關(guān)于汽車沖壓智能化的探討(上)

文／葉夢(mèng)彬，李坤義，別大勇·廣汽乘用車有限公司

本文簡(jiǎn)單介紹了筆者關(guān)于汽車沖壓智能化的一些看法，對(duì)包括材料準(zhǔn)備、工裝準(zhǔn)備、沖壓生產(chǎn)、質(zhì)檢裝箱和出入庫(kù)的自動(dòng)化和智能化，以及生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理和設(shè)備管理的信息化和智能化進(jìn)行了探討。

隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)制造水平也不斷提高，國(guó)內(nèi)掀起了一股工業(yè)4.0 與“中國(guó)制造2025”的討論熱。工業(yè)1.0 是蒸汽機(jī)時(shí)代，工業(yè)2.0 是電氣化時(shí)代，工業(yè)3.0 是信息化時(shí)代，工業(yè)4.0 是利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革的時(shí)代，也就是智能化時(shí)代。作為21 世紀(jì)最重要的產(chǎn)業(yè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車行業(yè)代表一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平，汽車制造行業(yè)的自動(dòng)化、信息化、智能化自然成為了熱門話題。

汽車零部件的生產(chǎn)涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，其中沖壓工藝是重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一，也是制造高精度汽車零部件的核心技術(shù)之一；沖壓工藝是汽車整車生產(chǎn)四大工藝之首，要實(shí)現(xiàn)汽車制造的智能化，必然要實(shí)現(xiàn)沖壓的智能化，如何實(shí)現(xiàn)汽車沖壓的智能化是一個(gè)重要的課題。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，筆者曾參與規(guī)劃過包括一個(gè)較高智能化水平的汽車工廠在內(nèi)的多個(gè)汽車工廠，也考察過國(guó)內(nèi)多個(gè)信息化、智能化的標(biāo)桿企業(yè)，對(duì)汽車工廠的自動(dòng)化、信息化、智能化有過深入的思考和見解。這里，筆者分享一些對(duì)汽車沖壓車間實(shí)現(xiàn)智能化的個(gè)人看法。

沖壓生產(chǎn)的智能化

要實(shí)現(xiàn)沖壓的智能化，首先要實(shí)現(xiàn)沖壓的自動(dòng)化。自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)和前提，智能化是自動(dòng)化的發(fā)展和終極方式，是一種具備“人工智能”的自動(dòng)化。所謂自動(dòng)化，是指機(jī)器或裝置在無(wú)人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動(dòng)進(jìn)行操作或控制的過程。智能化是指事物在網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的支持下，所具有的能動(dòng)態(tài)地滿足人的各種需求的屬性。因此，智能化大致有兩種含義：①采用人工智能理論、方法和技術(shù)處理信息與問題；②具有“擬人智能”的特性或功能。而實(shí)現(xiàn)智能化的一個(gè)必須條件和前提是所有設(shè)備和生產(chǎn)關(guān)聯(lián)部門的聯(lián)網(wǎng)和信息傳遞，也就是信息化。

沖壓自動(dòng)化是指沖壓車間各設(shè)備在無(wú)人工干預(yù)的情況下，按照生產(chǎn)控制程序完成既定動(dòng)作和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)，所有的生產(chǎn)活動(dòng)不依靠人力，只依靠電氣化設(shè)備自動(dòng)完成。如果再進(jìn)一步，對(duì)所有設(shè)備和生產(chǎn)關(guān)聯(lián)部門進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，自動(dòng)收集生產(chǎn)、質(zhì)量、庫(kù)存及公司生產(chǎn)指示、后續(xù)車間生產(chǎn)計(jì)劃等信息，與生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行信息如能耗監(jiān)測(cè)、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和大數(shù)據(jù)分析，在無(wú)需人工干預(yù)下自主完成——自動(dòng)生成生產(chǎn)計(jì)劃，分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)生成設(shè)備維保計(jì)劃和故障風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告等“擬人智能”工作，就屬于沖壓的智能化。將所有沖壓設(shè)備和相關(guān)生產(chǎn)關(guān)聯(lián)部門聯(lián)網(wǎng)并進(jìn)行信息收集就是沖壓的信息化，因此對(duì)于汽車沖壓領(lǐng)域來(lái)說(shuō)要實(shí)現(xiàn)智能化，自動(dòng)化是基礎(chǔ)，信息化是必要條件。

沖壓車間的生產(chǎn)流程

要談汽車沖壓的智能化，需要先介紹一下沖壓車間的生產(chǎn)流程。如圖1 所示，沖壓車間生產(chǎn)的基本流程包括生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)、出入庫(kù)這三個(gè)部分，其中生產(chǎn)準(zhǔn)備即為沖壓生產(chǎn)所需材料、工裝的準(zhǔn)備，包括材料準(zhǔn)備、模具準(zhǔn)備、工裝準(zhǔn)備等；狹義的生產(chǎn)指沖壓生產(chǎn)過程，包括生產(chǎn)、質(zhì)檢、裝箱；出入庫(kù)包括零件入庫(kù)、零件返修出入庫(kù)、零件出庫(kù)。要實(shí)現(xiàn)沖壓生產(chǎn)智能化，這里的每一個(gè)流程都必須自動(dòng)化。

圖1 沖壓生產(chǎn)的基本流程

沖壓生產(chǎn)的智能化

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已普遍比較成熟，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)主流汽車廠家的沖壓車間生產(chǎn)過程已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化(盡管自動(dòng)化的方式有所不同)。近年，新建沖壓生產(chǎn)線甚至已普遍實(shí)現(xiàn)普通機(jī)械壓力機(jī)生產(chǎn)線連續(xù)模式生產(chǎn)，突破了機(jī)械壓力機(jī)線只能斷續(xù)生產(chǎn)的慣常模式，極大提高了生產(chǎn)效率。很多生產(chǎn)線也實(shí)現(xiàn)了一定程度上的信息化和智能化，如生產(chǎn)計(jì)劃會(huì)自動(dòng)傳輸?shù)缴a(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)組織，自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析等，但是材料準(zhǔn)備、工裝模具準(zhǔn)備、線尾質(zhì)檢裝箱等則普遍依靠人工，連基本的自動(dòng)化都還沒有實(shí)現(xiàn)。所以在這里，我們先討論一下材料準(zhǔn)備、沖壓線工裝模具準(zhǔn)備和線尾質(zhì)檢裝箱的自動(dòng)化和智能化如何實(shí)現(xiàn)。

⑴沖壓材料準(zhǔn)備的自動(dòng)化與智能化。

1)來(lái)料管理。

一般是指鋼板材料配套企業(yè)的生產(chǎn)，以及生產(chǎn)完成后將鋼板材料運(yùn)送到汽車主機(jī)廠沖壓車間的過程，不過鋼板材料的生產(chǎn)和運(yùn)輸是廠外生產(chǎn)活動(dòng)不涉及本文討論的范圍。汽車廠沖壓車間只需通過建立一套生產(chǎn)信息共享系統(tǒng)，將必要的生產(chǎn)指示共享給鋼板材料配套企業(yè)，通過生產(chǎn)控制系統(tǒng)接收配套企業(yè)的生產(chǎn)管理信息、庫(kù)存信息，對(duì)與本企業(yè)相關(guān)的生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行管理，并根據(jù)配套企業(yè)的這些信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，指導(dǎo)安排自己的生產(chǎn)活動(dòng)，就實(shí)現(xiàn)了來(lái)料管理的信息化與智能化。

2)材料準(zhǔn)備。

這個(gè)比較簡(jiǎn)單，采用無(wú)人叉車和立體倉(cāng)就實(shí)現(xiàn)了材料準(zhǔn)備的自動(dòng)化。主機(jī)廠沖壓車間要做好材料的生產(chǎn)準(zhǔn)備智能化，最好是建一個(gè)立體倉(cāng)，用于存放和實(shí)現(xiàn)智能化管理材料的出入庫(kù)。簡(jiǎn)單來(lái)講，材料在配套企業(yè)落料后用物流車送到?jīng)_壓車間卸貨區(qū)進(jìn)行卸貨，卸貨區(qū)地面要做好物流車輛導(dǎo)正和到位提示裝置，物流車通常采用飛翼箱式貨車(圖2)。材料卸貨后進(jìn)入材料倉(cāng)庫(kù)，再根據(jù)沖壓生產(chǎn)計(jì)劃安排將生產(chǎn)所需材料出庫(kù)并送到生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，這就是沖壓材料的準(zhǔn)備。

圖2 飛翼箱式貨車

3)材料倉(cāng)庫(kù)。

可以通過當(dāng)前已相當(dāng)成熟的倉(cāng)庫(kù)智能管理系統(tǒng)、無(wú)人智能叉車或物流機(jī)器人、自動(dòng)質(zhì)檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。材料卸貨采用自動(dòng)叉車(圖3)或者AGV 叉車，將材料從廠外材料物流車上卸貨并送到入庫(kù)緩存區(qū)進(jìn)行自動(dòng)質(zhì)檢；自動(dòng)質(zhì)檢系統(tǒng)(圖4)質(zhì)檢合格，通過依次掃描托盤碼和材料碼并進(jìn)行信息綁定后，下發(fā)入庫(kù)指令；中控調(diào)度系統(tǒng)接到入庫(kù)指令，自動(dòng)篩選合適貨架貨位，調(diào)度自動(dòng)叉車叉取材料搬運(yùn)至指定庫(kù)位，完成原材料入庫(kù)，并將任務(wù)信號(hào)反饋給調(diào)度系統(tǒng)，同步更新庫(kù)位管理系統(tǒng)，完成材料入庫(kù)；車間進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)布的生產(chǎn)指示信息，中控調(diào)度系統(tǒng)選擇出庫(kù)所需的原材料并下發(fā)出庫(kù)指令，調(diào)度系統(tǒng)收到出庫(kù)指令，在庫(kù)位系統(tǒng)中篩選對(duì)應(yīng)原材料，生成出庫(kù)任務(wù)并調(diào)度自動(dòng)叉車，從指定庫(kù)位叉運(yùn)材料至沖壓線的線首工作臺(tái)，完成出庫(kù)任務(wù)與上線任務(wù)，并將任務(wù)信號(hào)反饋給調(diào)度系統(tǒng)，同步更新庫(kù)位管理系統(tǒng)，完成材料出庫(kù)，這就實(shí)現(xiàn)了材料準(zhǔn)備的智能化。

圖3 自動(dòng)叉車

以上是外包材料配套的材料準(zhǔn)備智能化實(shí)現(xiàn)方案。如果是車間內(nèi)落料，落料線將卷料落料后，自動(dòng)叉車或AGV 小車將材料送到材料立體倉(cāng)庫(kù)，按上述流程和方法完成入庫(kù)，出庫(kù)和庫(kù)存管理與采用廠外材料配套的材料準(zhǔn)備模式一樣。

自動(dòng)質(zhì)檢系統(tǒng)、中控調(diào)度系統(tǒng)、庫(kù)位管理系統(tǒng)都是倉(cāng)庫(kù)智能管理系統(tǒng)的一部分。倉(cāng)庫(kù)智能管理系統(tǒng)還包括生產(chǎn)指令的輸入與分析、庫(kù)存信息的整合分析、庫(kù)存信息傳輸及材料出入庫(kù)管理等功能。這些智能化管理系統(tǒng)當(dāng)下已經(jīng)完全成熟，當(dāng)前國(guó)內(nèi)某大型電商公司已經(jīng)采用更先進(jìn)的物流機(jī)器人、智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行物流管理，其智能化改造方法和技術(shù)對(duì)汽車生產(chǎn)的各部分物流智能化改造升級(jí)也有重要的參考意義，基于新物流技術(shù)的發(fā)展，沖壓材料的準(zhǔn)備可以實(shí)現(xiàn)更高的智能化水平。

⑵工裝準(zhǔn)備的智能化。

沖壓線的線外工裝生產(chǎn)準(zhǔn)備，主要包括模具準(zhǔn)備、吊運(yùn)、更換和端拾器更換兩部分。

1)模具準(zhǔn)備、吊運(yùn)、更換。

在生產(chǎn)前，模具應(yīng)達(dá)到可保證生產(chǎn)順利完成、品質(zhì)合格的狀態(tài)，這就是模具準(zhǔn)備。模具準(zhǔn)備工作涉及模具的維修保養(yǎng)，當(dāng)前要實(shí)現(xiàn)模具的維修保養(yǎng)自動(dòng)化，完全脫離人的作業(yè)是不可能的，至少將來(lái)在一定時(shí)期內(nèi)模具維保作業(yè)實(shí)現(xiàn)無(wú)人作業(yè)還不可能做到，但是模具維保的工作是可以實(shí)現(xiàn)智能化管理的，模具的狀態(tài)是可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)收集和智能化分析的。通過收集模具的當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)信息，尤其是沖壓件品質(zhì)信息、歷史制造信息、歷史維保信息、歷史使用信息、已使用壽命信息、生產(chǎn)排產(chǎn)信息等，并且進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，確定模具狀態(tài)及維保需求，制定維保計(jì)劃并安排實(shí)施，這就是實(shí)現(xiàn)模具維保的智能化。

模具換模的自動(dòng)化可采用數(shù)控天車(圖5)來(lái)完成。將整個(gè)車間坐標(biāo)化，壓力機(jī)工作臺(tái)模具安裝位置和每套模具在模具存放區(qū)的位置可以事先設(shè)定，通過數(shù)控天車可實(shí)現(xiàn)模具自動(dòng)吊運(yùn)。生產(chǎn)完畢的模具隨壓力機(jī)工作臺(tái)開出線外，數(shù)控天車首先根據(jù)指示信號(hào)到指定位置將模具吊運(yùn)回模具原存放位置進(jìn)行存放，或者吊運(yùn)到模具維修區(qū)指定位置進(jìn)行存放以備維修保養(yǎng)，然后按照指示信號(hào)到指定位置將指定模具吊運(yùn)到壓力機(jī)工作臺(tái)上放好待安裝。

圖5 數(shù)控天車

當(dāng)前，模具吊模的自動(dòng)化已經(jīng)十分成熟，模具的自動(dòng)備模在國(guó)內(nèi)的一汽大眾等企業(yè)早已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。將來(lái)為了精確定位模具存放位置，識(shí)別模具抓取位置，精確投送至工作臺(tái)上及模具存放位置，還可以給天車加上視覺三維識(shí)別系統(tǒng)，從而精準(zhǔn)的定位模具抓取與存放的精確位置。將模具吊運(yùn)根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)度，將天車系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)、模具庫(kù)位管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊實(shí)現(xiàn)信息化，再通過給天車加上智能管理控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)時(shí)完成自動(dòng)模具吊運(yùn)，變成智能天車，這樣就實(shí)現(xiàn)了模具吊運(yùn)、更換的智能化。

生產(chǎn)車間內(nèi)部?jī)蓚?cè)墻體或兩排立柱之間的空間，工業(yè)行業(yè)內(nèi)通常定義為車間的“跨”。每一跨的天車通常只能在本跨范圍內(nèi)移動(dòng)，如果模具從一跨的模具存放區(qū)運(yùn)送到另一跨的沖壓生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，就需要過跨，這個(gè)時(shí)候就需要用到模具過跨車。模具過跨的自動(dòng)化可通過自動(dòng)過跨車(圖6)實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)過跨車已有成熟的產(chǎn)品，其原理可以簡(jiǎn)單理解為AGV 小車。如果將自動(dòng)過跨車與天車聯(lián)動(dòng)，統(tǒng)一由天車智能管理控制系統(tǒng)進(jìn)行管理，模具存放區(qū)的數(shù)控天車按生產(chǎn)指示將模具吊運(yùn)到停放于指定位置的自動(dòng)過跨車上，過跨車完成過跨移動(dòng)后停放于指定位置，生產(chǎn)線的數(shù)控天車自動(dòng)執(zhí)行過跨車和沖壓線壓力機(jī)工作臺(tái)之間的模具吊運(yùn)，完成跨線換模，這樣就完成了過跨車的智能化。

圖6 自動(dòng)過跨車

2)端拾器的準(zhǔn)備和更換。

端拾器準(zhǔn)備的自動(dòng)化，可以通過AGV 小車和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。類似于材料管理，為了實(shí)現(xiàn)庫(kù)存管理的自動(dòng)化，端拾器管理也應(yīng)該建一個(gè)端拾器立體倉(cāng)(圖7)，用于存放和管理端拾器。生產(chǎn)線生產(chǎn)完畢完成自動(dòng)更換端拾器后，端拾器AGV 小車或物流機(jī)器人將端拾器運(yùn)送到端拾器立體倉(cāng)，立體倉(cāng)自動(dòng)識(shí)別或根據(jù)生產(chǎn)信息識(shí)別端拾器后將其收入，并且存放到指定位置。

圖7 端拾器立體倉(cāng)

下一次，需要生產(chǎn)的端拾器由立體倉(cāng)自動(dòng)出庫(kù)，端拾器小車或物流機(jī)器人將端拾器運(yùn)送到指定位置以備下一次生產(chǎn)更換。將以上這些設(shè)備和生產(chǎn)活動(dòng)通過車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行控制，與生產(chǎn)線等其他設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，就實(shí)現(xiàn)了端拾器準(zhǔn)備的信息化和智能化。

⑶主線沖壓生產(chǎn)的智能化。

前面說(shuō)過，主線沖壓生產(chǎn)過程國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)汽車廠家都已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且實(shí)現(xiàn)一定程度上的智能化，包括自動(dòng)拆垛、清洗、涂油、對(duì)中，自動(dòng)上料，壓力機(jī)＋機(jī)械臂斷續(xù)或連續(xù)模式?jīng)_壓，自動(dòng)下料等，以及生產(chǎn)線根據(jù)車間生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)完成更換材料、更換模具、更換端拾器并調(diào)整相關(guān)參數(shù)，更換調(diào)整完成后可自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)，并根據(jù)生產(chǎn)控制指示信息運(yùn)行和停機(jī)，對(duì)生產(chǎn)信息、運(yùn)行信息進(jìn)行基本的統(tǒng)計(jì)等這些基本智能化功能。

如果要實(shí)現(xiàn)沖壓車間的智能化，要進(jìn)一步提升信息化水平，如將沖壓生產(chǎn)線控制軟件進(jìn)行升級(jí)，進(jìn)一步對(duì)如能耗監(jiān)測(cè)、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)等設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和大數(shù)據(jù)分析，分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)生成設(shè)備維保計(jì)劃和故障風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告等，并上傳上級(jí)管理系統(tǒng)，同時(shí)監(jiān)控線首的材料準(zhǔn)備，線上的模具準(zhǔn)備、工裝準(zhǔn)備，尤其是線尾的質(zhì)檢、裝箱、入庫(kù)及零件臺(tái)車準(zhǔn)備等生產(chǎn)運(yùn)行情況，收集信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，實(shí)時(shí)管理、修正自己的生產(chǎn)運(yùn)行，如出現(xiàn)質(zhì)量問題及時(shí)停線等，同時(shí)，將信息上傳生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

⑷質(zhì)檢、裝箱、入庫(kù)的智能化。

線尾部分包括零件的質(zhì)檢、裝箱和入庫(kù)，如圖8所示。自動(dòng)質(zhì)檢是目前汽車沖壓生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化中最難實(shí)現(xiàn)的部分，目前行業(yè)內(nèi)未完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)質(zhì)檢。當(dāng)前，視覺技術(shù)對(duì)于微小差異的識(shí)別能力還不足，對(duì)于暗裂和麻點(diǎn)這種需借助工具打磨后才能顯現(xiàn)的隱形缺陷的檢測(cè)識(shí)別技術(shù)還有待提高。雖然自動(dòng)裝箱和自動(dòng)入庫(kù)在技術(shù)上相對(duì)簡(jiǎn)單，在很多新建汽車工廠沖壓車間早已實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于非新建工廠，自動(dòng)裝箱要對(duì)線尾設(shè)備進(jìn)行改造，還需要對(duì)零件臺(tái)車進(jìn)行改造，往往投入偏高，改造的線尾空間不一定足夠。新建工廠不存在臺(tái)車改造成本高和線尾空間不足的問題。

圖8 線尾自動(dòng)化

1)質(zhì)檢的智能化。

首先談?wù)勝|(zhì)量檢測(cè)的自動(dòng)化。零件質(zhì)檢一般包括數(shù)孔、開裂、暗裂、起皺、變形、壓痕、麻點(diǎn)、檢測(cè)精度等，完成質(zhì)檢動(dòng)作的自動(dòng)化可以依賴機(jī)器人、視覺相機(jī)和定制光源來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些屬于是硬件；要實(shí)現(xiàn)質(zhì)檢智能化和無(wú)人化，需要依賴算法和視覺相機(jī)分辨率的提升，這些屬于是軟件。

通過高精度相機(jī)進(jìn)行圖像采集，發(fā)現(xiàn)局部質(zhì)量差異，通過2D 算法、3D 算法、AI 算法和算法加速等視覺分析技術(shù)進(jìn)行算法分析，判斷出缺陷種類和嚴(yán)重程度、是否合格、是否可返修、是否直接報(bào)廢等，并將信息發(fā)送給管理系統(tǒng)，判斷是否應(yīng)停機(jī)、是否應(yīng)報(bào)警、是否該進(jìn)行模具維修，分辨缺陷種類并輸入到缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，這就是質(zhì)量檢測(cè)的智能化。

①技術(shù)現(xiàn)狀。

以目前的自動(dòng)質(zhì)檢技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)孔數(shù)，檢測(cè)開裂、起皺、變形、毛刺等，其中缺陷檢測(cè)精度可以達(dá)到1mm，孔徑識(shí)別范圍5 ～100mm，視覺景深范圍0 ～350mm，可適應(yīng)的生產(chǎn)節(jié)拍也能達(dá)到15SPM 以上。自動(dòng)質(zhì)檢的難度在于以當(dāng)前的光學(xué)識(shí)別精度，由于沖壓零件形狀復(fù)雜多樣，要準(zhǔn)確識(shí)別暗裂并判斷是否合格還存在困難，需要光學(xué)設(shè)備進(jìn)一步提高精度水平與設(shè)備足夠柔性化。

目前主流的自動(dòng)質(zhì)檢實(shí)現(xiàn)過程(圖9)：識(shí)別零件信息后→通過視覺機(jī)器人帶動(dòng)視覺裝置進(jìn)行圖像采集→算法模型同步開展對(duì)缺陷的識(shí)別分類→將缺陷信息顯示在運(yùn)行大屏上，為缺陷處理提供依據(jù)→記錄缺陷并儲(chǔ)存在零件大數(shù)據(jù)里，為后期分析及趨勢(shì)化管理做儲(chǔ)備。

圖9 自動(dòng)質(zhì)檢的基本流程

目前視覺識(shí)別方式主要有大視野檢測(cè)、平面高精度檢測(cè)、復(fù)眼檢測(cè)、3D 檢測(cè)等，如圖10 所示。當(dāng)前技術(shù)水平下，要較好的完成自動(dòng)質(zhì)檢與保證質(zhì)檢質(zhì)量需要進(jìn)行多種檢測(cè)方式的組合。

圖10 主要的視覺識(shí)別方式

當(dāng)前，國(guó)外自動(dòng)質(zhì)檢研究方案一般為激光掃描頭＋柔性機(jī)器人形式，如圖11 所示，通過采集散斑圖案獲取點(diǎn)云及相位條紋，根據(jù)突變識(shí)別缺陷。該方案由于檢測(cè)效率低，無(wú)法滿足線上全零件檢測(cè)的節(jié)拍需求，通常采用抽檢的方式進(jìn)行或是線上采用局部抽檢的方式使用。

圖11 國(guó)外自動(dòng)質(zhì)檢研究方案

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)部分廠家的自動(dòng)質(zhì)檢實(shí)現(xiàn)方案一般為2D 相機(jī)＋結(jié)構(gòu)光，如圖12 所示，通過對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行圖像分割、提取特征進(jìn)行識(shí)別。

圖12 國(guó)內(nèi)自動(dòng)質(zhì)檢研究方案

以上兩種國(guó)內(nèi)、外質(zhì)檢技術(shù)方案均有一定的局限性，無(wú)法有效地對(duì)暗裂、壓痕、凸凹點(diǎn)等問題進(jìn)行檢查，目前都存在檢測(cè)準(zhǔn)確率偏低和一定程度上的誤報(bào)，無(wú)法檢出暗裂、起皺、麻點(diǎn)等缺陷。這就是當(dāng)前自動(dòng)質(zhì)檢的技術(shù)現(xiàn)狀。

②組合方法。

想要更有效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)質(zhì)檢，應(yīng)參考人工質(zhì)檢的方案，采用國(guó)外方式＋國(guó)內(nèi)方式結(jié)合的方法(國(guó)內(nèi)方式進(jìn)行線檢，國(guó)外方式進(jìn)行抽檢)。通過線檢＋抽檢相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)質(zhì)檢，線檢負(fù)責(zé)檢查孔數(shù)、開裂、起皺、變形等易識(shí)別缺陷，并增加線檢機(jī)器人對(duì)隱形缺陷進(jìn)行打磨和識(shí)別；抽檢通過柔性質(zhì)檢機(jī)器人打光提高暗裂位置的視覺差異度(類似人工質(zhì)檢手電筒打光)及視覺掃描識(shí)別暗裂。這樣就能有效提高自動(dòng)質(zhì)檢的檢出能力，解決暗裂和麻點(diǎn)檢出能力不足的問題。

總之，車間的質(zhì)量管理要建立一套專門的智能質(zhì)量管理系統(tǒng)，在線質(zhì)檢管理系統(tǒng)作為質(zhì)量管理系統(tǒng)的最重要部分，要有一套藍(lán)光檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品精度進(jìn)行檢查，對(duì)生產(chǎn)的質(zhì)量檢測(cè)信息進(jìn)行收集、統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算和管理。通過一整套完善的算法判斷生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)是否合格、是否需要返修，生產(chǎn)是否需要停機(jī)、是否可以生產(chǎn)，模具是否需要維修、模具故障位置等，并統(tǒng)計(jì)質(zhì)量信息，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，分析質(zhì)量的變化趨勢(shì)和特點(diǎn)，預(yù)估模具維保的節(jié)點(diǎn)用于指導(dǎo)模具維保的開展，分析材料質(zhì)量是否異常，進(jìn)行相機(jī)控制、拍照控制、光源控制、算法控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、缺陷展示等，并與系統(tǒng)對(duì)接，接受上級(jí)的指示信息、向上級(jí)系統(tǒng)發(fā)送質(zhì)量記錄信息、質(zhì)量分析信息、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)信息，進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控等，這就是質(zhì)量管理的智能化。

以上內(nèi)容通過當(dāng)前的技術(shù)是完全可以實(shí)現(xiàn)的，國(guó)內(nèi)一些著名的自動(dòng)化技術(shù)企業(yè)、視覺技術(shù)企業(yè)都有開展相關(guān)的業(yè)務(wù)。

2)裝箱的智能化。

目前，自動(dòng)裝箱系統(tǒng)(圖13)在國(guó)內(nèi)外都有較多應(yīng)用。自動(dòng)裝箱主要有兩種主流方案。

圖13 自動(dòng)裝箱系統(tǒng)

方案一：機(jī)器人＋2D 視覺引導(dǎo)抓件＋臺(tái)車精定位。該方案對(duì)臺(tái)車精度與臺(tái)車定位精度要求較高。

方案二：機(jī)器人＋2D 視覺引導(dǎo)抓件＋3D 視覺引導(dǎo)裝箱，即通過視覺引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行抓取零件并完成裝箱。

行業(yè)內(nèi)技術(shù)方案成熟，但仍然有很多不足。為了視覺拍照的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，皮帶采用步進(jìn)形式的居多，以及必須對(duì)零件臺(tái)車形式進(jìn)行一定程度上的統(tǒng)一。目前，3D 視覺引導(dǎo)裝箱技術(shù)正在應(yīng)用中，可降低臺(tái)車定位精度，但容易受到環(huán)境振動(dòng)的影響。

將自動(dòng)裝箱系統(tǒng)與自動(dòng)質(zhì)檢系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)裝箱機(jī)器人根據(jù)自動(dòng)質(zhì)檢的判斷區(qū)分合格品和不合格品，就可以實(shí)現(xiàn)區(qū)分良品與不良品，并進(jìn)行計(jì)數(shù)。接收生產(chǎn)指示并將統(tǒng)計(jì)信息傳輸給車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)用于生產(chǎn)管理，對(duì)生產(chǎn)指示及計(jì)數(shù)信息進(jìn)行分析并將信息傳輸給臺(tái)車調(diào)度系統(tǒng)以控制臺(tái)車的準(zhǔn)備和更換，這樣就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)裝箱系統(tǒng)的智能化。

3)出、入庫(kù)及庫(kù)存管理智能化。

零件入庫(kù)自動(dòng)化可利用無(wú)人叉車、AGV 叉車進(jìn)行地面輸送或者輸送鏈進(jìn)行空中或地下坑道輸送，更高端一點(diǎn)可以參考某電商企業(yè)的物流機(jī)器人模式進(jìn)行入庫(kù)輸送。零件裝箱完成之后，可以通過自動(dòng)叉車或者AGV 小車(圖14)將裝好零件的臺(tái)車運(yùn)輸?shù)搅慵}(cāng)，由零件倉(cāng)完成掃描分類入庫(kù)。立體倉(cāng)投資大，如果場(chǎng)地夠大且分類庫(kù)存做得好，零件的庫(kù)存不一定要有立體倉(cāng)。立體倉(cāng)有利于對(duì)零件進(jìn)行出入庫(kù)管理、分類庫(kù)存，庫(kù)存空間利用率更高。如果有足夠的預(yù)算，建一個(gè)高度自動(dòng)化、智能化的立體倉(cāng)還是很有必要的。

圖14 AGV 小車

可建立一個(gè)智能化庫(kù)存管理系統(tǒng)管理零件出、入庫(kù)，管理臺(tái)車回收、統(tǒng)計(jì)、庫(kù)存與供應(yīng)，管理返修及分類、出入庫(kù)。零件庫(kù)存管理系統(tǒng)通過接收上級(jí)生產(chǎn)指示和收集后方車間的實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息進(jìn)行出庫(kù)，并對(duì)庫(kù)存信息實(shí)時(shí)調(diào)整，分析庫(kù)存數(shù)據(jù)和整理庫(kù)存信息，發(fā)送給沖壓車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化管理，將庫(kù)存信息發(fā)送公司生產(chǎn)管理系統(tǒng)和后方車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)生產(chǎn)和共享信息。

根據(jù)后方工藝車間生產(chǎn)需要進(jìn)行零件的自動(dòng)出庫(kù)，臺(tái)車的回收管理與生產(chǎn)調(diào)度。通過臺(tái)車調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理，臺(tái)車與零件庫(kù)存、出入庫(kù)高度相關(guān)，臺(tái)車調(diào)度系統(tǒng)作為零件庫(kù)存管理系統(tǒng)的一部分進(jìn)行管理。對(duì)于待返修件需要設(shè)立待返修件區(qū)，并對(duì)待返修件進(jìn)行分類管理，按生產(chǎn)計(jì)劃出庫(kù)到返修區(qū)進(jìn)行返修，返修完成后重新入庫(kù)到合格品區(qū)，這樣就實(shí)現(xiàn)了庫(kù)存管理的智能化。零件倉(cāng)到返修區(qū)的物流也可以通過上述物流方式實(shí)現(xiàn)。

目前，庫(kù)存管理和物流智能化這一塊的技術(shù)國(guó)內(nèi)發(fā)展的已相當(dāng)成熟，各大型電商企業(yè)都有相關(guān)應(yīng)用可以提供借鑒，國(guó)內(nèi)也有不少庫(kù)存管理智能化項(xiàng)目的承包商。

《關(guān)于汽車沖壓智能化的探討》(下)見《鍛造與沖壓》2024 年第4 期