汽車生產線自動化改造分析

摘要：汽車行業的迅速發展對汽車生產線的智能化、自動化提出了更高的要求。一些企業的生產線落后，無法滿足新品類的生產要求，影響了企業的綜合效益，對此需根據企業的發展需求對汽車生產線進行自動化改造。以Y企業為例，分析了Y企業生產線現狀的現狀，并從焊裝生產線、沖壓生產線、自動調度系統幾個方面總結了汽車生產線自動化改造的具體措施。

關鍵詞：汽車生產線；自動化改造；分析

中圖分類號：U472.7 收稿日期：2023-09-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.11.020

1 前言

隨著汽車生產規模的日益擴大，人們對于汽車的生產效率也提出了更高的要求。為了提高生產質量，需通過技術手段的創新促進訂單的迅速下達，對車輛生產情況進行動態化的跟蹤，幫助相關人員了解各類車型的位置和狀態，避免由于各類客觀和主觀因素引起的誤裝、缺料問題。汽車的整車生產中有多個流程，如沖壓、焊裝、涂裝、總裝，為了滿足自動化、智能化的生產要求，需對傳統的汽車生產線進行適度的改造［1］。

2 Y企業生產線現狀

2.1 焊裝生產線

Y企業是一家歷史悠久的汽車企業，由于車間的使用時間較長，面對現代化的生產要求，亟待進行轉型。具體來看，Y企業的焊裝車間存在幾個突出問題：a.生產線的柔性不足，不支持靈活生產，由于生產線的建設時間不同，設備的規格以及產業的布局具有差異，無法兼顧目前的車輛生產要求，不僅浪費了資源，也會增加生產成本；b.廠房面積較小，不支持新車型的生產，一些新設備受到廠房面積的制約無法順利投入，影響了Y企業的經濟效益；c.自動化水平較為滯后，在傳統的廠房之中是采用人工的作業方式，沒有實現數字化、自動化的生產。在科技的不斷發展下，當前的新車型廣泛采用了新技術，加之勞務成本的逐年上漲，嚴重影響Y企業的效益，因此對現有的生產線進行提質改造，既可以降低人工成本，還可發揮品牌效益，提高生產質量。

2.2 沖壓生產線

Y企業的沖壓生產線已經建立了多年，迄今為止已有10余年的時間，已經與當前時代的發展表現出了一些不適應性。a.傳統沖壓生產線需要多個操作人員的共同參與，也增加了Y企業的成本；b.傳統沖壓生產線的設備老化問題嚴重，信息化發展水平之后，在10余年前，Y企業受到技術因素、企業規模的限制，沖壓生產線的建設也是遵循簡潔性、集約性原則，生產線是以人工操作為主，生產設備有雙梁行車、配油壓機、曲柄壓力機、板材清洗機等，由于長時間的運行，部分設備已經老化，常常發生故障，且信息化、自動化程度較多。另外，沖壓生產線附近還有不少危險源，人們需要交叉作業，由于人員因素引起的不安全事件頻發，且車間采用的是開放式的作業布置模式，環境比較復雜，存在一些危險因素，這是后續自動化改造中需關注的重點內容［2］。

3 Y企業焊裝車間的自動化改造方向與對策

3.1 焊裝生產線的自動化改造

3.1.1 改造方向

鑒于Y企業焊裝車間生產線存在的各類問題，對于焊裝車輛的自動化改造，從如下幾個方向進行：

a.減小生產線的損失。在自動化改造的過程中，不能影響正常的生產活動，為了保障新、舊生產線之間可以緊密銜接起來，最大限度發揮出資金的利用效率，需要科學制定總體規劃方案，為自動化改造提供精準的支持。在具體改造過程中，采用“分步走”的方式，先拆除一條生產線，建立新的自動化生產線，在生產穩定之后再逐步拆除其他的生產線，在不影響正常生產的前提條件下進行自動化改造。

b.以技術手段提高生產質量。在自動化改造的過程中，融入自適應等焊接技術，這可以提高焊接質量，還可記錄焊接數據，支持焊接的可追溯。同時，應用涂澆自動化與視覺檢測技術，利用CV 技術、AI技術等精準評估生產品質。引入最新的設備備件，推廣通用化部件，減少備件庫存，讓備件庫存的管理可以實現靈活化。

3.1.2 改造對策

a.新建車間：考慮到原有的車間面積較小，在改造時需要擴大車間面積，新建廠房，廠房選址與舊廠房距離相近，在改造前提前做好規劃，根據投產計劃來確定，嚴格遵循相關法律法規的要求。根據Y企業的情況，采用門式鋼架結構，屋面使用巖棉夾芯板，按照要求設置好水、電、氣以及消防參數，根據后續發展趨勢預留好區間。對于車間照明、排煙、消防通道的設計需關注到環保、便利要求。

b.合理設置布局：一是優化輸送線體，提高物流效率，減少機器與設備的占地面積；二是改進工件投入模式，采用自動化的傳送方式，引入機器人搬運；三是科學優化生產線，將以往的人工總拼夾具改為自動模式，提高夾具對位精準度；四是優化設備，滿足整體切換、自動切換要求；五是應用輕量高壓力焊槍以及小型高速機器人；六是引入自診斷機器人，滿足設備實施監控的要求，實現“零停機”。通過上述舉措有效提高了生產的達成率以及涂膠自動化率。

c.革新工藝：為了滿足自動化的生產要求，還需要對傳統工藝進行革新，傳統的生產工具定位的精度不理想，常常會影響車身精度，鑒于這一不足，在自動化改造上采用定位搬運一體化設備，對焊裝的關鍵工序進行了改進，也促進了涂膠、焊接的自動化，可對涂膠與焊接品質進行自動化的全程控制。另外，傳統的人工切換臺車方式會造成一定的停鏈損失，在自動化改造時應用了伺服切換技術，大大提高了定位的精度和準確性［3］。

3.2 沖壓生產線的改造

3.2.1 改造方向

沖壓生產線是Y企業生產的重點內容，在自動化的改造上，對標目前先進的制造標準，使沖壓生產線可表現出柔性化、智能化、自動化的特點。一方面，減少生產線的員工數量，對生產線的自動化改造中可用PLC系統、工業機器人、高速壓力機替代以往的人工操作，可以減少人力投入，幫助企業節約成本。為了滿足生產線的操作要求，還需優化人才的培育，引入一專多能型的技術人才，加強對人才的培訓和教育，使人員可從以往的制造型轉化為復合技能型；另一方面，采用高度信息化、智能化的生產設備，將監控系統、信息系統、自動化設備結合起來，支持對生產的全過程管理，還支持對生產活動數據的實時采集，確保生產活動的穩定性和高效性，讓管理活動變得更加智能、透明。在應用了數字化、技能化技術之后，可以減少現場的危險因素，此次自動化改造采用了全封閉的設計方式，此類設計實現了低噪音、高安全性，促進了“人”“機”之間的互動交流，進一步減少生產線的人員、環境危險因素。

3.2.2 改造對策

a.改進瓶頸工藝，提高工序能力，收集分鐘沖次工序能力、換模效率以及工序平衡率等內容，通過價值流圖的分析明確需要改進的內容，對設備進行升級與改造，優化設備升序，改善業務流程，引入大眾SUDIT 評審機制與過程審核標準，及時識別出過程中存在的各類質量問題，優化工序能力。

b.建立智能生產控制中心，確保整個生產環節的高效性與穩定性，建立智能化的生產控制中心，采集現場作業流程、產品質量、人員、設備等信息數據，對生產活動進行全過程的監控，實時評估、核算生產要素，為管理人員提供精準的數據支持，使整個生產車間可做到智能化、數據化的運行。

c.積極推進SMED，通過外部操作、內部區分的方式提高換模效率，采用人機聯合分析法，在進行了改造之后，換模作業可以做到精準定位，有效縮短了換模時間，進一步提高生產效率。

d.增加安全技術投入，提升設備的可靠性，通過數據分析、評審、試點評估的流程來推廣，確保技術應用的有效性。在進行改造的過程中，增加安全技術的投入，包括安全護網、安全地墊、安全掛鎖、自動感應、警示警報、安全光柵等。

e.實現用能平衡，建立信息化生產平臺，支持水、電、氣數據的自動采集，優化能源消耗數據系統，支持能耗報表的自動化合成，可根據生產要求設定設備和生產線的能源指標，對能耗消耗情況進行實時分析，提高資源的利用率。

f.優化現場管理模式，根據《企業現場管理準則》的要求優化管理模式，建立與自動化改造相適應的管理機制，從人、場、物幾個要素進行管理，對其進行統一的組織、控制和改進，改進傳統的設備管理、人員管理以及布局設計模式。在管理層面，不僅會關注現場的顯性因素，也會注重隱性要素，提高各類資源的利用率，充分發揮出標準、制度和流程的作用，建立起適合自動化改造后的管理機制［4］。

3.3 生產線自動調度系統的改造

在生產線自動調度系統的改造上，將SCADA系統監控與MES系統實時生產管理結合起來，滿足WBS的要求，其中，MES系統支持品質管理、計劃編制、計劃管理、統計報表、系統集成、異常處理等功能，可支持Y企業的各類生產與管理工作，滿足了管理層、車間之間的互通。改造后的生產線自動調度系統包括企業層、生產管理層、數據采集層、現場控制層組成，系統包括4個子系統：

a.生產管理子系統，主要為MES系統，可從企業層中接收信息，對信息進行自動分解，可將生產信息反饋至系統，滿足車輛管理工作的要求。

b.數據采集系統，可監視設備的生產情況與運行狀態，如果數據中存在異常，系統會發出警報。

c.RFID車體跟蹤子系統，利用RFID標簽建立動態數據鏈，可以與車間直接進行通訊，做到了數據信息的全程跟蹤。

d.現場控制子系統，包括機器人系統、智能化設備、PLC系統以及傳感器組成。

3.3.1 系統網絡結構

系統的MES層使用的是B/S架構，數據采集層可將各個設備、車間的機器人系統、RFID系統以及PLC體通過互聯網連接起來，支持數據的通信協議轉換。

3.3.2 生產管理子系統

生產管理子系統可為管理層、生產計劃、物流、車間等提供支持。a.在管理層方面，利用生產管理子系統可以滿足柔性生產的要求，支持訂單計劃的追蹤和報表的自動生成；b.在生產計劃方面，支持精益化生產，可幫助管理者掌握各類一線數據，根據數據情況修訂生產計劃，調整生產順序；c.在物流方面，可幫助Y企業降低物流成本的支出，支持缺料的自動報警；d.在車間方面，利用RFID技術可以將車輛生產數據反饋給車間調度員，有效避免了人為因素造成的漏裝、錯裝問題。

3.3.3 車間MES管理系統

車間MES管理系統包括生產管理、質量管理、績效管理模塊，子模塊包括品質管理、統計報表、計劃管理、缺陷情況的處理以及作業指示。車間MES管理系統能夠與SCADA系統之間進行數據的傳輸，可以監控各個單元的工作情況，有效避免了顏料浪費、減少了車輛停機時間。同時，庫區還增加了查詢功能與報警功能［5］。

3.3.4 MES子系統數據接口

MES子系統是利用數據緩沖區來交換數據，外部系統不會直接與內部系統進行交互，在系統內部設置了緩沖區，緩沖區可支持生產任務、工藝流程、基礎數據、物料清單的交互，保障幾個區域的獨立性，也可有效提高系統的安全性。同時，配備了冗余OPC服務器，OPC通信數據涵蓋生產狀態數據、生產指導數據、生產視圖數據等。

3.3.5 SCADA數據采集子系統

SCADA數據采集子系統可將總裝車間、焊裝車間、涂裝車輛通過控制設備與網絡連接，系統可展示車身存儲、工藝運行、工位情況、車型信息。在SCADA數據采集子系統中還設置了冗余服務器、歷史數據服務器，這是系統的核心所在，負責Alarm Server、Report Server、IOServer的運行。

3.2.6 RFID車身跟蹤子系統

RFID車身跟蹤子系統應用了RFID標簽，這是利用射頻信號滿足信息傳遞要求，有著非接觸、儲存量大、遠距離、保密性能好、識別速度快等優勢，在工業生產中有廣泛使用。其中，標簽對應的信息有產品編碼、計劃號、狀態位置、訂單號、生產線編碼、車型編碼等內容［6］。

4 結語

經過自動化改造之后，Y企業在工藝規劃、總體布局上已經形成了標準化流程，產生了良好的經濟效益與社會效益，具有良好的應用價值和推廣意義。

參考文獻：

[1]王偉龍.柔性改造在汽車生產線改造中的運用研究[J].汽車世界，2019（17）：74.

[2]高勇.汽車焊裝生產線改造的探索與應用[J].汽車實用技術，2023，48（10）：181-186.

[3]姚重慶，裴一慶.汽車磷化生產線改造成硅烷化前處理生產線的分析[J].現代涂料與涂裝，2017，20（9）：57-59+62.

[4]馬菲，徐西亮，蘭冬云，等.某汽車工廠焊裝車間生產線融入性改造方案研究[J].汽車工藝師，2022（12）：6-10.

[5]羅繼宗.汽車生產線柔性化改造的有效措施[J].低碳世界，2016（17）：235-236.

[6]王偉.汽車側圍外板模具自動化生產線的改造設計與應用[J].機械管理開發，2019，34（2）：140-141+152.

作者簡介：

李建強，男，1982年生，工程師，研究方向為自動化自主集成和改造、工裝模具自制和改造。