電氣自動化系統在汽車制造領域的應用研究

王建東

緯湃汽車電子(長春)有限公司 吉林省長春市 130000

1 引言

近年來，在社會經濟不斷發展的情況之下，汽車逐漸成為了人們生活中必不可少的代步工具，汽車行業也得到了進一步發展，為進一步提高汽車的智能化水平，滿足人們的各方面需求，電氣自動化系統逐漸在汽車制造領域得到了廣泛應用，隨著電氣自動化技術的不斷發展，該技術在汽車制造當中的應用也得到了進一步深化。

2 電氣自動化技術

電氣自動化技術實際上就是借助計算機實現對于整個系統或者相應設備運行狀態的監控，以此確保系統和設備能夠得以正常運行。隨著現代信息技術水平的不斷發展，當前電氣自動化技術已經實現了高度集成化和智能化，能夠結合相應計算機硬件系統，進行數據信息的分析、處理和整合，而且還可以實現信息的傳輸和共享，有助于進一步提升系統的智能化以及自動化水平。與此同時，電氣自動化系統具有一定的開放性，能夠通過相應界面，實現對于系統的設置、監控以及與外界的交互，使得相應設備更加開放可控，滿足產品的不同功能需求，而且在監控功能的支持下，能夠進一步保障數據信息傳輸的安全性以及準確性，形成良好的傳輸網絡系統，以此確保系統功能的更好實現。最后，電氣自動化技術和系統的科學應用，不僅能夠滿足用戶的多樣化需求，而且還能夠提高產品的質量和生產效率，當前電氣自動化技術已經得到了成熟發展，該系統在汽車制造領域當中的應用也已經探索出了新的方向，對于進一步促進我國汽車制造行業的發展和進步有著重要意義。

3 汽車制造領域當中電氣自動化系統的應用

3.1 集成系統

自動化系統在汽車制造領域應用的前期，由于技術水平相對較低，生產的汽車存在系統較為混亂的問題，一個系統當中存在多個電子產品，不僅系統的復雜性相對較高，而且在實際使用的過程中，一旦某一個電子產品出現問題，難以及時確定故障位置和相應原因，導致系統的維修較為困難。由于汽車本身功能的額要求，汽車系統當中的電子產品功能以及結構等都相對較為復雜，二期不同的產品之間的差別也相對較大，在此情況之下，汽車的系統操作缺乏一定的規范性和便利性，嚴重影響了汽車制造領域的進一步發展。隨著電氣自動化系統的不斷發展和進步，集成系統逐漸在汽車制造領域當中得到良好應用，不僅能夠將不同部分的獨立操作系統進行集成化管理和科學融合，有效提高了系統操作、管理以及監控和維修的便利性，同時還實現了多個系統功能一體化管理和操作，解決了傳統自動化系統在汽車制造領域當中應用的主要問題，不僅極大地提升了汽車的生產效率，同時還有效提高了汽車的性能，為用戶提供更好、更加優質的服務，滿足不同用戶對于汽車的多樣化需求。

3.2 機器人視覺系統

機器人視覺系統是當前電氣自動化技術，在汽車制造領域當中的新型應用，對于進一步提升汽車生產的質量、效率，優化調整汽車生產制造體系等方面都有著重要的作用和效果。機器人視覺系統在汽車制造過程中的主要應用表現在以下兩個方面：一方面，在實際進行汽車生產時，借助機器人視覺系統能夠實現對于汽車尺寸的高效測量和實時監控，取代了傳統人工測量方式，既能夠有效提高測量的效率，同時還能夠避免由于人工測量而產生的誤差問題，保障測量的準確性，進一步減少汽車生產過程中對于人力資源的需求，加強了成本的控制。另一方面，在進行汽車車身設計的過程中，機器人視覺系統還能夠從用戶的角度，對整體設計進行評估，并為后續車身的設計優化提供有效參考，有助于進一步提高汽車車身設計水平，滿足用戶對于車輛設計的美觀性以及實用性等方面的需求。機器人視覺系統的有效應用，進一步提高了汽車生產制造過程中的智能化水平，不僅實現了對于汽車制造成本的有效控制，還提高了汽車生產制造的質量和效率，對于汽車行業的發展有著積極作用。

3.3 PLC系統

當亨利福特在20世紀早期擴展大規模生產技術時，工廠自動化在汽車市場占據了一席之地他利用固定的裝配站，讓汽車在位置之間移動。員工只學習了幾項裝配任務，并在完成后連續數天執行這些任務。由于生產過程由數以千計的接線、繼電器、開關、定時器以及專用的閉環控制器控制，多年后，更換新車型變得極其昂貴和耗時，當變更一個全新模型時，需要技術人員對所有數千個繼電器進行機械重新接線，重新組裝。基于以上原因，PLC技術應運而生，PLC 可以包含用于單變量反饋模擬控制回路的邏輯、比例、積分、微分（PID）控制器。其功能可替代地使用分布式控制系統（DCS）。隨著 PLC 變得更加強大，DCS和PLC應用之間的界限變得模糊。

PLC系統是汽車制造領域當中的安全控制系統，主要用于對汽車安全性和穩定性的控制，安全性是汽車制造過程中的首要要求，因此PLC系統在汽車制造當中也有著十分重要的地位。通過在PLC系統當中引入電氣自動化技術，能夠進一步提升汽車的安全性能。該系統在汽車制造過程中的應用，主要是通過對各種惡劣環境、條件進行模擬，然后對汽車行駛過程中的潛在問題進行分析，并通過優化調整，進而達到提高汽車安全性的目的。PLC系統的常見應用方式，就是在汽車碰撞試驗當中的應用，借助該系統能夠對碰撞模擬試驗過程中，汽車的各方面性能，碰撞受力點，以及車內人員的受力情況等多個方面，進行綜合分析，并根據該分析結果，對汽車性能進行優化調整，以此提高汽車安全性。同時，PLC系統還能夠對不同環境進行模擬，并以此對系統的穩定性進行檢測和分析，進一步對汽車系統的性能進行優化。除此之外，PLC系統還被用來檢測汽車生產制造過程中所應用到的各種零部件，解決多種故障問題，確保零部件的質量，全面保障汽車生產制造的質量。

隨著技術的進步，PLC在汽車行業中大幅度提升了汽車制造的水準，自動化選項對于提高汽車業務的生產力是必要的，特別是在零部件制造方面。在汽車市場，當生產模式改變時，手工技術也必須改變。這涉及到只有訓練有素的工程師才能完成如此冗長乏味的工作。可編程邏輯控制器（PLC）為每個新生產模型創建了管理面板，現今每個企業的制造商都轉向這項技術來自動化一系列工業流程。

特別在我們高度依賴技術的社會中，可編程邏輯控制器（PLC）系統無處不在，包括我們的工廠、辦公樓，甚至控制我們街道上的交通。 PLC 是控制許多關鍵技術的核心，它們以無縫且無形的方式融入我們的日常生活。

3.4 MES系統

制造執行系統（MES）是一種信息系統，用于連接、監控控制工廠車間復雜的制造系統和數據流。MES的主要目標是確保有效執行制造操作并提高生產產量。MES 可以跨多個功能領域運作，例如：跨產品生命周期的產品定義管理、資源調度、訂單執行和調度、生產分析和停機時間管理，以實現整體設備效率（OEE）、產品質量或材料跟蹤等。換句話說，制造執行系統（MES）是一個生產實施系統。結合信息技術、軟件和自動化元素直接從工作站實時收集信息。一般來說，MES可以負責確保盡可能高的生產質量。

當代的產品，例如汽車或其他類型的車輛，由數百甚至數千個元件組成，這些元件由幾十甚至幾百個不同的制造商制造，通常會處于世界不同的國家。實際上，汽車行業就是一個由供應商、制造商和消費者組成的綜合鏈。汽車行業MES系統是針對于車間執行層的生產信息化管理系統，能夠為相關管理人員提供相應制造數據、生產調度和計劃、零部件庫存、質量以及人力等多個方面的管理服務，在汽車制造當中應用該系統，能夠進一步提升汽車制造的效率以及管理的規范性，對于保障汽車制造質量和生產秩序等方面有著積極作用。作為一種制造執行系統，MES也常被用在流水線生產當中，借助該系統通過簡單的操作就能夠實現對于生產設備的轉換和調整，同時還能夠對各生產環節的相關數據信息等進行監控，極大程度地提升了汽車生產的自動化以及智能化水平。MES系統的應用不僅提高了汽車生產的質量和效率，而且減少了對于人力資源的需求，提高了汽車零部件生產的合格率，避免了不必要的資源和成本浪費，而且還能夠有效對實際生產過程中出現的各種問題進行自動調整，是當前汽車生產過程中的必備系統。

另一方面，從2020年度開始，新型冠狀病毒（COVID-19）加劇了汽車制造商本已面臨的巨大壓力，要求其盡可能精簡運營。汽車制造設施非常獨特，可以預見，它們對新型冠狀病毒（COVID-19）的廣泛反應各不相同。例如福特汽車公司，有一些設施則轉向醫療保健設備。盡管存在差異，但制造商一致同意一件事：他們迫切需要盡可能精簡運營。由此制造執行系統（MES）投資便成為重要的運營節省和效率的來源。其通過與工業4.0原則相結合，基于深度智能系統達到全球生產運營可見性的精益制造。雖然新型冠狀病毒（COVID-19）造成了很大一部分緊迫性，但降低制造的總體成本并不是一個新的目標。為了支持這一目標，許多制造商已經實施了各種形式的制造執行系統 （MES）。

以下是汽車制造商可以從 MES 實施中獲取更大價值的四大方法：

（1）線路平衡：MES通常為生產的每個零件或裝配變體提供步驟時間和操作時間。分析后，這些歷史數據可以提供有關生產線平衡和瓶頸的重要信息。歷史數據，包括機器可用性和操作時間，可以創建工廠設置的數字孿生，并啟用模擬形態功能以確定最佳的產品品種組合。這種能力對于制造組織來說至關重要，可以向大規模個性化邁進，進而增加其產品的多樣性。

（2）排序和調度：雖然大多數組織使用某種形式的隱性方式進行調度和排序，但這可能不是理想的方法。此外，高度的產品擴散和大規模的個性化會使調度和排序變得非常復雜。典型的構建鏈是不同制造模型的混合，例如批量、單件流等，在汽車OEM中，裝飾和總裝是單件流程，而噴漆車間和白車身（BIW）被視為批量操作，MES數據分析可以通過模擬模型優化調度和排序，平衡批次和單件流之間的沖突目標與需求，最終組裝根據實際需求進行調整，而油漆和其他批處理過程則根據最終組裝計劃和順序進行優化，從而實現真正的基于需求的規劃。

（3）優化庫存：隨著個性化和產品變化的增加，原材料零件和外購材料的庫存通常會增加。根據零件和子組件的歷史消耗數據，MES可以通過提供實際日平均消耗量以及零件和子組件在配合點的可用性的輸入來實施基于拉動、需求驅動的庫存管理，將這些信息輸入到上游規劃和模擬工具中，可以幫助微調提前期、計算提前期、需求變化，以保持最佳庫存并確保零件和子組件的順暢流動。

（4）提高質量：MES可以捕獲零件和包裝中的缺陷，因為零件直接從認證供應商處到達裝配點。此外，MES可以捕獲制造裝配過程中的過程缺陷，例如扭矩不當、零件裝配錯誤和測試通過或失敗。了解了底層模式并解決這些核心問題可以顯著提高首次通過率，MES同時還可以提供驅動無故障的方法等。

雖然MES擁有諸多時效性性優勢，但由于其解決方案在傳統上專注于任務和運營的執行，因此只有少數制造商充分利用了其功能。隨著以更少的成本生產更多產品的新壓力，MES數據有可能實現關鍵的運營節省和效率，進而體現出更大的價值。

3.5 自動巡航系統

隨著當前電氣自動化技術的不斷精進，該系統的應用也得到了進一步深入，為保障汽車行駛過程中的安全性，基于電氣自動化技術的自動巡航系統也得到了積極開發和廣泛應用。自動巡航系統顧名思義，就是在用戶設置好相應車速等數據參數的情況之下，在該系統的控制下，汽車能夠進行自動駕駛，并根據對前后車之間的距離，智能進行車速的調整和控制，以此保障行駛安全。在該系統當中，最為主要的技術設備就是車距傳感器，通過傳感器能夠實時監測前后車輛之間的距離，以此控制和調整車速，該傳感器需要安裝在車的前后輪位置，以此確保車距檢測的準確性，為系統控制車速和車距提供可靠的參考依據。除此之外，該傳感器還能夠對車輛的行駛速度進行檢測，并將檢測到的數據信息上傳給控制中心，然后進行數據的處理和分析，最后由控制管理系統對汽車做出剎車、減速、加速等相關決策。該系統的應用，能夠有效應對駕駛員在疲勞的情況下，保障駕駛安全的問題，進一步提升汽車運行的可靠性和安全性。

3.6 人車溝通系統

人車溝通系統是當前汽車制造當中的重要智能化系統，通過人聲發出相應指令，能夠實現對于汽車的聲音控制，例如，播放音樂、撥打電話、打開收音機、進行導航等，極大地提升了駕駛人員操作的便利性，以及行駛過程的安全性。該系統功能主要是通過在汽車控制系統當中，融入交互式通信設備，以此為人車之間的語音溝通和控制提供橋梁，進一步滿足實際駕駛過程中各種功能、服務的需求。同時，在汽車駕駛的過程中，若出現駕駛員或者副駕駛人員未系安全帶的情況，系統還會發出相應警示，提醒乘客系好安全帶，保障行駛過程中的人員安全。除此之外，人車溝通系統還能夠在無鑰匙的情況下，自動開鎖，并進行駕駛，只要駕駛人員或者乘車人員攜帶相應通信器，并且確保通信器位于汽車一定范圍之內，就能夠通過相應指令，對汽車進行控制。而且在該系統的應用之下，還能夠提高鎖車的便利性，通過在車把手位置設置鎖車鍵，駕駛人員在攜帶相應通信器的情況之下，輕觸鎖車鍵，就能夠實現一鍵鎖車，極大地提升了汽車控制操作的便利性，而且還能夠避免傳統車鑰匙鎖車后出現鑰匙遺落在車門上的情況。

4 結語

綜上所述，電氣自動化系統在汽車制造領域當中的應用不僅能夠滿足多方面的產品需求，而且還能夠進一步提高汽車的質量和駕駛安全，當前該系統在汽車制造領域當中的應用已經十分廣泛，不僅包括集成系統、機器人視覺系統、PLC系統、MES系統等，還包括自動巡航系統和人車溝通系統等，極大地提升了汽車制造的智能化水平。相信隨著對電氣自動化系統的深入研究和應用探索，我國汽車制造水平將會得到進一步提升。