關(guān)于我國(guó)汽車生產(chǎn)自動(dòng)化裝配技術(shù)發(fā)展的探討

李新 時(shí)鑫

摘要：隨著中國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車的生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大，自動(dòng)化技術(shù)與設(shè)備正在汽車制造行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用，許多國(guó)內(nèi)汽車制造企業(yè)紛紛在自己的生產(chǎn)線上使用了機(jī)器人、傳感、監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)。與人力資源相比，自動(dòng)化系統(tǒng)可以承受更高難度、高強(qiáng)度的勞動(dòng)，能夠執(zhí)行更高精確度的工作，在工作中更準(zhǔn)確、更安全。那么汽車生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展成為了世界矚目的焦點(diǎn)之一。

關(guān)鍵詞：汽車生產(chǎn);自動(dòng)化技術(shù);發(fā)展

自動(dòng)化是國(guó)內(nèi)汽車制造業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，面對(duì)這個(gè)情況，汽車行業(yè)應(yīng)該要形成完整的自動(dòng)化生產(chǎn)模式。自動(dòng)化生產(chǎn)是指生產(chǎn)過程中有機(jī)器人作業(yè)，每一個(gè)工序都有機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備完成。汽車的自動(dòng)化生產(chǎn)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，可以減少人工成本，提高汽車的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，在整個(gè)汽車行業(yè)發(fā)展的過程中，自動(dòng)化生產(chǎn)是有益無害的，可以說汽車制造業(yè)在今后將成為自動(dòng)化的主力市場(chǎng)之一，在汽車生產(chǎn)過程中，原來的準(zhǔn)備、車身焊接、裝配檢查無一不應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人、監(jiān)控系統(tǒng)等自動(dòng)化技術(shù)與設(shè)備。

一、回顧我國(guó)汽車生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程

技術(shù)的價(jià)值是需要在行業(yè)中應(yīng)用才能體現(xiàn)出來。自動(dòng)技術(shù)在汽車行業(yè)應(yīng)用的演變也是自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的縮影，回顧自動(dòng)化技術(shù)在汽車行業(yè)的發(fā)展，對(duì)把脈未來汽車行業(yè)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的需求有著積極的作用。40到60年代初，市場(chǎng)需求動(dòng)力主要表現(xiàn)在提高資源有效利用，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量及適應(yīng)批量生產(chǎn)的需求。該階段表現(xiàn)為單機(jī)自動(dòng)化階段，主要特點(diǎn)體現(xiàn)在各種單機(jī)自動(dòng)化加工設(shè)備的出現(xiàn)，并不斷擴(kuò)大應(yīng)用向著工業(yè)自動(dòng)化縱深方向發(fā)展。從60年代到70年代初，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，要求產(chǎn)品更新，產(chǎn)品質(zhì)量高，同時(shí)適應(yīng)大中批量生產(chǎn)需要和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。在這階段自動(dòng)化進(jìn)入了以生產(chǎn)線為標(biāo)志的時(shí)期，在單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，各種組合機(jī)床、組合生產(chǎn)線出現(xiàn)，軟件數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)并用于機(jī)床行業(yè)。我國(guó)汽車行業(yè)基本以繼電器控制技術(shù)為主，生產(chǎn)主要應(yīng)用組合機(jī)。

由于市場(chǎng)環(huán)境的變化，多品種、中小批量生產(chǎn)中普遍性問題愈發(fā)嚴(yán)重，要求自動(dòng)化技術(shù)向其廣度和深度發(fā)展，進(jìn)而表現(xiàn)出各相關(guān)技術(shù)融合的趨勢(shì)，并發(fā)揮其整體的最佳效能。因此在70到80年代初期，順序邏輯受到了追捧，通過應(yīng)用順序邏輯改造部分控制系統(tǒng)老舊和邏輯比較復(fù)雜的設(shè)備。這一時(shí)期半導(dǎo)體技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用逐漸形成熱潮。這一時(shí)期，隨著總線高調(diào)進(jìn)入市場(chǎng)的同時(shí)，PLC、變頻器、位置控制及A/D技術(shù)被引進(jìn)到汽車行業(yè)。80年代中期，我國(guó)汽車行業(yè)逐漸引進(jìn)了數(shù)控技術(shù)，數(shù)顯、數(shù)控、機(jī)器人及加工中心代表了數(shù)控技術(shù)的自動(dòng)化發(fā)展水平。發(fā)那科、西門子系統(tǒng)在我國(guó)汽車行業(yè)占據(jù)了較大的市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)用戶通過不斷引進(jìn)和改造大批數(shù)控設(shè)備、加工中心，至今在汽車行業(yè)的部門發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)以加工中心為主題設(shè)備，形成加工中心柔性生產(chǎn)線，為汽車產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代奠定了設(shè)備技術(shù)基礎(chǔ)。作為數(shù)控技術(shù)的延伸，機(jī)器人技術(shù)也越來越多的被應(yīng)用到整車制造中。這時(shí)期的機(jī)器人被應(yīng)用在汽車行業(yè)的車身焊接、涂膠、噴漆、搬運(yùn)等領(lǐng)域中。從上世紀(jì)90年代后期開始，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，汽車行業(yè)逐步興起應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)。

二、汽車生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的最新發(fā)展及方向

汽車生產(chǎn)自動(dòng)化現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)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。目前自動(dòng)化技術(shù)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，由于技術(shù)的限制，在一個(gè)自動(dòng)化技術(shù)中需要使用多種，來自多個(gè)廠商的專一功能的控制設(shè)備。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。這樣集成得到的系統(tǒng)，復(fù)雜性高，無論系統(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)自動(dòng)化技術(shù)的快速應(yīng)用和發(fā)展來源于以下動(dòng)力：

1.勞動(dòng)生產(chǎn)率的要求。越來越高的勞動(dòng)生產(chǎn)率要求，減少的人需要用自動(dòng)化設(shè)備替代。

2.汽車控制自動(dòng)化。汽車產(chǎn)品技術(shù)的日新月異，越來越朝智能化、舒適化發(fā)展，這就要求制造和測(cè)試汽車的設(shè)備也更加智能化和自動(dòng)化。

3.品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提升。汽車行業(yè)對(duì)汽車品質(zhì)的安全性、制造質(zhì)量、環(huán)境要求越來越高，也催生了設(shè)備自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)和制造技術(shù)的提升。

4.成本需求。由于汽車產(chǎn)能的快速發(fā)展，逐步使市場(chǎng)出現(xiàn)過剩。因此，要提升競(jìng)爭(zhēng)力，必須盡量降低成本。而降低成本的重要途徑之一，就是提升制造效率，攤薄制造成本。這也拉動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展。

三、汽車自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展階段特征

隨著生產(chǎn)需求及環(huán)境的變化，自動(dòng)化技術(shù)也在不斷的發(fā)展與完善。反過來，自動(dòng)化技術(shù)的每一次前進(jìn)推動(dòng)著生產(chǎn)應(yīng)用的變革。在建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的今天，生產(chǎn)方式正在悄然的發(fā)展改變，用戶對(duì)于自動(dòng)化的需求已經(jīng)從單一產(chǎn)品提供形式向著整體解決方案的方式轉(zhuǎn)變。從節(jié)能、環(huán)保、信息化、物聯(lián)網(wǎng)到生產(chǎn)保障、生產(chǎn)安全，乃至整個(gè)制造業(yè)升級(jí)，其需求本質(zhì)都是解決方案式的服務(wù)，這也成為當(dāng)前自動(dòng)化市場(chǎng)發(fā)展的主要特征。

用戶對(duì)解決方案式服務(wù)的需求代表著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)將進(jìn)入整體工廠階段，這個(gè)階段代表著目前設(shè)備技術(shù)的最高水平。以汽車行業(yè)為例，該階段要求自動(dòng)化技術(shù)能力應(yīng)該滿足：

（1）具備高產(chǎn)能的特點(diǎn);

（2）工廠工藝總體設(shè)計(jì)，各工序全面兼顧，實(shí)現(xiàn)工序之間的內(nèi)在無縫銜接，大幅度的提升制造質(zhì)量;

（3）柔性化生產(chǎn)線，縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代改造的周期;

（4）信息技術(shù)成為設(shè)備技術(shù)的基礎(chǔ)載體，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)傳遞，通過中央控制室監(jiān)視、控制、追溯及管理;

（5）應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使車型混流生產(chǎn)做到井然有序;

（6）精益生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)組織、物流配送等以最經(jīng)濟(jì)的方式完成生產(chǎn)全過程。

整體工廠解決方案的發(fā)展需求與我國(guó)“自動(dòng)化與信息化”融合的發(fā)展趨勢(shì)相匹配。目前，主流自動(dòng)化企業(yè)在提供整體解決方案上搶先一步。西門子早在幾年前推出了全集成自動(dòng)化軟件TIA，是業(yè)內(nèi)首個(gè)采用統(tǒng)一的工程組態(tài)軟件和軟件項(xiàng)目環(huán)境的自動(dòng)化軟件，借助該全新的工程技術(shù)軟件平臺(tái)，用戶可以快速直觀的開發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化系統(tǒng)。TIA博途采用新型、統(tǒng)一軟件框架，用戶可在同一開發(fā)環(huán)境中組態(tài)西門子所有的可編程控制器、人機(jī)界面和驅(qū)動(dòng)裝置。在控制器、驅(qū)動(dòng)裝置和人機(jī)界面之間建立通信時(shí)的共享任務(wù)，可大大降低連接和組態(tài)成本。

有專家說，在整體解決方案能力上外資品牌處于領(lǐng)先的地位，隨著國(guó)內(nèi)廠商技術(shù)水平的不斷提升，也涌現(xiàn)了優(yōu)秀的解決方案提供者。因此，對(duì)用戶而言，在能夠滿足應(yīng)用的條件下，國(guó)內(nèi)廠商在成本上的優(yōu)勢(shì)往往是吸引用戶的關(guān)鍵。

四、電氣自動(dòng)化在汽車性能設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

近些年，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)取得了很大的發(fā)展，但是伴隨著汽車數(shù)量的增加與路況復(fù)雜程度的不斷提高，駕駛的難度也越來越高，并且開始逐漸融入人類的能力范疇。當(dāng)前，汽車駕駛自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)主要借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)及控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在，汽車的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)進(jìn)入了白熱化的狀態(tài)，汽車生產(chǎn)廠家都下大力氣在汽車性能的提升上，其中自動(dòng)化就是它發(fā)展的一個(gè)重要方向。駕駛者可以在計(jì)算機(jī)的協(xié)助下將駕駛工作逐漸轉(zhuǎn)移到用自動(dòng)化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，通過廠商的大力發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在提升道路利用率，降低車輛的制造成本及燃油消耗方面都取得了進(jìn)展與突破，收獲了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

五、汽車生產(chǎn)安全技術(shù)

隨著汽車的速度越來越快以及道路越來越擁擠，駕駛的安全性已經(jīng)成為汽車廠商首要考慮的問題。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)說明安全事故的預(yù)防也是一個(gè)技術(shù)問題，技術(shù)性的措施比對(duì)人的教育更加重要?？上驳氖牵壳鞍踩夹g(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。一般來說，安全控制系統(tǒng)應(yīng)該包括安全輸入設(shè)備，安全控制電氣元件。其中，安全P L C 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)人員安全或過程安全帶來危險(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)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)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，用來保護(hù)安全PLC 不受來自外界的干擾。同時(shí)，都試圖將安全PLC 與其他機(jī)械安全產(chǎn)品一起構(gòu)成完整的機(jī)械安全解決方案。

六、總結(jié)

汽車制造企業(yè)紛紛在自己的生產(chǎn)線上使用了機(jī)器人、傳感、監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)，與人力資源相比，自動(dòng)化系統(tǒng)可以承受更高難度、高強(qiáng)度的勞動(dòng)，能夠執(zhí)行更高精確度的工作，本文主要討論了我國(guó)汽車生產(chǎn)自動(dòng)化裝配技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，主要從發(fā)展背景及歷程、未來的發(fā)展方向及應(yīng)用、電氣自動(dòng)化以及安全技術(shù)等方面進(jìn)行了研究分析，最后得出自動(dòng)化系統(tǒng)在工作中更準(zhǔn)確、更安全，未來汽車生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展成為了世界矚目的焦點(diǎn)之一。

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（作者單位：北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司）