汽車涂裝車間膠桶實時更換提醒應用的實現

[摘 要]近年來，國內各大整車制造工廠陸續(xù)推行數字化理念，旨在降低成本，提高生產效率。文章以北京奔馳順義工廠涂裝車間為例，探討了一種郵件實時提醒系統(tǒng)，旨在優(yōu)化車間內膠桶更換流程。具體而言，通過Node–Red物聯網平臺對現場涂膠供應系統(tǒng)PLC的開關量數據進行實時提取并存于數據庫中；利用Python對IO點位的狀態(tài)進行邏輯對比，分析現場膠桶的使用情況；最終以郵件形式實時提醒操作人員當前膠桶的更換狀態(tài)，并附上與現場膠桶布局和狀態(tài)一致的示意圖，以便操作人員一目了然地知曉現場狀況并能夠及時使用叉車更換膠桶。這一功能的實現不僅有效減少了操作人員的巡視工時，還避免了膠桶更換不及時導致的設備停線問題。

[關鍵詞]數字化；涂膠供應系統(tǒng)；實時更換提醒

[中圖分類號]TP316.7 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0164–03

A Brief Discussion on the Implementation of Real Time Reminder Application for Rubber Bucket Replacement in Automotive Painting Workshop

LIU Dehao，PENG Song

[Abstract]In recent years， major domestic vehicle manufacturing factories have been implementing digital concepts aimed at reducing costs and improving production efficiency. In this context， this article takes the painting workshop of Beijing Benz Shunyi factory as a practical case to explore a real-time email reminder system aimed at optimizing the process of replacing rubber drums in the workshop. Specifically， real-time extraction of IO point data from the on-site adhesive supply system PLC is performed through the Node Red IoT platform and stored in the database； Using Python to logically compare the status of IO points and analyze the usage of on-site rubber buckets； Finally， real-time reminders will be sent via email to the operators regarding the current status of the rubber drum replacement， along with a schematic diagram consistent with the layout and status of the rubber drum on site， so that the operators can clearly understand the on-site situation and use a forklift to replace the rubber drum in a timely manner. The implementation of this function not only effectively reduces the inspection time of operators， but also avoids equipment downtime caused by untimely replacement of rubber drums.

[Keywords]digitalization； glue supply system； real time replacement reminder

涂裝車間內的密封膠工藝在汽車生產制造過程起著關鍵作用，其用于保持整車身的密封性，以隔絕灰塵及煙霧等，同時兼顧防腐、隔聲及美化車型的作用。涂膠工藝涉及多種不同材質膠的配合使用，如LASD膠、PVC膠、頂溝膠等。這些膠根據車身部位的不同，又可以細分為車身膠線、車底膠線、頂溝膠線、手工膠線等。

為滿足噴涂過程中對膠量的供應需求，車間內通常配置6個以上的供膠系統(tǒng)。以北京奔馳順義工廠涂裝車間為例，現場共有7個供膠系統(tǒng)（分別以A901～A907命名），分布在車間的1層和2層（圖1）。現場共有3種密封膠投入使用，分別為水性阻尼膠（以下簡稱“LASD膠”）、焊縫密封膠（以下簡稱“PVC膠”）和頂溝膠（以下簡稱“Roof Ditch膠”）。

每套供膠系統(tǒng)由兩個模組構成，當一個模組的膠桶用完，系統(tǒng)會自動切換到另一個模組繼續(xù)供應膠料。然而由于車間內線體布置的原因，供膠系統(tǒng)可能分布在車間樓層的任意位置，這對日常巡檢工作帶來壓力。若未及時發(fā)現膠桶用完并更換，生產線會遭遇停線的風險。此時，只能等待膠桶緊急更換完成并排膠后才能恢復生產，這會導致30 min以上的停機時間，造成的損失不可估量。圖2展示了一個完整的供膠系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)包含兩個模組，當其中一個模組膠桶內的膠被耗盡后，該模組的低液位開關被觸發(fā)，此時PLC控制切斷該模組上的供應閥和兩個膠泵的氣動馬達壓縮氣使其不再工作，同時開啟另一個模組的供應閥及膠泵的氣動馬達，為現場設備繼續(xù)供應膠料。

因此，需要一個能夠實時監(jiān)控車間膠桶的使用情況并及時提醒人員更換的智能應用，以確保生產的順利進行。

1 智能應用的功能

該應用的主要功能為實時監(jiān)控涂裝車間內供膠系統(tǒng)各膠桶的使用狀態(tài)，當現場任意一個系統(tǒng)的膠桶用完或膠桶狀態(tài)有更新時，該應用及時觸發(fā)郵件，以文字描述和圖片的形式告知目標用戶現場哪些膠桶需要更換，以及對比上一次郵件更新有哪些變化。該功能的目的是更好地安排和調度膠桶的更換計劃，無需每日現場巡視，從而減少不必要的工時，確保生產的連續(xù)性和效率，同時避免因膠桶更換不及時而導致的生產停線。

圖3展示了該應用觸發(fā)的郵件提醒內容，分別由郵件主題、正文內容及示意圖構成。郵件主題直接描述了現場膠桶狀態(tài)的更新情況。

郵件正文分為兩個部分。

（1）車間當前待更換膠桶的系統(tǒng)及其相關信息，包括膠桶耗盡的具體時間點、從耗盡至現在過去的小時數及待更換的模組（是A系統(tǒng)還是B系統(tǒng)）。

（2）自上一次郵件觸發(fā)以來現場膠桶的變更情況。例如，距上一次郵件后解決了哪幾個膠桶的更換，又新增了多少需要更換的膠桶。

郵件附有一張可實時生成的示意圖，其根據車間膠桶使用的狀態(tài)變化而變化。圖中灰色方塊為無需更換的膠桶，黑色方塊為需要更換的膠桶?？赏ㄟ^該示意圖清晰直觀地了解到需要前往更換膠桶的位置，極大提高了工作效率。

當車間內所有膠桶均更換完畢，郵件提示“所有膠桶已更換完”，如圖4所示。

2 程序結構

整個應用流程在公司的云服務器上運行：①通過Node–Red實時提取現場供膠系統(tǒng)西門子PLC的開關量并存于Microsoft SQL Server中；②通過Python對開關量和更新時間進行初步的數據處理，并將處理后的數據保存于本地Excel中；③對數據進行判斷分析，并將判斷結果覆蓋于本地的文文章件中。應用每被觸發(fā)一次，其就會將當前運算的結果與上一次文文章件的內容進行比對并覆蓋。若發(fā)現與上次結果一致，則不會觸發(fā)郵件提醒，否則觸發(fā)郵件提醒，通知用戶有待更換膠桶或已解決的系統(tǒng)。其數據調用結構如圖5所示。

該應用每5 min通過Node–Red抓取一次供膠系統(tǒng)PLC的開關量，包括各系統(tǒng)當前使用的模組開關量、模組的低液位警告開關量。這些數據通過SQL語句存入到數據庫中，Node–Red流程圖如圖7所示。

該應用從PLC中采集28個開關量，其中前14個開關量表示現場7個供膠系統(tǒng)使用的模組。以A904供膠系統(tǒng)為例，若X7453_SelBitA904為1，X7453_ SelBitA904為0，則表示當前A系統(tǒng)在使用，B系統(tǒng)待命。后14個開關量表示現場7個供膠系統(tǒng)14個模組的低液位警告，觸發(fā)警告時為1，未觸發(fā)時為0。

通過調用Python第三方模塊pymssql和openpyxl，實現從數據庫中提取數據并對其進行簡單的邏輯轉換，使其具有可讀性，存于本地Excel中。

通過調用Python第三方模塊pandas，對Excel數據的處理和分析，將分析結果整合成一段文本，并比較上一次存于txt的文本來判斷是否需要觸發(fā)郵件更新。若文本不一致，則將該文本覆蓋到txt中。

通過調用Python第三方模塊PIL可實現對圖片的簡單編輯，如在特定像素區(qū)域加入指定顏色的形狀，使供膠系統(tǒng)示意圖隨現場狀態(tài)變化而變化。

最后，通過調用Python第三方模塊smtplib和email，實現了設備狀態(tài)變化時發(fā)送郵件的功能。

該應用支持配置信息在Excel表格中自定義，通過Python第三方模塊openpyxl讀取，無需直接在程序中進行修改，如一次性讀取數據庫的行數、發(fā)件郵箱的賬號密碼、收件人的郵箱、應用觸發(fā)間隔等，方便操作和修改。

該Python程序共380行代碼。

3 結束語

目前，實時提醒系統(tǒng)的應用在工業(yè)自動化領域變得越來越廣泛。不僅汽車涂裝車間的膠桶更換流程可以受益于這一系統(tǒng)，其他一備一用的設備也同樣適用，如總裝車間的加注線、空調冷媒、氮氣瓶更換等。其具有跨行業(yè)適用性，不僅限于汽車制造業(yè)，還可以應用于其他制造業(yè)領域，如航空、電子、機械制造等。無論是潤滑油、液壓油還是冷卻劑，只要是需要定期更換或維護的設備，都可以受益于這一系統(tǒng)。

實時提醒系統(tǒng)能夠降低人工巡視成本。傳統(tǒng)上，操作人員需要花費大量時間巡視設備，檢查其狀態(tài)并更換備件。通過自動監(jiān)測設備狀態(tài)并在必要時發(fā)送提醒，可以減少操作人員的巡視工作，提高生產效率。

此外，實時提醒系統(tǒng)還能避免不必要的生產停線。一備一用的設備材料若未及時更換，很可能導致生產線停線，影響生產進度。通過及時提醒，可以杜絕該情況，確保生產持續(xù)運行。

參考文獻

[1] 劉彬，金玲，邱萍，等.汽車涂裝車間用新型焊縫密封膠及其性能評價[J].裝備維修技術，2015（4）：46-50.

[2] 鄒鵬.涂裝車間提升密封膠機器人節(jié)拍的系統(tǒng)方法[J].現代涂料與涂裝，2022，25（9）：51-53，57.