǎo)入具備高低差功能的夾具，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格側(cè)窗玻璃的兼容。夾具的高拓展性與通用性，確保了后續(xù)車(chē)型輕松導(dǎo)入。

圖2 側(cè)窗高低差?yuàn)A具設(shè)計(jì)

除通用夾具設(shè)計(jì)外，還致力夾具自動(dòng)切換研究，例如輪胎擰緊裝置中，四軸與五軸夾具自動(dòng)切換（圖3），不斷削減夾具切換所帶來(lái)的無(wú)效作業(yè)工時(shí)，提升作業(yè)效率。

圖3 輪胎擰緊裝置夾具自動(dòng)切換

4.3 深度挖掘現(xiàn)場(chǎng)改造潛力——集約化

4.3.1 同類(lèi)型要素集約

在工藝編成中，便有集約化的說(shuō)法，工藝的排序和裝配工時(shí)是互動(dòng)的[5]。在本項(xiàng)目推進(jìn)中，通過(guò)研究工藝編成，提出設(shè)備工藝集約的觀點(diǎn)，即將同類(lèi)型的動(dòng)作要素作業(yè)集約化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備需求最小化的自動(dòng)化，節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)資源。

以機(jī)艙繼電器自動(dòng)安裝為例，改造前，繼電器安裝分散在14個(gè)工位，均為人工作業(yè)。對(duì)于繼電器這樣小而精密的電器元件，結(jié)合其安裝精度高的特點(diǎn)，將原分散安裝工序集約到一起，應(yīng)用高速并聯(lián)機(jī)器人，在1個(gè)工位實(shí)現(xiàn)機(jī)艙繼電器集約化自動(dòng)裝配工作。

4.3.2 全工藝流程集約

在同類(lèi)型工藝集約的基礎(chǔ)上，將集約化觀點(diǎn)應(yīng)用拓展到全裝配工藝流程[6]。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即將零件的安裝過(guò)程從上料、人工裝配、到質(zhì)量檢查的全工序集約化。

以前后擋風(fēng)玻璃安裝為例，其工藝包括前后擋風(fēng)玻璃取件、玻璃脫脂劑涂布、玻璃加強(qiáng)劑涂布、玻璃涂膠，車(chē)身脫脂劑涂布、車(chē)身加強(qiáng)劑涂布、前后擋風(fēng)玻璃安裝、質(zhì)量檢查，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)分布在不同位置的多個(gè)車(chē)位上。在本項(xiàng)目推進(jìn)中，將前后擋風(fēng)玻璃裝配全流程的所有工序全部集約到前后相鄰的2個(gè)車(chē)位上（同時(shí)需占用線邊部分面積，用于分裝準(zhǔn)備），通過(guò)集約化實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化安裝。

4.3.3 設(shè)備功能布局集約

以上2種集約思路，均是基于工藝編成里的集約化思維，在設(shè)備編成上的拓展。眾所周知，總裝車(chē)間的有效車(chē)位是有限的稀缺資源，尤其隨著裝備的不斷升級(jí)和增多，既有生產(chǎn)線車(chē)位不足已成為嚴(yán)重制約總裝發(fā)展的重大課題。在此情況下，提出了不同設(shè)備區(qū)域集約化的觀點(diǎn)，不斷提升有效車(chē)位利用率，甚至向無(wú)效車(chē)位（即無(wú)法安排工藝作業(yè)的車(chē)位）拓展，為裝配自動(dòng)化設(shè)備布置提供了新思路。

以前后擋風(fēng)玻璃和輪胎自動(dòng)化安裝為例，通過(guò)不同設(shè)備在同一區(qū)域的集約化布置，大幅削減快進(jìn)快出和PPA工位的重復(fù)需求，在6個(gè)工位內(nèi)實(shí)現(xiàn)前后擋風(fēng)玻璃和輪胎全流程自動(dòng)化裝配（行業(yè)內(nèi)需11～12個(gè)）。

另外，總裝車(chē)間內(nèi)大中型設(shè)備基本上是布置在地面上，而既有生產(chǎn)線基本是采取多折線布局，這就不可避免地在各工藝段連接區(qū)域產(chǎn)生很多空中無(wú)效車(chē)位。以前后擋風(fēng)玻璃和輪胎自動(dòng)安裝為例（圖4），利用空中無(wú)效車(chē)位進(jìn)行設(shè)備布置，將自動(dòng)化設(shè)備空中化布置，并通過(guò)升降機(jī)解決物流供應(yīng)課題，實(shí)現(xiàn)在無(wú)效車(chē)位進(jìn)行前后擋風(fēng)玻璃和輪胎全流程自動(dòng)安裝，將無(wú)效車(chē)位轉(zhuǎn)化成有效車(chē)位，同時(shí)削減了地面物流面積需求。

圖4 無(wú)效車(chē)位的有效化利用

4.4 不斷提高自動(dòng)化改造效率——智能化

一直以來(lái)，行業(yè)自動(dòng)化主要聚焦在裝配作業(yè)要素的自動(dòng)化上[7]，對(duì)零件供應(yīng)、品質(zhì)檢查較少關(guān)注。以輪胎裝配為例，通過(guò)輸送鏈實(shí)現(xiàn)輪胎物流自動(dòng)供應(yīng)，再通過(guò)擰緊軸實(shí)現(xiàn)螺母自動(dòng)擰緊，但輪胎搬運(yùn)、螺栓拿取均為人工作業(yè)?；诖?，在立項(xiàng)初期便深入探討，實(shí)現(xiàn)物流、裝配到質(zhì)檢全過(guò)程自動(dòng)化、智能化。

4.4.1 智能立體倉(cāng)儲(chǔ)

大部分自動(dòng)化改造較少聚焦到零件自動(dòng)供應(yīng)。第一步通過(guò)拓展，將機(jī)器人與工裝夾具結(jié)合，實(shí)現(xiàn)零件上料自動(dòng)化，這是較為簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)采用倉(cāng)儲(chǔ)式物流手段，在總裝車(chē)間內(nèi)導(dǎo)入立體倉(cāng)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)側(cè)窗與繼電器的大批量自動(dòng)供應(yīng)。

以側(cè)窗倉(cāng)儲(chǔ)為例，側(cè)窗立體倉(cāng)庫(kù)為行業(yè)總裝車(chē)間首創(chuàng)應(yīng)用（圖5），滿足側(cè)窗零件備件自動(dòng)存放、索引、配料，實(shí)現(xiàn)線邊零件智能倉(cāng)儲(chǔ)管理，大幅提高單位面積內(nèi)側(cè)窗零件存儲(chǔ)量，直接減少了線邊零件占用和切換時(shí)間，極大地提升了生產(chǎn)效率。

圖5 智能化側(cè)窗立體倉(cāng)庫(kù)

4.4.2 機(jī)器人系統(tǒng)精準(zhǔn)參數(shù)化裝配

裝配動(dòng)作自動(dòng)化，主要通過(guò)自動(dòng)化，用機(jī)器人來(lái)替代人工作業(yè)。目前行業(yè)內(nèi)側(cè)重于定性的作業(yè)結(jié)果，而作業(yè)過(guò)程定量的作業(yè)結(jié)果還有很大空白。以機(jī)艙繼電器自動(dòng)安裝為例，除了將原分散安裝工序集約到1個(gè)工位外，通過(guò)采用壓力傳感器、行程傳感器，與執(zhí)行安裝動(dòng)作的機(jī)器人有效結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器安裝的按壓力與按行程精確控制與記錄[8]，達(dá)成精準(zhǔn)參數(shù)化安裝。

4.4.3 閉環(huán)可追溯式智能檢查

傳統(tǒng)的總裝品質(zhì)檢查幾乎都是人工目視、經(jīng)驗(yàn)化或檢具檢查。除檢具檢查外，目視、經(jīng)驗(yàn)化檢查均存在錯(cuò)檢、漏檢風(fēng)險(xiǎn)。在總裝車(chē)間導(dǎo)入閉環(huán)可追溯式品質(zhì)檢查系統(tǒng)，確保有效規(guī)避錯(cuò)檢、漏檢風(fēng)險(xiǎn)。

以發(fā)動(dòng)機(jī)裝配品質(zhì)檢查為例，通過(guò)視覺(jué)識(shí)別技術(shù)與機(jī)器人的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量自動(dòng)檢查，并通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)達(dá)成檢查過(guò)程可追溯。

以前后擋風(fēng)玻璃自動(dòng)化安裝為例，在設(shè)備中引入“作業(yè)—檢查同步實(shí)施工藝”，即通過(guò)機(jī)器人、紅外線與雙目視覺(jué)系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)脫脂劑與加強(qiáng)劑涂布在作業(yè)過(guò)程中的自動(dòng)閉環(huán)、智能化檢查，實(shí)現(xiàn)可追溯。

以上品質(zhì)檢查模式的升級(jí)，為總裝工序保證能力提升、產(chǎn)品車(chē)品質(zhì)穩(wěn)定開(kāi)創(chuàng)了新思路。

綜上，實(shí)現(xiàn)了前后擋風(fēng)玻璃、輪胎、車(chē)門(mén)密封膠、車(chē)載繼電器、側(cè)窗等多種工藝的全流程自動(dòng)化。

5 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)/社會(huì)效益

“0-FIS”理念的提出與實(shí)施，尤其是“0損失”生產(chǎn)改造、裝配工序集約、全流程工序自動(dòng)化理念，為既有總裝車(chē)間新設(shè)備、新工藝開(kāi)發(fā)、自動(dòng)化改造提供了新思路。通過(guò)自動(dòng)化項(xiàng)目的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員削減、物流面積釋放、產(chǎn)能提升，取得了近1.1億元的直接經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)間接增加產(chǎn)值23.8億元，削減職業(yè)傷害崗位40個(gè)。

6 總裝自動(dòng)化的趨勢(shì)和出路

作為零件種類(lèi)、數(shù)量多、動(dòng)作要素繁雜的總裝車(chē)間，現(xiàn)在推進(jìn)的自動(dòng)化改造工作只是邁出了第一步?？傃b車(chē)間的自動(dòng)化程度提升未來(lái)還大有可為。下面從工藝規(guī)劃和技術(shù)應(yīng)用兩方面進(jìn)行具體闡述，通過(guò)兩者的交叉結(jié)合，形成具有總裝特色的自動(dòng)化應(yīng)用措施。

6.1 工藝規(guī)劃

6.1.1 單要素不同場(chǎng)景應(yīng)用

總裝現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作要素多且同類(lèi)型動(dòng)作要素的實(shí)際差異較大。以螺栓緊固為例，實(shí)現(xiàn)了輪胎、前懸架等自動(dòng)化緊固，但是螺栓緊固其它場(chǎng)景，例如機(jī)艙、底盤(pán)、內(nèi)裝等很難直接水平展開(kāi)應(yīng)用。面向未來(lái)，已實(shí)現(xiàn)的單要素自動(dòng)化項(xiàng)目具備較大挖掘、推廣價(jià)值。基于此，提出了支承緊固項(xiàng)目，通過(guò)擰緊工具的適應(yīng)性改造，配合工業(yè)機(jī)器人，集成視覺(jué)識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)左右支承的自動(dòng)化擰緊。

6.1.2 不同類(lèi)要素深化應(yīng)用

眾所周知，總裝動(dòng)作要素較多，包含緊固、按壓、涂抹、搬運(yùn)、目視檢查、扭力、插頭連接等80余種。目前，已實(shí)現(xiàn)螺栓緊固、繼電器按壓等小部分工藝自動(dòng)化。面向未來(lái)，在目前小部分要素自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，全面深化識(shí)別更多現(xiàn)場(chǎng)要素，開(kāi)展自動(dòng)化應(yīng)用?；诖?，提出了前端模塊合裝、自動(dòng)質(zhì)檢等，項(xiàng)目通過(guò)前端模塊同步備件，已工業(yè)機(jī)器人配合輸送線，由機(jī)器人完成模塊的取件安裝、緊固。

6.1.3 自動(dòng)化物流深度結(jié)合

目前行業(yè)物流改善通常聚焦于自動(dòng)供應(yīng)，即通過(guò)自動(dòng)牽引小車(chē)（AGV）牽引，將零件自動(dòng)配送到崗位，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)臺(tái)套式供應(yīng)，實(shí)施力度仍然不足。在零件自動(dòng)供應(yīng)的基礎(chǔ)上，檢討在零件上料方面繼續(xù)拓展，即在零件供應(yīng)到崗位后，通過(guò)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料，基于此，提出了座椅、儀表臺(tái)自動(dòng)投入等項(xiàng)目，以儀表臺(tái)自動(dòng)投入為例，計(jì)劃通過(guò)AGV將儀表臺(tái)配送到線邊，由機(jī)器人夾取儀表臺(tái)隨行投入到車(chē)內(nèi)。

6.1.4 全流程工藝自動(dòng)化

基于單作業(yè)要素不同場(chǎng)景應(yīng)用、不同類(lèi)要素深化應(yīng)用和自動(dòng)化物流深度結(jié)合，未來(lái)的另一個(gè)可行方向，是將這些單要素結(jié)合串聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)零件上料、安裝到質(zhì)量檢查關(guān)聯(lián)工序全流程自動(dòng)化。目前，已實(shí)現(xiàn)前后擋風(fēng)玻璃、輪胎、繼電器、車(chē)門(mén)涂膠等工序全流程自動(dòng)化，未來(lái)需要繼續(xù)擴(kuò)大化開(kāi)展，由點(diǎn)到面?；诖?，提出了FEM（前端模塊）自動(dòng)安裝、前后懸同步合裝等，以前后懸同步合裝為例，原為分開(kāi)不同工位、人工配合輔具合裝，新方案中，通過(guò)AGV隨行，完成前后懸在同工位的對(duì)位安裝、擰緊、品質(zhì)檢查項(xiàng)目。

6.2 技術(shù)應(yīng)用

6.2.1 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用

主要包括2個(gè)方面：一是單工業(yè)機(jī)器人的深度廣泛應(yīng)用，即通過(guò)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)現(xiàn)總裝單要素的自動(dòng)化，如質(zhì)檢自動(dòng)化、支承緊固自動(dòng)化等。二是機(jī)器人陣列的應(yīng)用，即在前后工序不同要素自動(dòng)化基礎(chǔ)上，將不同功能的機(jī)器人集約到一起，搭建機(jī)器人陣列[9]。在第一階段的項(xiàng)目中，前后擋風(fēng)玻璃與輪胎自動(dòng)化安裝項(xiàng)目就初步應(yīng)用了該思維，后續(xù)在前后懸同步合裝、底盤(pán)分裝線自動(dòng)化等項(xiàng)目會(huì)繼續(xù)拓展應(yīng)用。

6.2.2 隨行機(jī)器人應(yīng)用

目前總裝現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人以靜態(tài)為主，即設(shè)置固定位置（靜止工位）機(jī)器人，但總裝現(xiàn)場(chǎng)為流水線作業(yè)，靜止工位改造、快進(jìn)快出車(chē)位設(shè)置存在成本問(wèn)題[10]。為此，開(kāi)展自動(dòng)化隨行技術(shù)探索，即隨行機(jī)器人技術(shù)的展開(kāi)應(yīng)用，并基于此觀點(diǎn)提出了VIN碼自動(dòng)拓印、前后懸同步自動(dòng)合裝等項(xiàng)目，通過(guò)機(jī)器人隨行自動(dòng)化提高現(xiàn)場(chǎng)利用率。

6.2.3 協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用

過(guò)往總裝通過(guò)人+輔具實(shí)現(xiàn)備胎、蓄電池等重物投入，目的是減少員工勞動(dòng)強(qiáng)度。未來(lái)協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用將更廣泛，通過(guò)技術(shù)開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)重物搬運(yùn)以外的多要素協(xié)助作業(yè)，如提取的螺栓規(guī)格識(shí)別項(xiàng)目，通過(guò)視覺(jué)識(shí)別與機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)螺栓規(guī)格識(shí)別，可廣泛推廣應(yīng)用。

6.2.4 新技術(shù)應(yīng)用

未來(lái)總裝車(chē)間要開(kāi)展自動(dòng)化，必然要不斷導(dǎo)入新技術(shù)。例如，基于總裝作業(yè)特性，視覺(jué)識(shí)別技術(shù)必將在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步深化應(yīng)用，包括單雙目識(shí)別、激光識(shí)別、3D視覺(jué)識(shí)別技術(shù)。

通過(guò)工藝規(guī)劃、技術(shù)應(yīng)用，結(jié)合新技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性改造，必將實(shí)現(xiàn)更多總裝自動(dòng)化突破創(chuàng)新，打造智能化生產(chǎn)車(chē)間[11]。同時(shí)，基于越來(lái)越多的工序自動(dòng)化，可通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)形式，將總裝現(xiàn)場(chǎng)的軟硬件聯(lián)結(jié)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)化，進(jìn)而達(dá)成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)化、生產(chǎn)品質(zhì)透明化、變化點(diǎn)趨勢(shì)可視化。

通過(guò)總裝工藝規(guī)劃及技術(shù)應(yīng)用的簡(jiǎn)要闡述，展望未來(lái)總裝車(chē)間自動(dòng)化工藝規(guī)劃及技術(shù)實(shí)施方向。相信隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車(chē)行業(yè)總裝車(chē)間也必將持續(xù)改善，不斷進(jìn)步。