移動機器人系統(tǒng)在汽車行業(yè)的應用探索

文 / 本刊記者 王玉

我國移動機器人在汽車行業(yè)的應用經(jīng)歷了30多年探索，從汽車主機廠的總裝車間、沖壓車間、焊裝車間，到零部件企業(yè)的搬運、存儲物流自動化作業(yè)，各類型的搬運、揀選等移動機器人廣泛應用，為汽車行業(yè)企業(yè)柔性生產(chǎn)、降本增效提供了強大助力。

汽車行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈長、環(huán)節(jié)多、范圍廣，加上近年來面臨產(chǎn)能過剩，客戶需求產(chǎn)品多樣化與個性化，原材料成本和勞動力成本上升，利潤空間減小，疫情與突發(fā)事件頻發(fā)等諸多挑戰(zhàn)，借助各類新技術(shù)來實現(xiàn)降本增效、向智能制造轉(zhuǎn)型升級已經(jīng)成為了行業(yè)企業(yè)共識，移動機器人在汽車行業(yè)的應用價值也頗受行業(yè)企業(yè)認可。

汽車行業(yè)可以說是我國移動機器人最早落地應用的制造行業(yè)，可以追溯到1991年新松自主開發(fā)了第一臺合裝型移動機器人并在沈陽金杯客車公司投入實際應用，填補了國內(nèi)市場空白。汽車行業(yè)高度標準化的生產(chǎn)工藝特征以及豐富的物流場景，為移動機器人的快速發(fā)展提供了優(yōu)渥土壤。歷經(jīng)30多年發(fā)展，應用于輔助裝配，以及各類物料存儲、揀選、輸送、上線作業(yè)場景的牽引式、潛伏式、料箱式、叉車式等各類型移動機器人廣泛應用，各類移動機器人技術(shù)、產(chǎn)品及解決方案創(chuàng)新不斷加速。

一、在汽車四大工藝中的應用

新松機器人是汽車行業(yè)移動機器人發(fā)展的推動者與見證者，新松移動機器人BG市場執(zhí)行總監(jiān)盧玉峰先生詳細介紹了汽車四大工藝中的移動機器人應用與發(fā)展情況。

新松移動機器人BG市場執(zhí)行總監(jiān)盧玉峰

1．總裝車間

對于汽車自動化柔性生產(chǎn)而言，總裝車間的移動機器人應用是最成熟的，其應用場景也是最豐富的。總裝車間內(nèi)，內(nèi)飾線、底盤合裝線、最終線等裝配主線，以及發(fā)動機分裝、儀表分裝、前后懸分裝等分裝線體，均可以采用移動機器人作為裝配工件的載體。而物料存儲、揀選、搬運的移動機器人也已經(jīng)廣泛應用，其中替代傳統(tǒng)主線的AGV柔性裝配線的創(chuàng)新與應用尤為值得關(guān)注。例如：

底盤合裝。底盤合裝AGV是國內(nèi)移動機器人在工業(yè)場景中的“首秀”，早在1991年，新松自主開發(fā)汽車行業(yè)第一臺磁條引導的AGV車，用于發(fā)動機輔助裝配，AGV將流水線上幾百公斤的發(fā)動機抬起，再由工人將發(fā)動機安裝到汽車底盤上。AGV底盤合裝系統(tǒng)具有最高柔性，可以根據(jù)工藝需要對AGV線路進行靈活調(diào)整；尤其能夠滿足汽車廠多種車型混線生產(chǎn)的需要。目前的底盤合裝AGV產(chǎn)品類型豐富，按照舉升機數(shù)量可以分為單舉升、雙舉升、三舉升、四舉升等。其已經(jīng)成為了汽車底盤合裝的優(yōu)選方式。

物料搬運、存儲、揀選。在總裝車間，各類物料上線輸送也是移動機器人的主要應用場景之一。2010年新松開發(fā)牽引式AGV，通過尾部自動掛接和脫扣機構(gòu)實現(xiàn)料車自動牽引，主要用于SPS配送上線；2013年后，牽引式AGV在汽車行業(yè)逐步實現(xiàn)了標準化、規(guī)?；瘧茫?015年后，潛入頂升式AGV開始出現(xiàn)，主要應用于物料的入庫、倉儲、貨到人分揀及配送上線，并正在逐步替代牽引式AGV成為主流應用。

AGV柔性裝配線。傳統(tǒng)汽車總裝生產(chǎn)線都采用板鏈、拖鏈運輸，無法更好的滿足未來總裝車間覆蓋車型多，節(jié)拍爬坡空間大等需求，相比之下，采用AGV柔性裝配線不需要進行土建施工；可以隨著車型變化靈活調(diào)整產(chǎn)線布局；可以記錄各種車型參數(shù)，在信息化方面具有優(yōu)勢；可以與機器人等自動化設備更好地配合。在乘用車領域，采用AGV車替代原有內(nèi)飾線、最終線的趨勢明顯。在商用車領域也是如此：2017年新松打破國外企業(yè)壟斷，給陜汽重卡提供了國內(nèi)首條重卡AGV柔性裝配線。目前AGV柔性裝配線已經(jīng)在一汽解放等更多企業(yè)展開了應用，為商用車裝配提供了新的裝配方案。

2.沖壓車間

沖壓是汽車生產(chǎn)中的“龍頭”工藝，在沖壓車間，一張張鋼板將完成其向車身部件的蛻變。目前移動機器人在沖壓車間的應用場景主要分為三個：一是沖壓板料上線：需要將成摞鋼板輸送到壓機，通常重量達數(shù)十噸；二是壓機壓出汽車零部件后，從線末端叉取料車到物料暫存區(qū)，三是沖壓模具檢修、換膜作業(yè)，沖壓模具重達數(shù)十上百噸；傳統(tǒng)作業(yè)模式下存在工人勞動強度大、輸送效率低、安全性差等諸多弊端。

早在2014年，新松為武漢通用沖壓車間線末端收料定制40臺AGV，并定制開發(fā)了控制器和復雜調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)了高節(jié)拍、高可靠性的要求。2020年，為某德系車企沖壓車間的沖壓板料上線、沖壓磨具檢修、換模作業(yè)定制開發(fā)了適用于20噸、60噸沖壓板料及模具搬運的重載型AGV。自此，新松形成了完整的沖壓車間智能輸送解決方案。

3. 焊裝車間

焊裝車間的工作主要是將沖壓車間生產(chǎn)的車身零部件和其它板件焊接拼裝成完整車身。該車間生產(chǎn)線主要包括有：四門、車架、前蓋、后蓋、翼子板、地板、左右側(cè)圍等焊接線。

焊裝車間對載重要求相對不高，節(jié)拍根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)需求有快有慢。目前移動機器人的主要應用場景為：四門兩蓋及翼子板等部件從焊接線下線后，根據(jù)生產(chǎn)車型的需求，AGV自動將對應車型的零部件轉(zhuǎn)運至調(diào)整線進行裝配，AGV采用滑槽的形式實現(xiàn)零部件托盤的自動移載，可以實現(xiàn)多車型混線生產(chǎn)的需求。車架及左右側(cè)圍等部件以AGV作為移動載體，根據(jù)工藝需求，在各焊裝工位進行轉(zhuǎn)運，AGV進入工位后地面加緊機構(gòu)對托盤進行二次定位，實現(xiàn)機械手對工件的自動抓取。值得關(guān)注的是，與總裝車間AGV柔性裝配線類似，越來越多的工廠正在嘗試采用移動機器人根據(jù)生產(chǎn)工序，依次承載夾具到點焊自動站、螺柱焊自動站及弧焊自動站等，逐步完成所需的工序焊裝，提高了車身鈑金件搬運的效率與水平，進而取代傳統(tǒng)的焊接線體。

4.涂裝車間

涂裝車間主要是將涂料涂覆于（基地表面）物面上，經(jīng)干燥成膜的工藝，或?qū)⑼苛显谕课锉砻鏀U散開的操作。涂裝過程包括清洗、電泳、色漆、清漆等步驟。

未來機器人營銷副總裁謝立

目前涂裝車間生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)高度自動化，對柔性需求相對較弱，而且在噴漆車間應用的AGV對防爆、可靠性要求極高，目前應用較少，僅有部分用在涂裝后的車身轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)。

二、在汽車零部件領域的應用

受汽車整車廠的影響，產(chǎn)能擴大和提高生產(chǎn)效率成為汽車零部件企業(yè)主要關(guān)心的問題，移動機器人解決方案的應用提升了汽車零部件內(nèi)部物流自動化水平，能讓物料、產(chǎn)品運輸更高效，最大化提高人員與設備的作業(yè)效率。目前已經(jīng)有越來越多的零部件工廠引進移動機器人解決方案，尤其是以叉車AGV為核心的移動機器人解決市場需求正在爆發(fā)式增長。未來機器人、艾吉威等移動機器人產(chǎn)品及解決方案供應商積極布局這一領域，圍繞叉車AGV產(chǎn)品與解決方案創(chuàng)新進行了深入探索，在汽車零部件行業(yè)打造了眾多經(jīng)典項目。

新松20噸重載移動機器人應用于某德系車企沖壓車間

新松60噸重載移動機器人應用于某德系車企沖壓車間

艾吉威產(chǎn)品總監(jiān)兼總裁助理萬福平

據(jù)未來機器人營銷副總裁謝立介紹，針對汽車零部件企業(yè)對物流作業(yè)高柔性、高效率、流程可視化，以及對移動機器人兼容性要求提升等需求變化，未來機器人從軟硬件出發(fā)進行了系列創(chuàng)新：在硬件層面，研發(fā)并正式使用3D感知技術(shù)，無人叉車的感知性能大大提升，獲得更高的作業(yè)效率、精度和適應能力，可以應對更多復雜場景；軟件層面，未來機器人RCS系統(tǒng)2.0版本已經(jīng)全新升級，在性能上，擴展性更強，實現(xiàn)不同場景下多車型兼容調(diào)度，包括AGV、潛伏頂升搬運機器人、四向穿梭車等車型；在效率上通過智能算法升級，無人叉車綜合作業(yè)效率翻倍，進一步優(yōu)化運行成本。

艾吉威產(chǎn)品總監(jiān)兼總裁助理萬福平表示，以移動機器人為載體，實現(xiàn)關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)設備智能化、端到端數(shù)據(jù)閉環(huán)透明化，將不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設備、軟件及人員無縫地集成為一個協(xié)同工作的系統(tǒng)，通過數(shù)字孿生平臺進行需求歸集分析、預測式生產(chǎn)，實現(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作的數(shù)字工廠解決方案，能更好地幫助汽車零部件企業(yè)實現(xiàn)精益化管理，以減少庫存，提升生產(chǎn)制造效率。目前，該數(shù)字工廠解決方案已經(jīng)在眾多汽配企業(yè)展開了應用。

三、行業(yè)典型項目實踐

1.一汽解放J7整車智能工廠AGV總裝線—新松

大體積、大重量的產(chǎn)品如何實現(xiàn)生產(chǎn)裝配環(huán)節(jié)的柔性輸送，一直都是汽車制造工廠裝配工藝的難點。2020年新松開創(chuàng)性地將移動機器人雙車聯(lián)動轉(zhuǎn)彎技術(shù)在重載、超長裝配環(huán)節(jié)投入應用，終結(jié)了國內(nèi)重卡移動機器人裝配線只能“一線到底”的尷尬局面，有效解決了市場痛點。大負載雙車聯(lián)動轉(zhuǎn)彎未來將成為重卡行業(yè)工藝布置的優(yōu)選方案。

為了大幅度提高工廠柔性，J7智能工廠項目在裝配線體及物流輸送工藝中大量采用移動機器人。為了保證機器人調(diào)度的及時性和安全性，新松運用自主研發(fā)的移動機器人智能調(diào)度系統(tǒng)，可實現(xiàn)對工廠內(nèi)新松以及其他設備商移動機器人的統(tǒng)一調(diào)度。這將對后續(xù)移動機器人行業(yè)多廠商協(xié)同調(diào)度有著深遠影響。

2.國內(nèi)首條汽車沖壓車間線末收料AGV系統(tǒng)—新松

2014年上海通用武漢分公司沖壓車間決定引用AGV進行物料輸送。由于沖壓車間場地條件限制以及復雜的生產(chǎn)工藝流程，該項目難度極大。

新松為其打造了沖壓末端零件轉(zhuǎn)運AGV系統(tǒng)，系統(tǒng)由中央控制系統(tǒng)、線邊換料系統(tǒng)、外部數(shù)據(jù)采集、充電站、任務提示及放行等部分組成。整個沖壓線末全部實現(xiàn)了零件的自動化轉(zhuǎn)運作業(yè)，作業(yè)人員只在安全區(qū)域?qū)α慵樟线M行操作，提升了車間整體自動化率，減少作業(yè)人員，排除了人機交叉作業(yè)。由于整個運行區(qū)域無人化，因此杜絕了發(fā)生人員事故等安全隱患。

系統(tǒng)特色及優(yōu)勢：AGV系統(tǒng)采用上位集中調(diào)度控制，工作效率高；系統(tǒng)可以根據(jù)工況和生產(chǎn)的需求及時做出調(diào)整，減少中間環(huán)節(jié)，響應速度極快，柔性高；較之人工操作，自動化系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性很高。

3.華北地區(qū)某汽配零部件集團—未來機器人

項目難點：汽配零部件種類繁多，包括發(fā)動機配件，制動系配件，轉(zhuǎn)向系配件等等，形態(tài)各異，專屬非標載具多，庫位管理混亂，貨物追溯難；零部件上料下料，需要經(jīng)過多道裝配流程，對無人叉車叉取載具，放置載具精度要求高；汽配車間生產(chǎn)因為業(yè)務波動要求24小時作業(yè)，工作時間長，勞動強度大，重復性高。

一汽解放J7AGV總裝線-新松感應供電雙車聯(lián)動移動機器人

未來機器人多車協(xié)同管理

未來機器人無人叉車對接車間設備

未來機器人為其定制了高柔性智慧物流解決方案，多臺未來機器人slim14無人叉車+中控調(diào)度系統(tǒng)+庫位管理系統(tǒng)，完成滿料車出入庫，空料車出入庫等流程，幫助客戶廓清庫位管理，實現(xiàn)24小時作業(yè)。

項目亮點：slim14無人叉車具備自適應檢測，適配客戶非標屬具，達到重復放置貨物精度±10mm；自主開發(fā)庫位管理系統(tǒng)，為客戶提供庫位管理功能，打通項目現(xiàn)場設備及數(shù)據(jù)信息，庫位信息可視化展示，倉庫管理精細化，提升庫存處理效率和準確率；近10臺Slim系列無人叉車，通過RCS系統(tǒng)實現(xiàn)多車調(diào)配，路徑規(guī)劃，碰撞規(guī)避等功能，多車協(xié)同管理，提升搬運效率，實現(xiàn)物流無人化和智能化。

4. 某汽車動力總成高端加工裝備示范基地—艾吉威

項目難點：工業(yè)制造對精度要求、生產(chǎn)節(jié)拍有極高的應用要求，對設備效率及穩(wěn)定性也提出了非常高的挑戰(zhàn)，另外不同系統(tǒng)的交通管制，兼容性要求高。

艾吉威為其定制了智慧物流解決方案：通過多臺叉取堆垛式AGV、潛伏頂升AGV小車及、WMS(庫位管理系統(tǒng)）、WCS(倉庫控制系統(tǒng)）以及AIDT數(shù)字化管理平臺、，實現(xiàn)廠內(nèi)物料配送的少人化、無人化，艾吉威叉取式AGV采用基于自然輪廓的激光定位與導航技術(shù)，在動態(tài)環(huán)境下末端精度可達±5mm定位精度，解決了在制品和半成品庫存輸送頻次高、高貨架精準堆碼、多車體混合調(diào)度等應用難題。同時基于AIDT數(shù)字孿生平臺達到提前感知設備異常，預測性維護警報，數(shù)據(jù)實時綁定更新的功能。智能化生產(chǎn)、數(shù)字化運維，幫助企業(yè)提升運營效益，推動生產(chǎn)力躍升，降低供應鏈成本攀升的壓力。

核心價值：該項目是企業(yè)生產(chǎn)智能化汽車動力總成生產(chǎn)線標桿項目，屬于AGV+5G工業(yè)場景應用。通過5G高帶寬、低時延、大連接的特點，移動搬運機器人實現(xiàn)全工序制造流程的無人化物流運輸，搬運效率提高20%以上。同時5G網(wǎng)絡聯(lián)動智慧生產(chǎn)管理平臺、AIDT數(shù)字化管理平臺，千億計設備產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)核心技術(shù)對海量數(shù)據(jù)進行采集存儲分析，提升企業(yè)對數(shù)據(jù)的處理能力，從而進一步增加企業(yè)的效能。

艾吉威多臺叉取式AGV應用于某知名汽配工廠

艾吉威-某汽車動力總成高端加工裝備示范基地的項目

四、行業(yè)瓶頸與挑戰(zhàn)

1.接口標準與規(guī)范迫在眉睫

謝立提出，汽車行業(yè)作為特殊的離散集成型制造業(yè)，伴隨智能化轉(zhuǎn)型的深入推進，同一工廠內(nèi)往往存在不同品牌、不同類型的移動機器人交叉作業(yè)，這對移動機器人管理系統(tǒng)的兼容性提出了很高要求。在這種趨勢下，整個行業(yè)需要積極推動機器人管理系統(tǒng)的相關(guān)接口的規(guī)范和統(tǒng)一。

盧玉峰也強調(diào)“移動機器人行業(yè)需要建立科學、統(tǒng)一的技術(shù)標準體系（包括數(shù)據(jù)接口標準和安全防護體系等），以此來協(xié)調(diào)供需關(guān)系，優(yōu)化競爭秩序，改善市場環(huán)境，從而促進行業(yè)長久發(fā)展”。他介紹到，由新松參與發(fā)起成立的中國移動機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟始終將標準制定放在重要位置，2019年6月在杭州成立標準管理委員會，2020年發(fā)布首批六項團體標準，在2021年底又發(fā)布第二批四項團體標準，這使產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的標準體系進一步得到充實和完善，為行業(yè)的規(guī)范發(fā)展打下了堅實基礎。

2.項目落地中的挑戰(zhàn)

談及移動機器人項目在落地過程中的挑戰(zhàn)，謝立總結(jié)說到：一是項目復雜程度，經(jīng)常需要對無人叉車做出非標、定制化改造，對無人叉車的穩(wěn)定性和一致性提出挑戰(zhàn)，增加了規(guī)?；涞仉y度；二是客戶需求變更，客戶的需求會因為某些因素例如生產(chǎn)計劃、業(yè)務計劃等發(fā)生變化，導致項目在前期規(guī)劃、導入和最終運行中產(chǎn)生很多變量因素，項目從最開始方案規(guī)劃到最終項目運行可能完全不一樣。未來機器人的應對策略是，以客戶需求為核心，秉持為客戶降本增效，創(chuàng)造高收益價值原則，從技術(shù)創(chuàng)新、方案規(guī)劃積累、項目駐場支持等多方面為客戶提供精益求精的服務，保障每個項目100%交付。

新松盧玉峰對甲方企業(yè)如何保障移動機器人項目順利落地給出了幾點建議：一是，首先需要明確需求，把握好整個項目方向；二是細化需求，根據(jù)工藝、節(jié)拍、產(chǎn)品特性等將需求進行細化；三是，選擇供應商過程要經(jīng)過深度考察，通過深入了解實際行業(yè)業(yè)績、細分工藝經(jīng)驗、軟硬件服務能力，以及行業(yè)口碑等方方面面進行綜合判斷；四是，在項目合作過程中要充分相信有經(jīng)驗的供應商。“甲方企業(yè)要明確制定終極目標與期望，依靠有豐富經(jīng)驗的供應商幫助其分析目標能實現(xiàn)的程度，雙方深度互信，不斷地在需求與實際執(zhí)行上面相互磨合，最終項目才能順利落地，并且達到比較好的效果?！彼f。

此外，盧玉峰強調(diào)：“最低價中標正在破壞行業(yè)發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)要想真真正正走向全球領先，需要龐大的研發(fā)支撐，而只有合理的利潤空間才能讓國內(nèi)行業(yè)企業(yè)更好地投入研發(fā)力量?！蓖瑫r他提出，“要想真正解決這個問題，僅僅從行業(yè)角度與企業(yè)角度來著手遠遠不夠，整體發(fā)展導向、知識產(chǎn)權(quán)深入保護才是破解的關(guān)鍵?！?/p>

五、未來趨勢與發(fā)展建議

1.標準化與非標定制雙線并行，均不可或缺。

盧玉峰進一步解釋到，移動移動機器人零部件、產(chǎn)品及在汽車行業(yè)的應用都極具橫向拓展性，例如，新松通過算力優(yōu)化等技術(shù)手段為上汽通用沖壓車間做的適用于高節(jié)拍、復雜調(diào)度的車體控制器，可以用到各類應用于大規(guī)模、復雜調(diào)度的移動機器人產(chǎn)品中；再例如，新松為沖壓車間重載機器人開發(fā)驅(qū)動輪，可以橫向應用到其它重載移動機器人中AGV產(chǎn)品中。從車型來看，例如，潛伏牽引式AGV，只要是貨架、牽引的作業(yè)場景，載重在一定范圍內(nèi)都可以應用。并且汽車行業(yè)企業(yè)之間的生產(chǎn)工藝也有極大相似度。標準化的探索是移動機器人企業(yè)降低成本，實現(xiàn)大規(guī)模應用的關(guān)鍵。

非標定制在行業(yè)內(nèi)也具有迫切需求，汽車行業(yè)細分領域都有自己的特性，例如，乘用車、商用車之間的生產(chǎn)模式、物流器具等差別較大，輸送路線、供應需求也不盡相同，所以針對應用場景提供非標設計的移動機器人產(chǎn)品與解決方案必不可少，以更好地滿足客戶需求。

2.國產(chǎn)零部件逐步替代進口

盧玉峰強調(diào)，“隨著國產(chǎn)移動機器人零部件制造水平地提升，包括材料、加工工藝、控制算法等方面提升，很多國產(chǎn)零部件從可靠度、各項功能參數(shù)上都已趕上進口產(chǎn)品，我們看到了國產(chǎn)替代進口的希望。”

在疫情和復雜國際因素影響下，部分進口零部件出現(xiàn)了“卡脖子”情況，供貨周期無法滿足。新松對部分國產(chǎn)零部件進行了嚴謹?shù)目疾?、測試、應用，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)特定型號的伺服電機、傳感器等核心零部件已經(jīng)達到了替代進口的水平，可以很好的滿足AGV應用。

同時他還提到，“原來汽車行業(yè)企業(yè)自動化設備采購基本都采用國外標準，客戶招標文件上基本都是國外品牌。隨著這兩年國產(chǎn)汽車品牌的快速發(fā)展，主機廠對零部件供應商要求在逐步開放，整個產(chǎn)業(yè)鏈的民族自信心也在逐步增強。在移動移動機器人零部件方面，行業(yè)企業(yè)的接受度也在增強，越來越多的企業(yè)愿意嘗試應用國產(chǎn)零部件，并且實際應用效果不錯。”

3.各類技術(shù)融合發(fā)展

謝立認為，移動機器人技術(shù)發(fā)展趨勢包括：頂層機器人管理系統(tǒng)的兼容與統(tǒng)一；終端移動機器人與人工智能、大數(shù)據(jù)、AI等領域技術(shù)融合發(fā)展。