王永亮，榮勝波

(1.沈陽職業(yè)技術學院汽車分院，遼寧沈陽110015;2.中國科學院沈陽自動化研究所，遼寧沈陽 110016)

卡車縱梁自動生產線物料跟蹤系統(tǒng)的研究與實現

王永亮1，榮勝波2

(1.沈陽職業(yè)技術學院汽車分院，遼寧沈陽110015;2.中國科學院沈陽自動化研究所，遼寧沈陽 110016)

主要討論卡車縱梁全自動生產過程中的物料跟蹤方案。為了滿足卡車縱梁全自動生產線柔性化生產的需要，在生產過程中需要對每一個縱梁進行唯一性標識。在分析不同標識方案的基礎上選擇了二維碼的標識方案，并依據此方案進行軟硬件的設計。

卡車縱梁;自動生產線;物料跟蹤系統(tǒng);二維碼

車架是重要的汽車部件之一，其主要作用是支承、安裝汽車發(fā)動機及其各部件、總成，形成汽車整體造型，并接受發(fā)動機的動力，使汽車產生運動，保證汽車正常行駛。由于不同車型底盤上的配置不同而使得車架縱梁的形狀、尺寸及孔的數量、大小及分布亦會不同，因此車型的多樣化以及發(fā)動機等核心零部件的更新換代等變化都對車架縱梁生產產生影響。為了實現汽車生產的規(guī)模效益，必然要求汽車縱梁生產的自動化和柔性化，以適應越來越多車型的需要。而對于汽車縱梁這種特殊的產品，要實現自動化、柔性化生產，其在生產過程中的標識和識別是首先需要解決的問題［1］。

1 卡車縱梁生產的工藝流程

卡車縱梁是一種用板材輥壓成型的U字形梁，在U形梁的腹面和翼面有直徑不等的孔用于在其上安裝各種汽車部件和總成?？ㄜ嚳v梁的生產主要需經歷以下加工流程:

(1)成卷的板材經過開卷輥壓成U型梁;(2)將U型梁在輥壓機末尾自動切成所需長度;(3)不同長度的U型梁被輸送到沖孔機處進行沖孔。沖孔分為腹面沖和三面沖兩種，不同縱梁型號有不同的要求，且沖孔位置、數量、孔徑都隨著縱梁型號的不同而變化，這也給縱梁標識帶來一定的難度;

(4)縱梁通過等離子切割，在其長、寬、高方向形成所需斷面形狀;

(5)縱梁經過拋丸機進行表面拋丸處理;

(6)縱梁經過折彎機，在長度方向對其進行折彎，形成最終所需的形狀。

(7)縱梁加工完畢 (如圖1所示為卡車縱梁外形圖)，最后就是檢查、入半成品庫。

在整個工藝流程中，并不是所有縱梁都需要進行等離子切割和折彎，而是隨型號而定。由于卡車縱梁生產工藝的多環(huán)節(jié)，以及某些環(huán)節(jié)需對工件進行去除材料操作，為縱梁在整個生產線上的識別帶來了很大的難度。為了實現卡車縱梁在生產過程中的跟蹤，設計的物料跟蹤方案應能使工件順利通過各道加工工位，而且在經過各道工位的前后都能對工件進行有效的識別且不受加工工藝的影響。

圖1 卡車縱梁外形

2 卡車縱梁標識方案的確定

目前，適用于工業(yè)產品的識別技術主要有條形碼技術、二維碼技術、RFID技術和光學字符識別技術。

相比于其他識別技術，二維碼技術主要有以下優(yōu)點［2］:

(1)信息存儲密度大，是一維條形碼的50倍，1 cm2的面積即可打印10～20個字符;

(2)可用針打、噴墨、激光及化學腐蝕等方法打印;

(3)由于打碼時所有格子的大小都是一樣的，線條粗線一致，比例一致，所以全部可以直接讀取，無須精確的矯正;

(4)由于編碼標準化且標識的圖案一致性好，所以數據讀取的準確度高。

(5)尤其是氣動打標方案，打標速度快，且形成永久標識，讀取方便準確。

由前一節(jié)所述的卡車縱梁加工工藝流程可知，卡車縱梁的加工需經過多道加工工位，其中最關鍵的是工件需要經過拋丸處理。一維條形碼、RFID及光學字符方案都無法保證卡車縱梁在經過拋丸處理后，標識碼或字符仍完整且不影響讀取。經過比較和驗證，最終決定采用二維碼標識方案。如圖2所示為工件上二維碼的圖案。

圖2 二維碼圖案

3 卡車縱梁生產線物料跟蹤系統(tǒng)的控制

整條生產線的控制系統(tǒng)由兩層構成:上層是上位管理系統(tǒng)，由數據服務器、管理員站和操作員站組成，負責整個車間的控制與協調;底層為現場控制單元，根據整個車間劃分成不同的控制單元進行區(qū)域控制，單元之間的協調由上層控制系統(tǒng)完成［3］。圖3為硬件網絡圖，圖中只顯示了打標和識別單元，其他控制單元同樣通過以太網交換機與光纖環(huán)網相連。

如圖4所示，上位管理系統(tǒng)包括的主要功能模塊有現場監(jiān)控管理模塊、生產計劃管理模塊、計劃排產模塊、工件圖紙歸檔管理模塊、標識位置搜索模塊、標識讀取模塊、LED顯示模塊等。其中標識位置搜索模塊負責根據工件圖紙歸檔管理模塊提供的縱梁型號，自動地在工件上搜索可供打印二維碼標識的空白區(qū)域，并結合最終縱梁的裝配，在搜索出來的可用區(qū)域中選擇一個最佳位置提供給二維碼打標機定位系統(tǒng)，根據此信息定位系統(tǒng)在其系統(tǒng)坐標系內將打標機準確地定位到打標位置，然后系統(tǒng)控制打標機將計劃排產模塊生成的打標內容打印到卡車縱梁的指定位置，形成整個生產過程中的唯一標識［4］。

圖4 車間控制系統(tǒng)主要功能模塊

在每一個加工工位前都配有一個二維碼標識讀取裝置即掃描儀，同時在輸送輥道上設有檢測開關，以檢測縱梁是否到達掃描位置。掃描儀根據縱梁到達與否的信號決定是否進行讀取。當掃描儀讀取到二維碼信息后就將該信息提供給對應加工工位的單元控制器，該加工工位的單元控制器內存儲有多套加工程序來針對不同型號縱梁的加工，當單元控制器得到縱梁型號信息后，會自動調用相應程序進行加工，加工完畢后，通過輥道將縱梁運離該工位。

通過二維碼打印和掃描識別系統(tǒng)，將整條生產線上的所有工位有機地聯系起來，從而實現整條生產線的自動化柔性生產。

4 二維碼打印識別系統(tǒng)的實現

控制系統(tǒng)通過標識位置搜索模塊在縱梁的側面進行位置搜索，搜索到的位置以二維坐標的形式給出，其中原點定在縱梁側面底角點。為此需要一套機械裝置和控制機構來實現二維碼打標機的定位，并最終將標識打在搜索到的位置上。這樣一套定位機構主要由沿縱梁長度方向和高度方向的兩個伺服定位裝置和縱梁寬度方向的氣缸定位裝置構成。兩個伺服定位裝置實現打標機在縱梁側平面內的準確定位。而縱梁寬度方向由氣缸進行定位，該定位能實現打標機在不打標時退到一個安全距離位置，打標時則在縱梁寬度方向將打標機定位到打標位置，如圖5所示。

圖5 打標機械機構

如圖3左下部分所示，系統(tǒng)控制硬件包括2套伺服電機、1套伺服驅動系統(tǒng)以及1個人機界面 (觸摸屏)。伺服驅動系統(tǒng)負責與上位系統(tǒng)通訊，取得打標機定位信息，控制伺服電機進行定位。驅動系統(tǒng)還與打標機控制器進行通訊，告知打標機定位與否的信號，打標機控制器根據此信號決定是否進行打標操作。同時打標控制器還與上位機進行直接通訊，來取得打標的信息 (字符序列)，最終將該信息準確地打印到縱梁的指定位置上。

5 結束語

卡車縱梁因為體積大、質量大，所以縱梁的生產一直以來采用的都是單工位生產，工位布置比較分散，工件在工位之間通過磁力吊和臺車進行運輸，加工效率低，且需要大量工人在現場進行配合操作，同時不同品種縱梁確認和加工程序的更換也繁瑣費時，所以對其進行全自動化生產成為亟需解決的一個難題。

而在縱梁全自動化生產的整個過程中，各工位的自動化程序切換及工裝夾具更換的問題都已得到解決，工件的自動化跟蹤識別和在各工位之間的轉運成為縱梁全自動生產的一個重點問題［5］。作者針對該問題，提出采用二維碼的打印和識別作為工件在整個生產環(huán)節(jié)的跟蹤識別方案。該方案解決了工件跟蹤識別與縱梁加工工藝之間的諸多矛盾，為卡車縱梁自動化生產的實現提供了可行的解決方案。

【1】徐輝，葛茂根，張銘鑫.面向MES的柔性裝配過程物料追蹤方法研究［J］.機械工程師，2011(7):1－3.

【2】李興無，莫文火，李輝.國際標準GM二維條碼的優(yōu)勢與應用［J］.廣西輕工業(yè)，2009(11):66－67.

【3】張連成，夏國平.面向生產過程的物料多跟蹤監(jiān)控模式及協調方法研究［J］.組合機床與自動化加工技術，2008(6):8－13.

【4】張國夫.汽車零部件二維碼標刻應用技術［J］.現代零部件，2009(8):74－76.

【5】楊峻.基于MES構架的焊管生產線測量點物料跟蹤系統(tǒng)設計［D］.上海:復旦大學，2006.

Research and Im p lementation of the Material Tracking System in the Truck Beam Automatic Manufacturing Line

WANG Yongliang1，RONG Shengbo2
(1.Automobile Branch College，Shenyang Vocational Technology College，Shenyang Liaoning 110015，China;
2.Shenyang Institute of Automation，Chinese Academy of Sciencer，Shenyang Liaoning 110016，China)

Thematerial tracking system in the truck beam automatic manufacturing line was discussed.To satisfy the need of flexiblemanufacture of the truck beam production，the beam should be identified with a uniquemark.After comparing differentmarking systems，2-dimensional bar code was chosen as the final scheme and the designs of hardware and software system were described.

Truck beam;Automatic manufacturing line;Material tracking system;2-dimensional bar code

U468.4

A

1001－3881(2013)8－114－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2013.08.039

2012－03－06

王永亮 (1980—)，女，碩士研究生，講師。E－mail:273346609@qq.com。