汽車整車廠生產(chǎn)自動化的研究

［摘 要］汽車整車廠生產(chǎn)自動化是提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量、降低成本、保障安全的重要手段。文章分析了推進(jìn)汽車整車廠生產(chǎn)自動化的意義，介紹了工業(yè)機器人、AGV、RFID、機器視覺檢測等技術(shù)，提出了汽車整車廠自動化升級措施，強調(diào)了實現(xiàn)生產(chǎn)自動化應(yīng)注意的事項。

［關(guān)鍵詞］生產(chǎn)自動化；汽車整車廠；工業(yè)機器人

［中圖分類號］U468.22 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0036–03

1 推進(jìn)汽車整車廠生產(chǎn)自動化的必要性

1.1 提升生產(chǎn)能力

汽車制造商提高自動化程度的最主要目的即提高產(chǎn)能。一方面，汽車廠商生產(chǎn)節(jié)奏快，需使用高效的機器人替代人工操作。另一方面，汽車制造商多種車型混線制造，施工難度極大，需采用高靈活性和高效率的自動控制裝置，以適應(yīng)生產(chǎn)的需要。

1.2 降低生產(chǎn)成本

汽車制造業(yè)屬于勞動密集型行業(yè)，勞動力價格上漲的同時，使得整個行業(yè)的生產(chǎn)成本受到制約。而如工業(yè)機器人之類的自動裝備，其產(chǎn)量在不斷提高，成本也在不斷下降。汽車制造企業(yè)可通過全自動化設(shè)備降低成本、提高生產(chǎn)效率。

1.3 提升生產(chǎn)品質(zhì)

引入高精密的自動化設(shè)備，可提高汽車的質(zhì)量。自動化在質(zhì)量上的提高體現(xiàn)在3 個層面：①消除了由于工人的非標(biāo)操作而引起的質(zhì)量不穩(wěn)定；②實現(xiàn)了手工操作無法實現(xiàn)的高質(zhì)量；③避免了因操作失誤或因操作不當(dāng)而導(dǎo)致的操作錯誤。

1.4 保證安全和健康

在汽車生產(chǎn)中，人機交叉作業(yè)，人車交叉作業(yè)，均有可能產(chǎn)生危險。且焊接裝配車間的灰塵以及油漆車間噴涂的有毒、危險材料等也會對人體產(chǎn)生危害，而在特種工作場所引進(jìn)自動控制裝置，可保障工作人員身體健康。

1.5 消除人為因素影響

自動化裝備能夠在工作效率和質(zhì)量上代替人為因素造成的不確定性。引入自動化可有效解決汽車行業(yè)工作時間長、工作強度高等問題，從而消除人為因素造成的影響。

2 汽車整車廠自動化設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用

整車廠一般包括沖壓車間、裝焊車間、涂裝車間和總裝車間，以及場內(nèi)零部件物流系統(tǒng)，應(yīng)用到的自動化設(shè)備和技術(shù)主要有4 種，即工業(yè)機器人、AGV（自動引導(dǎo)車）、RFID（射頻識別）和機器視覺檢測。

2.1 工業(yè)機器人

工業(yè)機器人是一類多功能、多自由度的機電一體化自動化設(shè)備和系統(tǒng)，可通過編程和自動控制實現(xiàn)特定加工任務(wù)。其與加工主機或生產(chǎn)線相連接，構(gòu)成獨立或多機床自動化體系，具有可編程、擬人、通用、機電一體化等特征。

在汽車制造中，工業(yè)機器人是使用最廣泛的自動裝置，通過機械臂或傳輸鏈實現(xiàn)汽車運輸，應(yīng)用于車身焊接、噴漆、裝焊等工作。未來，隨著機器人技術(shù)發(fā)展，總裝車間也將逐步引進(jìn)工業(yè)機器人，完成大量零部件組裝工作。

2.2 AGV

AGV 是一種自動引導(dǎo)式運載工具，搭載了自動引導(dǎo)設(shè)備，例如，電磁或光學(xué)設(shè)備，能夠沿著預(yù)定路線行進(jìn)。這些工具具備安全保障和多種移動能力，采用蓄電池驅(qū)動，配備非接觸式引導(dǎo)設(shè)備，實現(xiàn)了無人自動駕駛。AGV 技術(shù)的應(yīng)用能夠節(jié)省物流空間，降低工人勞動強度，減少運營費用。

在汽車工廠中，AGV 主要用于零件的裝卸操作。豐田和日產(chǎn)等企業(yè)已在生產(chǎn)車間應(yīng)用AGV，完成區(qū)域內(nèi)部零件運輸，減少人員事故，并與SPS（單工位到流水線的分配模式）相融合，為裝配車間提供多個零件的同時供貨。未來，AGV 拖拉機和叉車將在園區(qū)內(nèi)被廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)零部件裝卸、搬運、驗收、倉儲、上線等過程的自動控制。

2.3 RFID

RFID 是一種非接觸式自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，無須人工干預(yù)，可工作于惡劣環(huán)境。RFID 技術(shù)可應(yīng)用于汽車制造業(yè)的生產(chǎn)、物流、銷售等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)全過程信息化管理。在汽車制造中，RFID 主要用于生產(chǎn)線上的零部件跟蹤與管理。通過在零部件上粘貼RFID 標(biāo)簽，可實現(xiàn)對零部件全生命周期的跟蹤，包括生產(chǎn)、入庫、出庫、裝配等環(huán)節(jié)。這種跟蹤方式可提高生產(chǎn)效率，減少人工錯誤率，實現(xiàn)準(zhǔn)確庫存管理和及時補貨，避免生產(chǎn)線因缺料停工。

此外，RFID 還可應(yīng)用于整車質(zhì)量追溯。通過在整車上安裝RFID 標(biāo)簽，可記錄車輛生產(chǎn)過程信息，包括使用的零部件批次、操作人員、檢測數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)整車生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù)采集和管理。這種追溯機制能幫助企業(yè)快速定位質(zhì)量問題，實現(xiàn)召回和改進(jìn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和客戶滿意度。

2.4 機器視覺檢測

視覺檢測即利用攝像機完成圖像識別、測量和定位等操作，從而達(dá)到對物體進(jìn)行測量和識別的目的。機器視覺系統(tǒng)的特征在于改善了產(chǎn)品的靈活性與自動化水平。在某些不適宜手工操作的惡劣工作條件下，或者使用人眼無法達(dá)到的情況下，通常采用機器視覺代替人工視覺。此外，在大規(guī)模工業(yè)化制造中，傳統(tǒng)的手工檢驗方式存在著工作效率低下、準(zhǔn)確性差等問題，而采用機器視覺技術(shù)進(jìn)行檢驗，能大幅提升企業(yè)的生產(chǎn)率和自動化水平。機器視覺檢測示意如圖1 所示。

目前，汽車制造企業(yè)普遍使用的是汽車零部件的焊接質(zhì)量，而大眾汽車制造廠則采用了一種基于計算機視覺的汽車外觀測量方法，在生產(chǎn)過程中，該方法還可應(yīng)用于各生產(chǎn)現(xiàn)場的檢驗生產(chǎn)線上，真正達(dá)到質(zhì)量檢驗的自動化水平。

3 汽車整車廠自動化升級措施

3.1 替換高強度高危險工作

在“以人為本”理念下，將高強度高危險工作替換成自動化的工作，例如，焊裝車間的零件較重，且粉塵污染、強光污染、噪聲污染等會對工人身體造成直接傷害，所以，為減輕工人勞動強度，確保工人的身體健康與安全，可引入自動化裝置。

3.2 替換生產(chǎn)瓶頸或品質(zhì)要求高的工作

部分工作對工作人員要求較高，且受工作人員操作水平影響，極易發(fā)生處理錯誤。例如，在裝配車間，對發(fā)動機組件的裝配要求較高，而人工安裝通常會造成制造延誤和裝配質(zhì)量下降，從而對生產(chǎn)的效率和質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此，需引入自動化的安裝裝置。

3.3 替換人工介入程度低的工作

人工介入程度低的工作可由自動化裝置代替。例如，總裝配線上注水項目，當(dāng)注水作業(yè)啟動后，工作人員無事時，可使用自動化注水裝置進(jìn)行此項工作；在零件運輸區(qū)域，若員工只需開拖拉機，那么就可使用AGV 拖拉機進(jìn)行工作。

3.4 替換高人力投入的工作

可使用自動化裝置代替高人力投入的工作，例如，零部件安裝、叉車裝卸、零部件驗收、存儲、搬運、上線作業(yè)、檢驗汽車質(zhì)量等。這種操作可通過工業(yè)機器人、AGV 叉車、RFID、視覺識別等自動化裝置實現(xiàn)，這也是目前生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢。

4 實現(xiàn)生產(chǎn)自動化應(yīng)注意的事項

4.1 優(yōu)先重要環(huán)節(jié)

當(dāng)一條生產(chǎn)線中的某一環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)為全自動化后，通常這一環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率會顯著提升，這就可能會導(dǎo)致這一環(huán)節(jié)產(chǎn)能過剩，從而對整個企業(yè)的生產(chǎn)能力構(gòu)成影響。因此，在引入自動化設(shè)備時，須優(yōu)先選擇關(guān)鍵的環(huán)節(jié)進(jìn)行升級，從而以有效提升企業(yè)的生產(chǎn)能力和效率。

4.2 重視系統(tǒng)防護(hù)

高效的生產(chǎn)管理系統(tǒng)是企業(yè)自動化生產(chǎn)裝置的基礎(chǔ)，保障系統(tǒng)安全至關(guān)重要。因此需要制訂全面的安全保護(hù)措施，以應(yīng)對潛在的安全威脅。這些措施包括加強網(wǎng)絡(luò)安全措施、定期更新系統(tǒng)補丁、實施訪問控制和監(jiān)控等。

4.3 銜接智能制造

制造業(yè)正朝著智能制造方向發(fā)展，因此，在引入自動化裝置時，應(yīng)充分考慮未來科技發(fā)展趨勢，選擇合適的裝置。通過合理的技術(shù)選擇和戰(zhàn)略規(guī)劃，能夠確保企業(yè)在快速變化的市場環(huán)境中保持競爭力并實現(xiàn)持續(xù)增長。

5 結(jié)束語

在當(dāng)前汽車行業(yè)激烈的全方位競爭環(huán)境下，整車廠必須通過引進(jìn)自動化設(shè)備提升綜合競爭力。盡管目前整車廠的自動化程度還有待提高，但隨著技術(shù)進(jìn)步和成本下降，自動化設(shè)備的應(yīng)用范圍將不斷擴大。自動化設(shè)備不僅能夠提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低成本，保障員工安全和健康，消除人為因素影響，確保生產(chǎn)穩(wěn)定性和可控性，還是助力工廠邁進(jìn)工業(yè)4.0 時代的重要基礎(chǔ)。未來，越來越多的整車廠將加快推進(jìn)生產(chǎn)自動化進(jìn)程，自動化設(shè)備的廣泛應(yīng)用將推動汽車行業(yè)向更加智能化、高效化和可持續(xù)化的方向發(fā)展。

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