數(shù)字化在汽車涂裝生產(chǎn)線的應(yīng)用與發(fā)展

李國濤

安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 安徽省合肥市 230000

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在汽車涂裝生產(chǎn)線上應(yīng)用數(shù)字化以及智能化技術(shù)，為提升生產(chǎn)水平奠定基礎(chǔ)，汽車涂裝車間也是一個(gè)集多種物理、化學(xué)加工為一體的特殊車間，且工序之間有較大的差異性，像汽車底漆線的職能翻轉(zhuǎn)輸送系統(tǒng)以及自動檢測、標(biāo)記技術(shù)，新的技術(shù)對汽車涂裝生產(chǎn)線的布局、規(guī)劃設(shè)計(jì)都有一定的積極作用，注重發(fā)展技術(shù)，推動汽車行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

2 汽車涂裝生產(chǎn)線

第一，汽車涂裝材料，目前我國在汽車生產(chǎn)方面有很大的進(jìn)步，并且在制造汽車環(huán)節(jié)，汽車涂裝環(huán)節(jié)需要大量的時(shí)間且工作流程最為復(fù)雜，同時(shí)汽車涂裝期間會影響周邊的環(huán)境。因此汽車涂裝材料盡量選擇危害小、質(zhì)量達(dá)標(biāo)的材料。在國外一些公司騰空自己的生產(chǎn)車間，結(jié)合汽車公司制造的計(jì)劃，請涂裝材料公司建設(shè)投資。選擇這樣的方式，汽車公司只需要驗(yàn)收結(jié)果即可。雖然在汽車涂裝材料的質(zhì)量上，我國已經(jīng)有幾個(gè)規(guī)模比較大的汽車企業(yè)可以與國際水平相媲美，但是整體上還有很長的路要走。比如說車身涂裝工藝，處理底漆方面，圖底漆陰極電泳裝實(shí)現(xiàn)自動化，實(shí)現(xiàn)汽車涂裝的自動化。

第二，汽車涂裝工藝特點(diǎn)，在汽車制造過程中，汽車涂裝生產(chǎn)線是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，且對建設(shè)環(huán)境有較高的要求且需要大量的機(jī)械設(shè)備、投入資金的數(shù)量較大等。將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于汽車涂裝生產(chǎn)線，可以高效完成涂裝工作，甚至實(shí)現(xiàn)待涂裝零件的動態(tài)傳遞，還有柔性分辨不同車型的技術(shù)，采用自動化涂裝機(jī)械以及自動運(yùn)輸生產(chǎn)線可以完成大于百分之九十五的涂裝工藝。由此可見，對涂裝生產(chǎn)線的布局需要對線上以及線下多個(gè)工序的協(xié)調(diào)性有充分的考慮，保證涂裝過程是暢通的，涂裝生產(chǎn)線的工作流程為：對汽車的前期處理、電泳、電泳烘爐、打磨、噴涂車身底部、密封配件、中途、烘爐、濕打磨技術(shù)、汽車面漆、對面漆的烘爐處理、修飾、檢驗(yàn)質(zhì)量、處理環(huán)水、處理廢水、純水系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等等有關(guān)的工藝。為了將生產(chǎn)線上的多位置機(jī)械設(shè)備都應(yīng)用于生產(chǎn)線上，需要確保涂裝過程中每個(gè)環(huán)節(jié)的流暢，而現(xiàn)代化的涂裝生產(chǎn)線基本上應(yīng)用的都是立體輸送的結(jié)構(gòu)，充分應(yīng)用計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行綜合控制以及PLC控制器監(jiān)控每個(gè)流程的正常工作，時(shí)刻監(jiān)控以及銜接上下環(huán)節(jié)的工序。涂裝生產(chǎn)線就是應(yīng)用并行涂裝以及智能輸送、然后集中控制的工藝，也就是說經(jīng)過主控器系統(tǒng)下發(fā)單列控制的命令，然后同時(shí)控制不同環(huán)節(jié)工序，輸送零件以及供給應(yīng)用柔性控制的方式，可以自動化適應(yīng)前期工序的操作時(shí)間，有效提升作業(yè)的效率。布置科學(xué)的生產(chǎn)線可以降低對工作人員的投入資金，減小工作人員的工作壓力，保證資源應(yīng)用的最大化。涂裝車間需要耗費(fèi)大量的精力以及資金，因此在汽車企業(yè)建造涂裝資金的時(shí)候，在考慮一次性投資的同時(shí)還要對建成以后的運(yùn)行效率有綜合性的考慮。

3 傳統(tǒng)汽車涂裝生產(chǎn)線存在的問題

3.1 不能實(shí)時(shí)配送線旁物料

涂裝工藝期間，需要按照產(chǎn)品的BOM配送對應(yīng)的物料在裝配線上，需要實(shí)時(shí)線旁物料配送以及在制品可視化管理協(xié)作發(fā)展，這樣才可以達(dá)到企業(yè)的裝配生產(chǎn)準(zhǔn)時(shí)化要求。很多汽車制造企業(yè)會按照安排的裝配計(jì)劃任務(wù)提前將需要的物料培東在裝配線旁邊，但是為了保證物料的充足性，選擇提前準(zhǔn)備，物料應(yīng)用這樣的配送方式不管在線旁還是物流倉庫都會擠壓起來，這樣會影響企業(yè)資金的流動性，影響車間現(xiàn)場管理。

3.2 不能實(shí)時(shí)采集車間信息

車間生產(chǎn)的底線就是實(shí)時(shí)性，假如缺乏實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)，就不能保證生產(chǎn)、管理的有效性。之所以車間內(nèi)底層的監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，是因?yàn)樗菍?shí)施數(shù)據(jù)分析處理以及實(shí)時(shí)異常處理的參考。但是實(shí)時(shí)分析車間或者企業(yè)層計(jì)劃系統(tǒng)實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化以及完善實(shí)施采集企業(yè)編制的計(jì)劃、企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)分配、分析產(chǎn)能、分析質(zhì)量、分析資源瓶頸、統(tǒng)計(jì)庫存數(shù)量等，還能保證生產(chǎn)線的穩(wěn)定性。

3.3 不能實(shí)時(shí)跟蹤車身信息

通過實(shí)時(shí)跟蹤車身信息以及管理車身信息可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)化追蹤產(chǎn)品生產(chǎn)過程，可以實(shí)時(shí)獲取產(chǎn)生加工的位置、產(chǎn)品的狀態(tài)、產(chǎn)品的數(shù)量、產(chǎn)品的質(zhì)量等，還可以掌握生產(chǎn)的流程以及速度，控制物料的質(zhì)量，然后將現(xiàn)場實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)以及監(jiān)控結(jié)果傳入在企業(yè)數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)中，集成企業(yè)生成以及底層的信息。

3.4 不能提升產(chǎn)品可視化管理程度

保證生產(chǎn)的前提就是車間底層生產(chǎn)信息監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)化以及智能化，但是可視化的特征會使企業(yè)在車間生產(chǎn)的表現(xiàn)上更具優(yōu)勢，因?yàn)榭梢暬梢詣討B(tài)模擬車間的生產(chǎn)運(yùn)行流程，用直觀的方式監(jiān)控車間的生產(chǎn)過程，還有可視化的物流、制品管理可以使企業(yè)生產(chǎn)以及管理變得更為簡單化，減輕工作人員壓力以及工作量，簡化管理車間內(nèi)部設(shè)備以及操作控制的維護(hù)。然而當(dāng)前我國汽車制造業(yè)的可視化管理程度還有待提升。

4 數(shù)字化在汽車涂裝生產(chǎn)線的應(yīng)用

4.1 提升汽車涂裝生產(chǎn)線的管理水平

首先汽車涂裝生產(chǎn)線質(zhì)量ANDON系統(tǒng)，在汽車涂裝生產(chǎn)線上應(yīng)用ANDON系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可視化生產(chǎn)信息，這樣可以提示工作人員請求幫助以及提示設(shè)備出現(xiàn)故障的信息，輔助檢修人員檢修設(shè)備，工作人員還可以看到目前生產(chǎn)的信息資料，比如說企業(yè)生產(chǎn)的計(jì)劃、車數(shù)等。這個(gè)生產(chǎn)線操作是經(jīng)過工位拉繩激活A(yù)NDON系統(tǒng)的指示燈以及音樂通知領(lǐng)導(dǎo)，然后領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)響應(yīng)。技術(shù)人員分析呼叫次數(shù)以及停線的時(shí)間，找到存在的問題。其次是設(shè)計(jì)ANDON系統(tǒng)，該系統(tǒng)就是為工作人員提供呼叫幫助設(shè)計(jì)的，生產(chǎn)線操作人員在每個(gè)工作崗位的兩側(cè)安裝拉線開關(guān)，該系統(tǒng)還可以提供到位停線以及緊急停線的功能。傳遞以及處理生產(chǎn)信息，通過生產(chǎn)車間LED屏幕將當(dāng)前停線的位置顯示出來，提醒工作人員作出反應(yīng)，盡量減少停線的時(shí)間，提升工作效率。選擇聲音作為報(bào)警的聲音，有關(guān)人員可以及時(shí)收到信息，作出回應(yīng)。還有具備監(jiān)控功能，該系統(tǒng)管理服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集控制系統(tǒng)的PLC數(shù)據(jù)資料，將其記錄在數(shù)據(jù)庫中。通過分析這些獲取的數(shù)據(jù)就可以將車間生產(chǎn)線的運(yùn)行情況、停線情況、臨時(shí)停線情況顯示出來。如果工位缺乏生產(chǎn)物料，工作人員按下物料按鈕，這樣設(shè)置在物流區(qū)的顯示屏將缺乏物料以及工位的位置顯示出來，用語音做提示，工人員工補(bǔ)充物料。ANDON系統(tǒng)會自動記錄且分析工位的停線次數(shù)，分析停線的時(shí)間以及停線的原因，將其保存于數(shù)據(jù)庫中，為統(tǒng)計(jì)以及查詢做依據(jù)。還有報(bào)表可以保存各種參數(shù)，監(jiān)控的數(shù)據(jù)，提供用戶參數(shù)設(shè)置報(bào)表以及監(jiān)控報(bào)表。最后設(shè)計(jì)ANDON系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用Windows SERVER系統(tǒng)控制軟件，以及LED屏幕的內(nèi)容。借助以太網(wǎng)與涂裝車間工廠內(nèi)網(wǎng)相連接，現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的管理功能。歷史數(shù)據(jù)儲存服務(wù)器，應(yīng)用Windows SERVER系統(tǒng)于SQL數(shù)據(jù)庫相連接，借助服務(wù)器中的數(shù)據(jù)給車間中計(jì)算機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)查詢服務(wù)，備份ANDON系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)。顯示板，顯示屏可以將車間呼叫信息、目標(biāo)產(chǎn)量、質(zhì)量信息、實(shí)時(shí)數(shù)量、生產(chǎn)合格率、工作人員工作數(shù)量等各種信息都顯示出來。拉線開關(guān)以及防爆開關(guān)，處于非防爆區(qū)域的質(zhì)量呼叫選擇應(yīng)用拉線開關(guān)或者是按鈕式，處于防爆區(qū)域則應(yīng)用防爆按鈕。PLC，在ANDON系統(tǒng)中就包含著PLC控制系統(tǒng)，含有總線通信模塊，經(jīng)過現(xiàn)場采集信號，然后配置以太網(wǎng)通信模塊。在控制室內(nèi)設(shè)置ANDON顯示控制計(jì)算機(jī)以及管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫等。基于ANDON數(shù)據(jù)服務(wù)器上開發(fā)網(wǎng)頁式的歷史記錄查詢?yōu)g覽應(yīng)用程序，給車間辦公室的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)查詢功能。最后一個(gè)就是多媒體音樂發(fā)生器，因?yàn)槊繅KANDON顯示屏都設(shè)計(jì)有專屬的音樂發(fā)生器，用戶可以根據(jù)自己的喜好設(shè)置音樂類型，聲音的選擇可觸發(fā)都是經(jīng)過ANDON現(xiàn)實(shí)控制計(jì)算機(jī)完成控制，隨后客戶經(jīng)過ANDON控制計(jì)算機(jī)的音樂類型。

4.2 提升汽車涂裝生產(chǎn)線的自動化水平

第一，設(shè)計(jì)涂裝自動化輸送控制系統(tǒng)，在工作中應(yīng)用傳統(tǒng)電氣集中控制系統(tǒng)，但是會存在一些缺陷，比如說配電盤柜數(shù)量比較多、作業(yè)相對復(fù)雜、不便于維護(hù)保養(yǎng)等。將PLC作為控制中心，采用現(xiàn)場總線模塊以及動力控制器件分別控制成排的電控柜以及密布的信號電纜，然后采用以太網(wǎng)廠級管理，對監(jiān)控、數(shù)據(jù)、底層控制、中間控制、車間數(shù)據(jù)都做到實(shí)施監(jiān)管。由工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場總線、PLC控制系統(tǒng)組成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，在PLC控制系統(tǒng)中，就是采用西門子以及三菱品牌PLC、AB自主設(shè)計(jì)控制計(jì)劃。因?yàn)楣I(yè)以太網(wǎng)也被稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的局域網(wǎng)，是一種工業(yè)單元網(wǎng)絡(luò)，可以與自動化系統(tǒng)相連接，給計(jì)算機(jī)以及工作室提供通訊；工業(yè)現(xiàn)場總線就是PLC控制系統(tǒng)與現(xiàn)場裝置的雙向數(shù)字通訊，在現(xiàn)場總線應(yīng)用分布式I/O網(wǎng)絡(luò)，有針對性作用，可以針對性控制驅(qū)動器、執(zhí)行器、傳感器等主站，把控制系統(tǒng)集成在高端監(jiān)控控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測，盡量減少出現(xiàn)故障的概率，提升機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的效率。第二，應(yīng)用自動化輸送控制系統(tǒng)，帶式滾床、移行機(jī)、工藝皮帶、旋轉(zhuǎn)機(jī)、烘干雙鏈都屬于涂裝生產(chǎn)線最常用的滑撬輸送機(jī)，還有在汽車涂裝車間完成作業(yè)的一系列工藝要求，同時(shí)按照生產(chǎn)的需要根據(jù)生產(chǎn)的速度供應(yīng)，最后把檢驗(yàn)合格的車身松在總裝車間的輸送線。汽車生產(chǎn)制造過程就是應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動化管理生產(chǎn)過程，實(shí)施監(jiān)管運(yùn)行狀態(tài)。比如說：升降機(jī)包含著升降裝備、升降架定位器、滾床，其中升降機(jī)驅(qū)動裝備應(yīng)用帶制動電機(jī)設(shè)備，盡量應(yīng)用變頻控制的裝備，因?yàn)樽冾l設(shè)備可以控制速度閉環(huán)的矢量，保證升降設(shè)備可以穩(wěn)定運(yùn)行，還有應(yīng)用編碼器監(jiān)測升降期間的故障，一旦監(jiān)測到故障就停止作業(yè)，將故障信息上報(bào)到上級領(lǐng)導(dǎo)，在處理之后再正常作業(yè)。應(yīng)用光電傳感器以及接近傳感器等，監(jiān)測升降機(jī)斷帶以及升降機(jī)限位故障，升降機(jī)應(yīng)用的就是驅(qū)動變頻器以及傳感器與現(xiàn)場分布式工業(yè)現(xiàn)場聯(lián)動，然后經(jīng)過PLC用戶的程序，保護(hù)升降機(jī)運(yùn)行。PLC與工業(yè)以太網(wǎng)連接，然后將升降機(jī)運(yùn)行以及故障信息發(fā)送到中央監(jiān)控系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程以及自動控制升降機(jī)。

4.3 提升汽車涂裝生產(chǎn)線的柔性化水平

首先是車體自動識別系統(tǒng)，系統(tǒng)通過安裝滑撬或者是設(shè)上的識別標(biāo)簽、固定車間關(guān)鍵位置讀寫站，識別以及跟蹤車體產(chǎn)品。其應(yīng)用的是鋼條碼以及射頻識別標(biāo)簽、條形碼，先說鋼條碼，鋼條碼可以在高溫環(huán)境中持續(xù)工作，因?yàn)閯倵l碼識別應(yīng)用時(shí)間長且相對穩(wěn)定，特別是在汽車涂裝車間這種局部高溫且潮濕的環(huán)境中，但是鋼條碼識別不能儲存數(shù)據(jù)，還需要將車身?xiàng)l碼以及路由等信息儲存在數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過檢索數(shù)據(jù)庫查詢產(chǎn)品信息，所以會嚴(yán)格要求工業(yè)以太網(wǎng)的穩(wěn)定性以及變成的嚴(yán)謹(jǐn)性。接下來就是射頻識別標(biāo)簽技術(shù)，應(yīng)用電磁感應(yīng)方式讀寫數(shù)據(jù)，然后識別標(biāo)簽以后進(jìn)入讀取裝備發(fā)出的磁場以后，再次接受射頻信號，通過感應(yīng)電流獲得能量然后將產(chǎn)品信息傳遞出去，或者將標(biāo)簽主動發(fā)送某個(gè)頻率的信號，隨后通過讀取以及解碼信息之后，就會取得識別標(biāo)簽里的信息。條形碼就是寬度不等的多個(gè)黑條以及空白根據(jù)一定的編碼規(guī)則進(jìn)行排序，因?yàn)榘咨矬w可以反射各種波長的可見光；至于黑色物體就可以吸收各種波長的可見光，在條形碼掃描器發(fā)出的光經(jīng)過條形碼反射之后，這樣反射光照射在條形碼掃描器內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換器上，這樣光電轉(zhuǎn)換器按照不同的反射光信號，再次轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電信號，經(jīng)過芯片處理數(shù)據(jù)。其次是設(shè)計(jì)條碼自動識別系統(tǒng)功能，在汽車涂裝生產(chǎn)線最重要的位置設(shè)置一個(gè)讀寫站，讀取車輛信息，再經(jīng)過車體信息數(shù)據(jù)庫、上位軟件建立車體監(jiān)控系統(tǒng)，對場內(nèi)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果出現(xiàn)問題可以及時(shí)快速查詢到車輛的信息，尤其是特殊訂單的信息，工作人員可以隨時(shí)了解車間的生產(chǎn)信息，參考實(shí)際情況作出調(diào)整。錄入質(zhì)量信息以及查詢功能，為質(zhì)檢工位提供移動終端輸入返修原因以及VIN碼，信息會自動存入數(shù)據(jù)庫便于生成報(bào)表，分析報(bào)表更容易查詢車間內(nèi)的產(chǎn)品的質(zhì)量信息。為質(zhì)量管理人員提供分析問題便捷的同時(shí)更新有關(guān)的工藝技術(shù)，使上階段的工作人員快速明確產(chǎn)品返修的原因，為車輛終身質(zhì)量跟蹤提供數(shù)據(jù)信息。

5 結(jié)語

綜上所述，處于汽車行業(yè)激烈競爭的環(huán)境下，企業(yè)為了在市場上穩(wěn)定發(fā)展，不能將目光致力于自身優(yōu)化方面，更需要找到合適的方式適當(dāng)降低資金的投入，實(shí)際應(yīng)用優(yōu)化后系統(tǒng)的時(shí)候生產(chǎn)需要更理想的柔性，降低資源以及能源方面的消耗，將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于汽車涂裝生產(chǎn)線可以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，最大化減少設(shè)備出現(xiàn)故障以及保護(hù)環(huán)境，保證產(chǎn)品的整體質(zhì)量。