汽車制造安全技術(shù)中的自動(dòng)化及測(cè)量技術(shù)

孫虎

（河南省信陽(yáng)市浉河區(qū)紀(jì)委監(jiān)察委，河南 信陽(yáng) 464000）

由于中國(guó)巨大的汽車市場(chǎng)，各個(gè)國(guó)際汽車巨頭目前紛紛在中國(guó)各地投資建廠，汽車制造商為了擴(kuò)大品牌占有率和汽車銷售，會(huì)對(duì)原有廠房或生產(chǎn)線進(jìn)行擴(kuò)建或改造，同時(shí)，由于汽車廠商的建廠、改造，必然會(huì)帶動(dòng)相關(guān)零部件廠商間的競(jìng)爭(zhēng)，從而零部件廠商也會(huì)為了擴(kuò)大生產(chǎn)而采取相應(yīng)措施，因此，需要越來(lái)越先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)來(lái)擴(kuò)大自己的生產(chǎn)、增進(jìn)效率、降低成本，汽車自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展成為了業(yè)界矚目的焦點(diǎn)之一。

一、汽車制造自動(dòng)化現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)分析

應(yīng)高精度、高速度、多功能、在線檢測(cè)的需求，不斷取得新的發(fā)展與突破；同時(shí)，測(cè)量技術(shù)所覆蓋的工藝環(huán)節(jié)和工業(yè)領(lǐng)域，也越來(lái)越多樣化，系統(tǒng)的最新發(fā)展及方向。目前自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)，是控制器功能的集成化，以及通訊的集成化。長(zhǎng)久以來(lái)，由于技術(shù)的限制，在一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中需要使用多種，來(lái)自多個(gè)廠商的專一功能的控制設(shè)備，比如一般控制任務(wù)的PLC；安全控制用的PLC；運(yùn)動(dòng)控制用控制器；伺服控制用控制器；等等。相應(yīng)地在通訊上，有一般控制任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)總線；用于安全控制的安全總線；用于運(yùn)動(dòng)控制的通訊；等等。這樣集成得到的系統(tǒng)，復(fù)雜性高，無(wú)論系統(tǒng)集成商，還是設(shè)備使用維護(hù)方，除了掌握各種不同的技術(shù)外，還必須適應(yīng)不同廠商產(chǎn)品的不同設(shè)計(jì)習(xí)慣，不同的軟件編制風(fēng)格。還有，不同系統(tǒng)之間的接口和通訊進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。而且從一定程度上，降低了系統(tǒng)的性能。

現(xiàn)在，集成了上述幾個(gè)和全部控制功能的控制器越來(lái)越多。比如集成了一般控制功能和安全控制功能的PLC，集成了PLC功能和運(yùn)動(dòng)伺服控制功能的基于PC 的控制器，等等。同時(shí)在通訊領(lǐng)域也在發(fā)生重大變化，以太網(wǎng)借著在一般網(wǎng)絡(luò)上取得的巨大成功，已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域逐步深入，開(kāi)始牢牢確立自己的地位。集多種通訊功能于一身的以太網(wǎng)產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，隨著技術(shù)的逐漸成熟，產(chǎn)品的逐漸豐富，以太網(wǎng)技術(shù)是目前能夠看到的一統(tǒng)江湖的通訊網(wǎng)絡(luò)。

汽車行業(yè)有自己的特點(diǎn)，就是高可靠性，高利用率，設(shè)備的高壽命。這些特點(diǎn)，決定了在選用自動(dòng)化產(chǎn)品時(shí)，普遍比較謹(jǐn)慎，不敢為天下先，一般傾向選擇成熟的產(chǎn)品。因此這些新的技術(shù)何時(shí)能夠大規(guī)模進(jìn)入汽車行業(yè)，就要看它們何時(shí)能夠積累起足夠的市場(chǎng)認(rèn)可度。

二、機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器人技術(shù)在汽車制造行業(yè)的應(yīng)用

“機(jī)器視覺(jué)”的用途很多，隨著20世紀(jì)90年代以來(lái)光電、自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)已在包括汽車制造業(yè)在內(nèi)的很多工業(yè)部門得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。這些領(lǐng)域包括批量生產(chǎn)條件下的精密測(cè)量、工件表面缺陷檢測(cè)、生產(chǎn)線中對(duì)零件標(biāo)識(shí)和字符的自動(dòng)識(shí)別以及判斷裝配結(jié)果是否正確等，在一些用于汽車制造業(yè)的專用設(shè)備，如刀具預(yù)調(diào)測(cè)量?jī)x中，機(jī)器視覺(jué)也已替代了傳統(tǒng)的檢測(cè)方式。作為一種新穎而又實(shí)用的傳感技術(shù)，圖像檢測(cè)單元近年已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，一些知名的廠商，如日本的松下公司、德國(guó)的西門子公司等都推出了品種規(guī)格齊全的系列化產(chǎn)品，包括光源、攝像頭、處理器等，對(duì)圖像檢測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利的條件。與此同時(shí)，所頒布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不但規(guī)范了生產(chǎn)，而且為用戶在不同情形下選用合適的檢測(cè)單元，更快、更好地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

以汽車制造業(yè)為主的制造業(yè)發(fā)展促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。汽車制造業(yè)屬于技術(shù)、資金密集型產(chǎn)業(yè)，也是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最廣泛的行業(yè)。在我國(guó)，工業(yè)機(jī)器人的最初應(yīng)用是在汽車和工程機(jī)械行業(yè)，主要用于汽車及工程機(jī)械的噴涂及焊接。2000年開(kāi)始，受國(guó)家宏觀政策調(diào)控及居民消費(fèi)水平提高的影響，我國(guó)汽車工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)高速增長(zhǎng)期。面對(duì)這種局面，國(guó)際汽車巨頭紛紛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)并與我國(guó)企業(yè)合資設(shè)廠或擴(kuò)大原有生產(chǎn)規(guī)模，國(guó)內(nèi)企業(yè)也紛紛轉(zhuǎn)型或加大對(duì)汽車行業(yè)的投資，整個(gè)行業(yè)增產(chǎn)擴(kuò)能增加了對(duì)工業(yè)機(jī)器人需求。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，最近幾年國(guó)內(nèi)廠家所生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人有超過(guò)一半是提供給汽車行業(yè)的，海關(guān)進(jìn)出口增長(zhǎng)數(shù)據(jù)與汽車行業(yè)增長(zhǎng)數(shù)據(jù)具有較高的相關(guān)度。可知，汽車工業(yè)的發(fā)展是近幾年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人增長(zhǎng)的原動(dòng)力之一。

三、汽車制造安全技術(shù)或產(chǎn)品的應(yīng)用

汽車制造設(shè)備，尤其是沖壓設(shè)備，都是安全等級(jí)要求極高的設(shè)備，一直以來(lái)也是安全控制產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域，從很多安全產(chǎn)品和應(yīng)用中，都能明顯看到這一點(diǎn)。由于法律和文化等諸多方面的原因，歐洲的安全技術(shù)和產(chǎn)品一直處于領(lǐng)先，應(yīng)用也最為成熟和廣泛。

在我國(guó)，安全一直被放在很高的位置，但多數(shù)停留在“對(duì)人進(jìn)行安全教育”的層面，認(rèn)為安全事故的主因在人，把對(duì)技術(shù)措施的改進(jìn)放在第二位。但是國(guó)外，尤其是歐洲多年推行安全技術(shù)，事故率大大降低。這一事實(shí)說(shuō)明安全事故的預(yù)防也是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，技術(shù)性的措施比對(duì)人的教育更加重要。可喜的是，目前安全技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用日益廣泛。雖然我國(guó)強(qiáng)制性的推行國(guó)際安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但大多汽車制造廠對(duì)安全技術(shù)有比較嚴(yán)格的要求，帶動(dòng)了安全技術(shù)在國(guó)內(nèi)機(jī)器制造行業(yè)的應(yīng)用。而且，隨著美國(guó)和日本逐漸重視安全技術(shù)，使得美國(guó)和日本的電氣控制巨頭們也推出了諸多具有競(jìng)爭(zhēng)力的安全產(chǎn)品。

對(duì)安全技術(shù)的應(yīng)用有了更大的推動(dòng)作用。一般來(lái)說(shuō)，安全控制系統(tǒng)應(yīng)該包括安全輸入設(shè)備（如急停按鈕、安全門限位開(kāi)關(guān)或聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)、安全光柵或光幕、雙手控制按鈕），安全控制電氣元件（如安全繼電器、安全PLC 和安全總線）和安全輸出控制（如主回路中的接觸器、繼電器或閥等）。其中，安全PLC是在應(yīng)用中值得重點(diǎn)關(guān)注的產(chǎn)品。所謂安全PLC，就是專門為條件苛刻的任務(wù)或安全相關(guān)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的PLC，在其失效時(shí)不會(huì)對(duì)人員安全或過(guò)程安全帶來(lái)危險(xiǎn)。在一臺(tái)安全PLC根據(jù)要求達(dá)到了特定的可靠性/故障概率等級(jí)時(shí)，就意味著它具有廣泛的自診斷能力，可以監(jiān)測(cè)各個(gè)方面的硬件狀態(tài)、程序執(zhí)行狀態(tài)和操作系統(tǒng)狀態(tài)。此外，安全PLC 還必須能夠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)（例如TUV、FM等）認(rèn)證的必須的故障安全動(dòng)作，而這些故障安全動(dòng)作都是根據(jù)特定的原則設(shè)計(jì)，并滿足國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)（如IEC61508和EN954-1等）中定義的要求。另外，安全PLC 還可能包括警衛(wèi)保護(hù)預(yù)警和權(quán)限管理的內(nèi)容，用來(lái)保護(hù)安全PLC 不受來(lái)自外界的干擾。