方志彬 焦楊 楊帆 安慧 陳霏 聞向陽(yáng)

（長(zhǎng)春富維安道拓汽車飾件系統(tǒng)有限公司，長(zhǎng)春130033）

1 前言

傳統(tǒng)的汽車門內(nèi)護(hù)板是汽車內(nèi)飾件的代表產(chǎn)品之一，相比較其它產(chǎn)品來(lái)說(shuō)有需求量大、原材料和成品庫(kù)存多、工藝流程復(fù)雜、手工勞動(dòng)密集、不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等特點(diǎn)[1]。主要工藝包括注塑工藝，如主框架、上框架、中插、扶手、雜物斗等骨架的生產(chǎn)，其中部分產(chǎn)品，如中部插件和扶手，采用了預(yù)裁軟質(zhì)小面料常壓合模注塑技術(shù)（Precutting Small Soft Skin Close Mould Technology，P3SC），完成軟質(zhì)面料一次性注塑鑲嵌；包覆工藝包含了真空成型（陽(yáng)模成型、陰模成型）和噴膠、滾膠后的復(fù)合翻邊；澆注工藝主要應(yīng)用在骨架發(fā)泡、骨架與表皮一次發(fā)泡成型等工序；沖切工藝主要用在上框架、本體沖孔等工序；總成裝配包含了預(yù)裝配、焊接（超聲波焊接、熱鉚焊接）、總成裝配、成品檢測(cè)等。

本次研究的門內(nèi)護(hù)板生產(chǎn)工藝流程如下所述：主框架為注塑后進(jìn)行沖切和裝飾條熱鉚焊接，上框架為注塑后進(jìn)行真空成型、翻邊和沖切，雜物斗在注塑后進(jìn)行沖切，中插為注塑后將軟面料進(jìn)行復(fù)合，扶手為注塑骨架發(fā)泡、發(fā)泡后進(jìn)行真空成型、翻邊，在預(yù)裝工序完成主框架、上框架、雜物斗、中插、扶手等部件的裝配，之后進(jìn)行總成焊接、總成裝配和檢測(cè)。

為了靈活適應(yīng)當(dāng)下車型更新?lián)Q代快、配置多等特點(diǎn)，同時(shí)也為了適應(yīng)“智能制造”的生產(chǎn)模式，汽車門內(nèi)護(hù)板的生產(chǎn)布局突破傳統(tǒng)的單產(chǎn)品專機(jī)生產(chǎn)模式，按照不同生產(chǎn)工藝單元進(jìn)行模塊化布局，實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品柔性化生產(chǎn)，提升工藝設(shè)備使用效率。

整體生產(chǎn)平面依照工廠布局的10大原則（相鄰、充分利用立體空間、統(tǒng)一、最短距離、物流順暢、減少存貨、便于信息流動(dòng)、安全、環(huán)境美觀和靈活機(jī)動(dòng)）和4大方法（工藝流程法、產(chǎn)品布局法、混合布局法、相關(guān)分析法）進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，整體目標(biāo)是有效利用廠房地面、空間和生產(chǎn)設(shè)備（空間利用率＞40%、道路資源占比＜20%、生產(chǎn)區(qū)域占比＞60%），同時(shí)整體布局還要便于日常生產(chǎn)管理需求[2]。

2 注塑單元集中修切下件后空中智能存儲(chǔ)配送模式

注塑單元采用獨(dú)立生產(chǎn)區(qū)域布局，由于注塑生產(chǎn)時(shí)需要吊車進(jìn)行模具換模，所以對(duì)廠房有具體要求，如注塑模具維修地面承重要求＞10 t/㎡、注塑機(jī)地基按照具體機(jī)型需求進(jìn)行設(shè)計(jì)（如1600T級(jí)注塑機(jī)地面承重為11 t/㎡，900T級(jí)注塑機(jī)地面承重8 t/㎡，建議使用混凝土密封固化地面）、廠房高度建議＞12 m、天車基座滿足50 t起重需求，同時(shí)注塑機(jī)使用的電量、壓縮空氣、冷卻水都比較大，都要根據(jù)具體注塑機(jī)數(shù)量進(jìn)行匹配。

門內(nèi)護(hù)板的大部分組成部件都涉及到注塑工藝，所以注塑布局、生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品的儲(chǔ)存模式直接影響到生產(chǎn)廠房的面積利用效率。本項(xiàng)目中注塑機(jī)生產(chǎn)布局采用集中修切下件模式，同時(shí)根據(jù)注塑機(jī)的型號(hào)進(jìn)行分類，如1600T注塑機(jī)在一個(gè)區(qū)域、1000T注塑機(jī)在一個(gè)區(qū)域，此種模式打破傳統(tǒng)一人一機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)模式，本項(xiàng)目14臺(tái)注塑機(jī)設(shè)計(jì)為2個(gè)集中下件點(diǎn)，如圖1所示（集中下件點(diǎn)的數(shù)量根據(jù)注塑機(jī)數(shù)量和工藝模式具體設(shè)計(jì)），為了減少直產(chǎn)人員，在注塑生產(chǎn)區(qū)應(yīng)用多項(xiàng)自動(dòng)化技術(shù)，如料耙自動(dòng)修剪、光纖激光打碼、自動(dòng)化注塑鑲嵌等。通過(guò)同型號(hào)注塑機(jī)單元化、集中修切下件、自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，與傳統(tǒng)注塑機(jī)縱向平行排列獨(dú)立下件相比注塑區(qū)生產(chǎn)面積節(jié)約20%、直產(chǎn)人員效率提升29%。

圖1 注塑區(qū)生產(chǎn)平面布局

傳統(tǒng)注塑件儲(chǔ)存模式為器具地面存儲(chǔ)，為了提升生產(chǎn)廠房面積的利用率，注塑件采用智能積放鏈進(jìn)行空中存儲(chǔ)，儲(chǔ)存模式為雙吊點(diǎn)掛具。在集中修切下件點(diǎn)，操作者將其裝入雙吊點(diǎn)掛具中，之后操作人員將器具內(nèi)的產(chǎn)品信息寫(xiě)入射頻識(shí)別卡（Radio Frequency Identification，RFID），積放鏈通過(guò)識(shí)別雙吊點(diǎn)掛具上的RFID，將裝有注塑件的雙吊點(diǎn)掛具送入設(shè)定軌道。同時(shí)MES與WCS進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)接，下件按照生產(chǎn)線需求直接由智能積放鏈配送到使用點(diǎn)，使用點(diǎn)設(shè)計(jì)有緩存軌道，能同時(shí)到達(dá)多種產(chǎn)品的雙吊點(diǎn)掛具，以保證使用點(diǎn)對(duì)不同配置需求。積放鏈能實(shí)現(xiàn)注塑件的智能化存儲(chǔ)與配送，使庫(kù)區(qū)內(nèi)的存儲(chǔ)信息實(shí)時(shí)化，同時(shí)還能節(jié)省廠房的地面使用面積，提升廠房的空間利用率。注塑積放鏈如圖2所示。

圖2 雙吊點(diǎn)掛具積放鏈

本次研究的門內(nèi)護(hù)板主框架、雜物斗、上框架骨架、中插骨架、扶手骨架均采用上述模式完成。

3 包覆生產(chǎn)單元自動(dòng)化、信息化生產(chǎn)模式

包覆件目前在汽車內(nèi)飾應(yīng)用比較廣泛，主要作用是提升了內(nèi)飾的裝飾性和舒適度。包覆工藝分為一次包覆和二次包覆，傳統(tǒng)包覆多為一次性包覆，即一次性就可以完成包覆（含真空成型工藝）。二次包覆是在骨架上先粘貼一定厚度的海綿，根據(jù)骨架型面修剪后再覆上表皮層，多適用于有特征線及軟硬要求不同或者型面比較復(fù)雜的零部件。二次包覆效果更佳，但由于增加了工序，成本相對(duì)較高[3]。本文研究門內(nèi)護(hù)板項(xiàng)目的3個(gè)包覆件上框架、中插、扶手都是通過(guò)一次性包覆工藝完成。

包覆工藝涉及的原材料主要有注塑骨架、軟質(zhì)護(hù)面和粘接劑，根據(jù)客戶需求及車型對(duì)材料的定位進(jìn)行選擇，比如軟質(zhì)護(hù)面包括真皮、PVC、PU、發(fā)泡層、泡沫、PET等，粘接劑也分為溶劑膠、水性膠和熱熔膠等。以上述框架為例，制造工藝過(guò)程如圖3所示。

圖3 門內(nèi)護(hù)板上框架工藝過(guò)程

針對(duì)此類產(chǎn)品生產(chǎn)流程，傳統(tǒng)生產(chǎn)方式為人工持噴槍進(jìn)行噴膠、人工負(fù)責(zé)半成品的轉(zhuǎn)運(yùn)、人工包覆翻邊修整等。近幾年隨著自動(dòng)化與信息化技術(shù)的快速發(fā)展、人工費(fèi)用的增大以及客戶對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程工藝一致性、產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提升，傳統(tǒng)人工生產(chǎn)的弊端不斷凸顯，如噴膠量穩(wěn)定性差、包覆件質(zhì)量不穩(wěn)定等。本次研究的門內(nèi)護(hù)板項(xiàng)目3個(gè)包覆件采用了一種全新的智能化生產(chǎn)模式，噴膠工序采用機(jī)器人自動(dòng)噴涂，同時(shí)將噴膠工序設(shè)計(jì)為快速換模形式進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多產(chǎn)品柔性生產(chǎn)。烘干爐采用“雙開(kāi)過(guò)廊式”的爐腔設(shè)計(jì)，便于烘干的物料器具在其工序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化轉(zhuǎn)運(yùn)。整個(gè)包覆生產(chǎn)單元各個(gè)工序通過(guò)自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Au?tomated Guided Vehicle，AGV）與MES進(jìn)行對(duì)接，完成了包覆生產(chǎn)單元內(nèi)部各工序間的物流自動(dòng)化傳遞，實(shí)現(xiàn)了同一單元完成上框架、中插、扶手3大件的包覆柔性化生產(chǎn)。包覆生產(chǎn)單元的生產(chǎn)平面布局如圖4所示。

AGV的運(yùn)行轉(zhuǎn)運(yùn)軌跡如圖4中箭頭方向

圖4 門內(nèi)護(hù)板包覆生產(chǎn)單元平面布局

生產(chǎn)線路1（上框架）為1、3、5、2、4、6/7；生產(chǎn)線路2(中部生產(chǎn)）為1、3、8、2、4、9；生產(chǎn)路線3（扶手生產(chǎn)）為1、3、5、2、4、10/11。

各工序間采用潛伏式AGV背馱器具，按照MES傳遞給AGV控制系統(tǒng)的生產(chǎn)信息自動(dòng)化運(yùn)行。AGV系統(tǒng)會(huì)根據(jù)訂單計(jì)劃及噴膠胎模的更換，自動(dòng)識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)應(yīng)的物料器具，同時(shí)能確保包覆單元各個(gè)工藝加工后物料的先進(jìn)先出，進(jìn)而保證膠水的開(kāi)放時(shí)間、烘干時(shí)間等工藝要求，降低產(chǎn)品開(kāi)膠風(fēng)險(xiǎn)。

包覆單元的噴膠工位具備5～10 min快速換模功能，采用4臺(tái)AGV負(fù)責(zé)11點(diǎn)工序間的自動(dòng)傳遞功能。相同條件下整體投資節(jié)約30萬(wàn)元左右，每班節(jié)省2人。

4 利用AGV實(shí)現(xiàn)總成裝配前二次加工件的智能化存儲(chǔ)與配送

針對(duì)本次研究的門內(nèi)護(hù)板項(xiàng)目的上框架、中插、扶手、雜物斗等自制二次加工件，集中建立無(wú)人倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)區(qū)，利用AGV和WCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)運(yùn)。AGV采用全向舉升形式，線路導(dǎo)航為二維碼模式，如圖5所示。無(wú)人倉(cāng)設(shè)計(jì)2個(gè)入貨口和2個(gè)出貨口，出入貨口安裝對(duì)射掃描裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)出入器具的RFID進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，進(jìn)而智能化控制無(wú)人倉(cāng)內(nèi)貨物的數(shù)量及種類。無(wú)人倉(cāng)入貨口的滿箱物料器具由倉(cāng)外物流轉(zhuǎn)運(yùn)AGV送至無(wú)人倉(cāng)指定位置，之后由倉(cāng)內(nèi)AGV按照WCS和AGV群組控制系統(tǒng)的交互信息結(jié)果將其轉(zhuǎn)運(yùn)到指定位置，倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)排列采用“2+1”存儲(chǔ)模式，即每2排器具之間留出1條轉(zhuǎn)運(yùn)通道，如圖6所示。無(wú)人倉(cāng)出貨順序根據(jù)生產(chǎn)需求由MES將信息傳遞給WCS后，再由WCS識(shí)別具體位置觸發(fā)AGV群組的調(diào)度控制系統(tǒng)，倉(cāng)內(nèi)AGV按照具體接受信息完成物料器具轉(zhuǎn)運(yùn)，將其放到出貨的指定位置，之后由外部物流轉(zhuǎn)運(yùn)AGV完成無(wú)人倉(cāng)與裝配線2個(gè)生產(chǎn)單元之間的轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)此AGV還負(fù)責(zé)將空物料器具送回至二次加工的下件區(qū)，如包覆成品區(qū)、沖切后區(qū)域等。

圖5 全向舉升式AGV

圖6 為器具車轉(zhuǎn)運(yùn)模式

5 總成裝配生產(chǎn)模式研發(fā)

汽車門內(nèi)護(hù)板總成裝配主要包括預(yù)裝配、焊接、總成裝配3大部分，生產(chǎn)模式為準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程如圖7所示。

圖7 門內(nèi)護(hù)板總成裝配過(guò)程

汽車門內(nèi)護(hù)板預(yù)裝配設(shè)計(jì)有4種生產(chǎn)模式。

a.各種預(yù)裝件在預(yù)裝配線邊存放，預(yù)裝工序在仿形工作臺(tái)上完成，工序間物料傳遞為人工傳遞。此模式成本低、占地面積小、柔性程度較高、布局可臨時(shí)調(diào)整，適用產(chǎn)量較小、產(chǎn)品預(yù)裝配結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、同一品牌相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)，產(chǎn)品換代時(shí)工作臺(tái)根據(jù)實(shí)際情況延用或新做，工位數(shù)量可增加或減少；

b.各種預(yù)裝件在預(yù)裝配線邊存放，預(yù)裝工作在低速運(yùn)轉(zhuǎn)的皮帶線上完成，此模式成本較低、工序間為自動(dòng)傳遞，適用產(chǎn)量適中、產(chǎn)品預(yù)裝配結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、同一品牌相似產(chǎn)品混線生產(chǎn)，產(chǎn)品換代時(shí)預(yù)裝皮帶線長(zhǎng)度也可更改或直接延用；

c.各種預(yù)裝件在預(yù)裝配線邊存放，預(yù)裝工作在全自動(dòng)倍速鏈托盤(pán)上進(jìn)行，此模式生產(chǎn)效率高、托盤(pán)胎模仿形支撐充足，適應(yīng)產(chǎn)品預(yù)裝工序復(fù)雜、多種產(chǎn)品混線準(zhǔn)時(shí)化（JIT）生產(chǎn)模式，同時(shí)有利于生產(chǎn)過(guò)程信息化管理，倍速鏈上每個(gè)托盤(pán)的預(yù)裝配生產(chǎn)信息都能與MES系統(tǒng)進(jìn)行鏈接，實(shí)現(xiàn)預(yù)裝生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、信息化和柔性化，但預(yù)裝物料配送仍采用批量配送的傳統(tǒng)模式。在產(chǎn)品換代時(shí)只需要將胎模進(jìn)行重新加工制造，線體一般不需要變更。本生產(chǎn)模式中的自動(dòng)化倍速鏈也可以采用無(wú)動(dòng)力“卡拉酷力”模式預(yù)裝線，該種模式投資成本較低，為人機(jī)配合完成托盤(pán)的空滿運(yùn)轉(zhuǎn)，采用一些輔助的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)助力人工操作；

d.各種預(yù)裝配所需的零件采用單輛份配送模式如圖8所示，預(yù)裝工作在全自動(dòng)倍速鏈托盤(pán)上進(jìn)行，如圖9所示。此種方式適合產(chǎn)量大、配置多且裝配工序復(fù)雜的產(chǎn)品，在預(yù)裝物料配送和預(yù)裝過(guò)程都符合自動(dòng)化、信息化、柔性化的需求，滿足未來(lái)智能制造“大批量個(gè)性化定制”的建設(shè)需求。

圖8 預(yù)裝配物料單輛份配送模式

圖9 預(yù)裝配自動(dòng)化倍速鏈

本文研究的門內(nèi)護(hù)板預(yù)裝配形式采用第1種模式，由于此項(xiàng)目預(yù)裝工序流較短，所以采用仿形工作臺(tái)完成，預(yù)裝配物料從散件庫(kù)和無(wú)人倉(cāng)內(nèi)由AGV根據(jù)訂單信息按需完成配送。

汽車門內(nèi)護(hù)板總成焊接設(shè)計(jì)2種模式即專機(jī)焊接模式和柔性化焊接模式。

專機(jī)焊接模式（圖10）節(jié)拍快、效率高、焊點(diǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性高，但不易改造、通用性差。適用產(chǎn)量大、匹配質(zhì)量要求高的產(chǎn)品。

圖10 專用焊機(jī)

柔性焊接模式（圖11）基本由XY機(jī)械手、六軸機(jī)器人單獨(dú)或者組合而成，產(chǎn)品傳輸由自動(dòng)化倍速鏈承載胎模完成，具體設(shè)計(jì)形式要根據(jù)產(chǎn)品的焊點(diǎn)形狀、數(shù)量、節(jié)拍等綜合指標(biāo)進(jìn)行。此模式適應(yīng)多品種、配置多的產(chǎn)品混線生產(chǎn)，同時(shí)也適應(yīng)智能制造的高度自動(dòng)化、信息化、柔性化的需求。

圖11 柔性化焊機(jī)

本文研究的門內(nèi)護(hù)板焊接模式采用專機(jī)焊接，由于所加工產(chǎn)品的產(chǎn)量大、節(jié)拍快且匹配質(zhì)量要求高。為了適應(yīng)新產(chǎn)品換型頻繁，提高焊接設(shè)備的利用率，將進(jìn)一步研發(fā)可進(jìn)行換模的專用焊機(jī)，在基于專機(jī)的基礎(chǔ)上具備快速換模功能，換模時(shí)間約為5～15 min/工位。

焊接后總成裝配設(shè)計(jì)可以采用工作臺(tái)和皮帶線2種生產(chǎn)模式。

a.工作臺(tái)總裝模式適應(yīng)裝配方式簡(jiǎn)潔、工位少、產(chǎn)量相對(duì)較低的產(chǎn)品。工裝簡(jiǎn)易且成本低，工作臺(tái)形式主要有仿型支撐翻轉(zhuǎn)式、平面式、線棒支撐點(diǎn)式等；

b.皮帶線總裝模式具有通用性強(qiáng)、操作靈活度高等特點(diǎn)，適合總裝工位多、產(chǎn)量較大的項(xiàng)目，能實(shí)現(xiàn)工序間自動(dòng)傳遞。

本文研究的門內(nèi)護(hù)板焊接后總成裝配采用皮帶線模式，滿足了其焊接后總成裝配工序多、產(chǎn)量大且節(jié)拍快等需求。該項(xiàng)目總成裝備過(guò)程為單件流模式，生產(chǎn)過(guò)程信息由MES系統(tǒng)進(jìn)行管理，總成裝配后的產(chǎn)品按照FIS訂單進(jìn)行排序發(fā)貨。

6 結(jié)束語(yǔ)

智能生產(chǎn)不僅僅是簡(jiǎn)單的無(wú)紙化、省人化、信息透明化，更應(yīng)該是借助自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化等技術(shù)，以產(chǎn)品質(zhì)量提升為首位，實(shí)現(xiàn)降本增效，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力[4]。

面對(duì)汽車門內(nèi)護(hù)板制造工藝的復(fù)雜性，可以逐步完成智能化工廠的建設(shè)，從生產(chǎn)單元、生產(chǎn)線、生產(chǎn)車間、整體工廠進(jìn)行逐級(jí)探索。本文涉及的注塑集中修切下件技術(shù)、激光打碼技術(shù)、自動(dòng)化注塑鑲嵌技術(shù)、物料智能化存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)運(yùn)積放鏈技術(shù)、AGV在物料及生產(chǎn)工序間應(yīng)用技術(shù)、自動(dòng)化噴膠技術(shù)、柔性焊接技術(shù)、MES及WCS等信息管理技術(shù)等都是為未來(lái)建設(shè)智能化工廠做出的有益探索。