张慧 魏程亮
长城汽车股份有限公司徐水分公司 河北省 保定市 071000
摘要：近几十年来，人们生活水平不断提高，对汽车的需求不断提高，汽车的产能需求也在不断提高，汽车制造生产线的产能和质量面临着前所未有的要求和挑战。作为汽车生产的重要工序，焊接生产线的智能化的设计和实现是提高汽车制造生产线的产能和制造质量的重要手段，也能满足消费者的消费理念和需求，从而促进汽车的销售。此外，作为制造业的重要组成部分的汽车制造业，实现自动化、标准化和智能化制造的有效融合具有重大意义。
关键词：智能化；自动化；汽车焊接生产线
一、我国汽车焊接生产线现状
在制造业中，汽车制造业相较其他制造产业发达，多数企业己经基本实现了“工业3.0”——即信息技术在工业领域的应用，部分发展快速的企业甚至已经开启了“工业4.0”的进军步伐，逐步推进智能化生产线，尝试通过互联网和大数据等将研发、生产、用户等有效结合，降低生产成本并提高生产效率[1]。早期国内的汽车焊接生产模式采用的是分平台生产线的模式，每类车型需要有独立的生产线，生产车间布局庞大，当车型更新换代时，需要大幅度的改造生产线。设备改造频繁、生产线自动化程度低，严重影响生产效率，而且，部分工位需要大量的人工（如拼接工位和检查工位），质量难以绝对保证。目前，汽车焊装车间己经开始柔性化生产线设计，能够实现一些车辆的共线生产，但对于大型SUV和紧凑型轿车，或者差异比较大的平台产品仍然是无法做到共线生产。此外，生产线是仅能进行水平方向移动的单一的输送线，进行机器人焊接时，无法实现快速定位，进而影响生产效率。
二、智能化汽车焊接生产线设计与实现
智能化汽车焊装生产线的设计，目的在于提高汽车制造效率和质量，加强信息互联化，形成智能的生产体系，提高效益。智能化汽车焊接生产线的设计方向可以分为以下几个方面：
2.1信息互联化
智能制造对信息的实时共享有绝对要求，在信息实时共享的基础上，通过大数据的分析，结合当前状况，自动决策需要制造的车辆和配置物料。建立信息互联系统，实现车辆信息、物料库存、下游车间需求之间的相互联系，通过数据分析，合理调整物料信息、跟踪车辆状况和设置产量目标，实现智能制造，发挥最大的生产力[5]。（1）物料供应系统在生产线运行中具有关键性的作用，是整个生产线稳定运行的快速保证，快速准确的物料供应，不仅能随时满足生产线的各种产量变化，还能减少多余的库存浪费等。Andon（暗灯）系统是制造业中应用最为广泛的系统，它能够在物料不足时及时提醒物料部门进行物料补充，然而人工运输物料存在危险，在库存不足时还容易出现物料供应不及时进而影响生产，存在严重的被动的缺陷。要实现实时的物料供应就要建立实施信息共享的数据系统，在每个决策点设立读写设备，将数据结构存入数据库，不同物料应用不同的。（2）识别方式（如扫描器条码识别，位置传感器识别等）进行物料数量和顺序的跟踪，将物料配送提前预知，避免被动响应。同时，建立稳定的物料配送机构，尽量避免或减少人工配送。实现产量配置系统和物料供应系统的有机结合，通过数据分析，自动调整配送物流种类和数量。（3）运行过程中车辆信息的读取和传递未来随着汽车的更新换代，车辆的种类、型号会不断增加，差异性会越来越大，要实现多种尺寸的车辆共线生产，就需要在进行施工前准确的判断车辆类型，当前广泛应用的识别车辆类型的光栅阵法虽然识别准确度高，但调试繁琐复杂，工位的结构不同，光栅阵的结构就要改变[5]，因此，急需一种新的车辆运行跟踪系统，在生产线入口，就读取到的车辆制造信息，及其后续相关制造工序，从而进行各种施工，来实现生产线的智能化。
2.2输送系统智能化
智能生产线和智能机器人在汽车制造业的大量使用，是智能制造的关键要素。
可以说，快速稳定的柔性化生产线是运行的基础；工装的快速自动切换是提高效率的必要条件；而智能机器人的使用则是实现输送系统智能化的关键。
2.2.1输送系统全自动化
生产线的设计需要采用全部自动控制的方式，可以采用高速滚床输送方式，减少输送等待时间；采用稳定故障率低的控制方式，精确停止定位。输送线内各种状态信息，包括作业车辆信息，都要显示在HMI（人机交互界面）上，便于监控，并通过数据分析等系统提前判断故障，减少设备维护时间。实现输送系统和机器人运行稳定，故障率低的效果。
2.2.2工装的快速切换
工装的快速切换是车辆拼装焊接的重要部分，智能化的汽车焊接生产线要满足多车型的柔性化生产就要求工装切换与车辆进出工位同步进行，并且快速切换。此外，工装要满足62个焊点的定位需求，并且具有逻辑控制功能。
2.2.3扩展机器人功能
在早期的生产系统中，每台机器人只能用来做固定的车型制造工作，致使输送线冗长，效率低。要实现智能化生产就要打破平面式生产线“一对一”的状态，开发“一对多”柔性配置的新思路，通过密集机器人工位布置、对同一机器人更换不同工具及开发多车型公用柔性抓手来实现不同类型车辆制造，以减少机器人数量和缩短生产线长度。机器人功能是焊接生产线的核心要素，其实是汽车制造业智能化制造的具体体现。
2.3安全防护
在焊装车间，存在大量的机器人、输送设备以及操作员的交互操作，为了确保人员和设备的安全，整个控制系统包含了众多安全设备，如光幕、激光区域扫描器、安全地毯、安全门锁、动态区域限制器、急停按钮、双手操作台等。选择符合SIL3.PLe安全级别要求，通过EtherNet/IP网络或DeviceNet网络传输常规和安全信号，将常规设备控制与安全控制集成在一起，减少现场硬接线，提高系统整体安全性，保障操作人员和机械设备的安全。
2.4工具切换，换枪盘结构
换枪盘在焊装车间有广泛应用，换枪盘的应用能在有限的空间内实现工位的多工艺制造，换枪盘多工艺的应用使其需具备多项功能，以能传授主从站之间的信号传递以及循环水、气的输送、换枪盘为一个机器人或设备连接及切换一定数量的工具提供了快速可靠的方法。（每个设备可以连接不同的工具）。通过机械装置连接和释放工具侧换枪盘。气压通过两个气孔驱动气缸，控制凸轮的打开闭合。随着凸轮的打开和闭合，从而控制工具侧换枪盘和机器人侧换枪盘的连接和分离。两侧的功能模块也会随之连接和分开。
结束语
在当前社会快速发展、人们需求品质日益增高的情况下，车辆的需求和高品质要求将越来越受关注，作为制造业中重要的一部分，汽车制造业智能化、全自动化的发展趋势强烈，接轨智能制造是“工业4.0”的一个关键要素，需要我们不断学习科研技术和努力，依靠科学来分析和解决实际问题，在实际的智能生产时，不能忽视设计阶段的智能化实现，只有改善设计，完善设计，才能真正意义的实现智能化。
参考文献：
[1]张曙．工业4.0和智能制造[J]．机械设计与制造工程，2014（8）：1~5.
[2]朱敏慧．《中国制造2025》与“工业4.0”[J].汽车与配件，2015（21）：36~39．
[3]高颖阁，蔡小平，李飞，等．巧谈柔性车身生产线的改造开发———装备制造技术，2012（2）：128~130.