国能新能源汽车有限责任公司 天津 300308
摘要：在轿车整车制造行业，四大工艺车间中的车身车间的生产线自动化程度比较高，设备比较先进，具有良好的制造智能化升级条件。本文对汽车制造车身车间智能化进行分析，以供参考。
关键词：汽车制造；车身车间；智能化
引言
《中国制造2025》，是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。要求在基础条件好、需求迫切的重点地区、行业和企业中，分类实施流程制造、离散制造、智能装备和产品、新业态新模式、智能化管理、智能化服务等试点示范及应用推广。建立智能制造标准体系和信息安全保障系统，搭建智能制造网络系统平台。
1智能制造
汽车智能制造属于制造业的一方面，智能制造主要分为智能制造技术和智能制造系统。智能制造技术是在应用计算机模拟系统的基础上，由技术人员针对某一系统来进行改进，力求突破系统应用的弊端，不断提升智能系统的精确度和可靠性，能够有效节约人力资源和时间成本，提升机械生产效率和生产水平。智能制造系统是以计算机为主，融合专家思维和智能机器人的智能化系统，能够帮助工作人员在工作过程中提供智能分析和科学决策，具有智能化、专业化特点。
2智能制造总体布局
2.1智能设计
汽车行业智能设计是从产品设计、工艺开发、工厂规划、工厂建设和生产制造全过程的数字化研制一体化。从制造角度看关键环节在工艺开发，从智能化角度看关键在于数据。企业数据包括产品数据、制造数据、质量数据、服务数据、经营数据等，核心是产品数据，包括研发数据、仿真数据、工艺数据、制造数据等。企业的转型升级与智能化改造，很大程度上取决于如何利用产品数据。基于3D数字化模型和单一数据源的系统应用模式，通过将企业的产品和管理方面的数据形成企业真正需求的数据，从客户需求开始，到产品规划、产品设计、制造和服务全过程，实现数据的高速协同。通过这种方式，来提高产品设计效率，提高设计、制造和服务一体化能力和数据的贯通与一致性，同时通过现场实施反馈回的数据不断的优化产品及工艺设计。
2.2智能生产
生产是智能制造的核心。智能生产，不仅仅是简单的无纸化、省人化、信息透明化等，智能生产更应该是借助自动化、数字化、智能化等信息化技术，以产品质量提升为首位，实现降本增效，提高产品竞争力，而智能生产的提升核心是数据的利用。这需要结合工厂自身现状，梳理生产业务并识别关键指标，进行数据实时采集，通过网络的联通，数据的清洗和治理，针对生产不同层级人员进行多维度可视化展示（如现场或移动端），旨在充分暴露生产过程中的问题。问题暴露后在生产的现场的重点是以边缘计算形式进行分析、解决问题，通过数据的分析对生产设备进行精细化阈值管理，实时分析过程参数波动趋势并进行调整。同时结合云端现有模型或自主搭建AI模型，进行训练，最终实现生产设备的自动调节。从而逐步从数据采集、数据融合、数据可视和数据协同，最终达到通过数据智能决策。
3车身车间智能化成熟度指标探讨
3.1车身车间智能化升级前的能级评价
某车身车间智能制造成熟度的能级评价指标。随着等级的提升，要实现的类的数量是增加的。同时，考量到整体成熟度模型用来衡量综合能力的，对于单个车身车间，选择制造维生产类中的生产作业域、质量控制域，智能维资源要素中的设备域，用来评价车身车间的智能能级，其它域通常由公司统筹负责。
3.2车身车间智能化升级的关键因素
车身车间的主要加工内容有焊接、涂胶等。车身车间的主要加工内容。从表中可以看出，焊接占比达到60%以上，焊接+涂胶占比达95%以上（涂胶设备都配有在线视觉监控系统，能根据预设参数进行涂胶质量控制，已达到智能4级）；根据评价规则，只要焊接的质量控制、设备能级提升上去，质量控制、设备对应域的智能制造能级就能提升，从而整个车身车间的智能制造能级就能提升
4车身车间智能焊接系统的搭建
基于边缘计算架构，搭建了智能焊接系统网络架构。
焊接系统智能化，除了焊接设备的输入输出数字化、焊接过程的电流、电压、压力也需要采集并数字化。智能化前的焊接过程变量，只有当前焊点数据，需要增加数据采集器进行采集存储，形成大数据。边缘层的工业电脑，进行当前焊接数据的分析处理判断，输出焊接质量报警等信号，通过PLC控制生产线的运作，提示人工干预或者报警停线。大数据服务器用来存储边缘计算的原始数据以及输出数据，通过离线编程、数据挖掘，可以优化更新焊接预设参数，优化边缘计算的判断规则（算法），形成知识库。
5车身车间的应用分析
车身车间主要承担的是焊接作业，人员劳动强度较大，技能要求高，工作时间长，流水线作业的线体上分布着大量的工业机器人，需要重点关注人机交互，确保人身安全。使用传统机器人的线体必然要使用工位围栏物理隔绝或使用光栅等安全元件进行安全防护，如果有方法去除这些防护设备，一方面，必然可以节省车间场地、节省外围设备投资以及降低电气调试难度。另一方面，通过机器人与人的协作，可以优化人机工程，减少工作负荷，提高装配质量，最终达到减员增效的目的，对造车总投资又是进一步的降低。
6先进机电控制技术
6.1智能仓储系统
优势：（1）采用高架储存，节约空间位置；可以最大限度地提高车间厂房利用率。（2）可以实现无人作业，减少人力资源成本，并且能更好地适应复杂的工况环境。如噪声、黑暗、潮湿、低温，有毒等恶劣操作环境。（3）对出入库的零部件信息进行记录和存储，可以实时进行追溯，提高零部件的利用率，降低零部件损坏率，避免丢失造成的工时延误。提高制造过程中的准确性和实时性。智能仓储系统的使用可以使汽车智能工厂，生产过程中，货物储存更加集中，更加立体，减少了车间占用面积，可以实现零部件出入库作业自动化、智能化、仓储管理数字化，安全监控可视化等等，从而使制造过程中作业效率最大化，仓储资源分配更合理化。
6.23D打印技术
3D打印在本质上属于智能制造的一种，3D打印技术凭借精简工序、缩短制造周期等优势，掀起汽车行业的“速度革命”。对汽车企业来说，用3D打印快速原型，可大大节省时间；随着汽车功能越来越完善、性能越来越强大，所用的零部件也越来越多，彼此间通过焊接、卡扣、绑扎等形式组成，复杂度越来越高。而3D技术的推广应用，将很多需要通过焊接粘贴的部件合为一体，每辆车的零件数目大大减少，从而提升了车辆的舒适性；采用3D打印技术后，4S店装备3D打印机及原材料，针对汽车问题调取图纸打印需要更换的部件，可大大提升售后维修效率。
6.3协作机器人引入方案
如果使用传统的工业机器人，除了2台机器人本体以外，需要布置围栏和光栅把机器人工作区域与操作工隔绝开来，然而现有自动工位布局已经占满机器人，没有空间安置这些额外的设备。最优的方案是通过在门槛板上料操作工身边增加2台协作机器人，无需增加工位防护即可实现后轮罩自动涂胶的工艺。此时2台协作机器人已经承担了后轮罩操作工的大部分工作，同时，为减少操作工的走动距离，我们对后轮罩上料口进行改造，让后轮罩上料位置更接近门槛板工位，这样由门槛板操作工承担掉后轮罩的上料工作，从而达到节省2名后轮罩操作工的目的。此方案涉及的新增设备除了2台协作机器人以外，仅有简易的工装涂胶台，涉及的设备改造仅为人工涂胶枪用于协作机器人的胶枪改造，上料口方向的改造以及少许围栏电气辅件的微小改动。
结束语
在智能制造方面，通过对制造自动化理念的更新，是未来汽车企业构建核心竞争力的关键环节，智能制造不仅仅是单一的先进技术和设备的应用，更是一种新模式的变革。
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