馬庭松

摘 要：汽車總裝智能制造系統(tǒng)由各個(gè)功能模塊組成，負(fù)責(zé)車身位置的實(shí)時(shí)追蹤、裝配力矩控制管理、加注控制管理、零部件裝配防錯(cuò)、生產(chǎn)線設(shè)備的管理和技術(shù)檢測，以及不合格車輛返工管理。通過生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，形成建議或決策指令，給予生產(chǎn)技術(shù)支持，促進(jìn)生產(chǎn)過程管理能力提升，降低不合格品的流出。

關(guān)鍵詞：智能制造；車身定位；RFID；工藝指令；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)；智能決策

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的產(chǎn)品需要按照客戶多樣化的需求來組織生產(chǎn)銷售。以汽車為例，不同的客戶會(huì)有不同的使用需求，比如同一種車型要求裝配不同的儀表板，不同的電氣功能，多彩的內(nèi)飾件等。這些個(gè)性化的需求組合在一起，相對(duì)于過去幾種配置的汽車產(chǎn)品，會(huì)產(chǎn)生海量的配置差異。

對(duì)于汽車制造廠而言，生產(chǎn)這些定制化的產(chǎn)品，生產(chǎn)線的物料組織以及工藝設(shè)計(jì)會(huì)非常復(fù)雜。如何保證正確的零部件送到裝配工位，并通過設(shè)備正確地裝配到車身上，是個(gè)行業(yè)內(nèi)的難題。通過電氣自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)這種復(fù)雜的裝配要求，自動(dòng)化控制系統(tǒng)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)的難度大。而且需求越復(fù)雜，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的成本也會(huì)越高。

本文重點(diǎn)介紹汽車行業(yè)總裝專業(yè)一種智能制造設(shè)計(jì)方案，以提升生產(chǎn)線設(shè)備智能化水平，滿足定制化產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，同時(shí)提高生產(chǎn)線的防錯(cuò)能力，促進(jìn)生產(chǎn)效率和質(zhì)量的提升。

智能制造的意義

智能制造打破了傳統(tǒng)制造業(yè)的模式，是一種全新的技術(shù)革命，通過萬物互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造的高度協(xié)同。實(shí)施智能制造的意義如下。

1）從傳統(tǒng)大批量標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)方式，升級(jí)為大批量定制化生產(chǎn)方式，促進(jìn)生產(chǎn)方式的改變。

2）準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以正確的路徑及時(shí)傳遞給正確的人和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的資源效率優(yōu)化，同時(shí)促進(jìn)過程響應(yīng)敏捷性的提高。

3）從傳統(tǒng)制造業(yè)的經(jīng)驗(yàn)決策模式，升級(jí)為數(shù)據(jù)+算法的智能決策模式。

智能制造的功能模塊

智能制造在汽車總裝專業(yè)的應(yīng)用，主要包括車身定位、工藝指令、力矩控制、加注控制、關(guān)鍵件防錯(cuò)、輔助裝配、設(shè)備管理及返工管理等功能模塊，如圖1所示。

1.車身定位模塊

車身定位對(duì)于智能制造系統(tǒng)，是非常關(guān)鍵的一個(gè)功能模塊，也是智能制造系統(tǒng)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。通常車身定位通過RFID實(shí)現(xiàn)，RFID標(biāo)簽與車身一一對(duì)應(yīng)。RFID標(biāo)簽安裝通常有兩種形式，一種裝在車身的載具上，另一種是直接安裝在車身上，對(duì)于后一種，在車身裝配完成下線后，需將RFID標(biāo)簽統(tǒng)一回收，送至總裝生產(chǎn)線的起始點(diǎn)，循環(huán)使用。RFID標(biāo)簽芯片可支持反復(fù)擦寫，擦寫的內(nèi)容根據(jù)實(shí)際工藝需求來定，比較常見的有寫入車身VIN碼信息、整車物料代碼信息等。

總裝生產(chǎn)線起始點(diǎn)以及各工段入口都裝有讀寫頭，可實(shí)時(shí)讀取RFID標(biāo)簽信息。車身通過機(jī)運(yùn)線從涂裝輸送到總裝生產(chǎn)線的10點(diǎn)，RFID讀寫器讀到標(biāo)簽信號(hào)，將該車輛的VIN碼與標(biāo)簽進(jìn)行綁定，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽與VIN一一對(duì)應(yīng)。車身定位模塊通過各工段的讀寫頭讀取車身進(jìn)出工段的信息，同時(shí)監(jiān)控總裝機(jī)運(yùn)線的線速和實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)車身流轉(zhuǎn)的精確定位。

因智能制造系統(tǒng)的其他功能模塊都需用到準(zhǔn)確的車身信息，才能保證智能制造系統(tǒng)正確高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，故車身定位模塊在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮防錯(cuò)機(jī)制，減少網(wǎng)絡(luò)延遲、機(jī)運(yùn)線異常等造成車身定位信息的數(shù)據(jù)異常。

2.工藝指令模塊

在未開發(fā)智能制造系統(tǒng)之前，涉及零部件裝配過程的力矩、加注、零部件信息等一般設(shè)置在設(shè)備控制器中。以力矩為例，工藝指令為擰緊機(jī)的JOB號(hào)，設(shè)置在擰緊服務(wù)器或者各擰緊機(jī)的控制器中，通過操作人員掃描車身的隨車卡，掃描獲取的VIN碼和整車物料代碼信息上傳擰緊服務(wù)器或者控制器，服務(wù)器或控制器調(diào)用對(duì)應(yīng)的JOB號(hào)執(zhí)行擰緊作業(yè)，擰緊結(jié)果存儲(chǔ)在擰緊機(jī)控制器中并上傳擰緊服務(wù)器。

在開發(fā)智能制造系統(tǒng)后，所有擰緊、加注工藝指令參數(shù)、零部件代碼與整車物料號(hào)一一關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)的對(duì)應(yīng)關(guān)系存儲(chǔ)在工藝指令模塊的數(shù)據(jù)庫中，由各設(shè)備系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行。對(duì)應(yīng)關(guān)系的首次錄入由工藝人員完成，后續(xù)新車型上線生產(chǎn)前，仍由工藝人員提前錄入對(duì)應(yīng)關(guān)系。

整車物料號(hào)與工藝參數(shù)指令之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是智能制造系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。每次新對(duì)應(yīng)關(guān)系的錄入，可以根據(jù)各公司的實(shí)際運(yùn)營情況，增加錄入審核流程。再結(jié)合新產(chǎn)品首臺(tái)車的生產(chǎn)驗(yàn)證工作確認(rèn)錄入對(duì)應(yīng)關(guān)系的準(zhǔn)確性。

3.力矩控制模塊

如圖2所示，生產(chǎn)線擰緊機(jī)連接在智造系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，智造系統(tǒng)的力矩控制模塊與每臺(tái)擰緊機(jī)通信并進(jìn)行相應(yīng)管理，發(fā)送JOB號(hào)，獲取擰緊的過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)。

智能制造系統(tǒng)工藝指令模塊設(shè)定整車物料號(hào)、JOB號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系，擰緊機(jī)控制器中設(shè)定JOB號(hào)和擰緊點(diǎn)數(shù)、各擰緊點(diǎn)的擰緊步驟以及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和力矩目標(biāo)等關(guān)系。

車身到達(dá)某一擰緊工位，車身定位系統(tǒng)將該車輛的VIN碼交互MES，并獲取整車代碼給工藝指令模塊，自動(dòng)調(diào)取該工位擰緊機(jī)執(zhí)行的JOB號(hào)給力矩控制模塊，力矩控制模塊將JOB號(hào)發(fā)送給指定的擰緊機(jī)執(zhí)行自動(dòng)擰緊，擰緊結(jié)果上傳給力矩控制模塊。擰緊結(jié)果合格，發(fā)OK信號(hào)給機(jī)運(yùn)線PLC放行，否則通知機(jī)運(yùn)線PLC運(yùn)行停止。

4.加注控制模塊

加注控制模塊與產(chǎn)線所有加注設(shè)備建立通信，包括變速器油、制動(dòng)液、防凍液及風(fēng)窗清洗液等各種液體加注設(shè)備，同力矩控制模塊，車身到達(dá)加注工位，車身定位系統(tǒng)將該工位的VIN交互獲取整車代碼給工藝指令模塊，自動(dòng)調(diào)用加注的JOB號(hào)給加注控制模塊，加注控制模塊將JOB號(hào)下發(fā)該工位的加注設(shè)備執(zhí)行，加注結(jié)果上傳加注控制模塊，合格發(fā)送OK信號(hào)給機(jī)運(yùn)線PLC放行，否則通知機(jī)運(yùn)線PLC運(yùn)行停止。

5.關(guān)鍵件防錯(cuò)模塊

關(guān)鍵件防錯(cuò)兩種模式：第一種在工位實(shí)現(xiàn)，零部件裝配前掃描零件號(hào)，零件號(hào)上傳至智造系統(tǒng)關(guān)鍵件防錯(cuò)模塊，通過車身定位系統(tǒng)獲取的VIN，在系統(tǒng)中對(duì)比對(duì)應(yīng)的零件號(hào)信息，如零部件信息比對(duì)不正確，機(jī)運(yùn)線停止運(yùn)行，并給出錯(cuò)誤提示；第二種在工段末端的檢驗(yàn)工位實(shí)現(xiàn)，車身到達(dá)檢驗(yàn)工位，員工集中掃描該工段裝配的零部件編號(hào)，相關(guān)零件號(hào)信息上傳關(guān)鍵件防錯(cuò)模塊進(jìn)行比對(duì)，如比對(duì)結(jié)果異常，機(jī)運(yùn)線停止運(yùn)行，并給出錯(cuò)誤提示。

6.輔助裝配模塊

每個(gè)工位配置顯示屏及刷卡裝置，每班工作前，員工在工位刷卡，卡號(hào)信息上傳輔助裝配模塊，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)比數(shù)據(jù)庫中信息，識(shí)別是否具備本崗位操作權(quán)限，如不具備資格，系統(tǒng)給出報(bào)警提示，如該工位有設(shè)備，設(shè)備鎖定，禁止操作。

輔助裝配模塊數(shù)據(jù)庫中記錄每位員工的裝配技能信息和歷史裝配出錯(cuò)情況，比如員工張三在裝配A車型制動(dòng)管時(shí)，管路走向裝配錯(cuò)誤，系統(tǒng)記錄這一信息。張三當(dāng)班時(shí)，如A車型到達(dá)張三的工位，工位顯示屏顯示及正確的管路走向圖片，提示張三關(guān)注裝配要點(diǎn)。

分車型統(tǒng)計(jì)每個(gè)班次生產(chǎn)質(zhì)量問題、AUDIT信息及售后問題等信息，上述問題如果是制造過程造成的，車間工藝人員落實(shí)到具體的裝配工位，并在系統(tǒng)中維護(hù)裝配要點(diǎn)和核查要點(diǎn)，當(dāng)該車型到達(dá)該裝配工位時(shí)，系統(tǒng)推送具體裝配要點(diǎn)，通過工位顯示屏提示。對(duì)應(yīng)的車型到達(dá)工段末端的檢驗(yàn)點(diǎn)，系統(tǒng)推送針對(duì)性的核查要點(diǎn)，通過工位顯示屏提示。

7.設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊除了傳統(tǒng)的設(shè)備可動(dòng)率、設(shè)備故障管理、維修數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能，還可通過安裝傳感器，監(jiān)控電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流、溫度以及設(shè)備振動(dòng)情況，對(duì)于超出正常運(yùn)行范圍報(bào)警，通知保全人員及時(shí)檢查處理，減少故障的發(fā)生。并根據(jù)設(shè)備易損件的歷史消耗記錄，在部件損壞前提前提醒保全人員更換，做到預(yù)測性維護(hù)。如圖3所示。

8.返工管理模塊

對(duì)于車輛線下返工，設(shè)置單獨(dú)的返工站點(diǎn)，系統(tǒng)的返工管理模塊進(jìn)行相關(guān)管理工作。需返工的車輛到達(dá)返工站點(diǎn)，只有具備返工授權(quán)的人才可以登錄系統(tǒng)并進(jìn)行相關(guān)的返工操作，同時(shí)只有具備返工確認(rèn)授權(quán)的人員檢查返工質(zhì)量，并在系統(tǒng)中完成返工質(zhì)量確認(rèn)操作。否則，返工車輛無法完成MES系統(tǒng)的最終交付。

車輛的返工信息包括更換零部件的信息、裝配力矩等信息，與VIN對(duì)應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)后期追溯。

智能制造的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

車身定位模塊是制造系統(tǒng)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，工藝指令模塊是系統(tǒng)的執(zhí)行指令，力矩、加注、關(guān)鍵件防錯(cuò)、輔助裝配、設(shè)備管理及返工管理模塊是系統(tǒng)具體的執(zhí)行，執(zhí)行會(huì)產(chǎn)生大量的過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅僅是用于后期的追溯，更重要的是如何利用好這些數(shù)據(jù)提高生產(chǎn)管理水平，這里就要提到智能制造系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分——數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是將生產(chǎn)工藝人員分析這些數(shù)據(jù)的邏輯規(guī)則，通過編程語言編譯成軟件算法，智能制造系統(tǒng)通過這些軟件算法對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)生成有針對(duì)性的建議和決策。比如每個(gè)班次生產(chǎn)各車型的螺栓擰緊情況，有無力矩異常的擰緊點(diǎn)，異常點(diǎn)是否已由相關(guān)資質(zhì)的人處理，處理的結(jié)果有無按工藝規(guī)定要求進(jìn)行確認(rèn)，這些力矩異常點(diǎn)是不是集中同一個(gè)車型，是不是同一個(gè)擰緊工位，再對(duì)比之前生產(chǎn)的擰緊數(shù)據(jù)，判斷是否是批量問題，根據(jù)擰緊曲線初步判斷是否是標(biāo)準(zhǔn)件異常還是擰緊機(jī)異常等，再給出檢查建議，系統(tǒng)通知相應(yīng)的人員，檢查標(biāo)準(zhǔn)件和擰緊機(jī)的擰緊精度是否異常。對(duì)于質(zhì)量檢查出來的裝配問題，根據(jù)裝配輔助模塊的作業(yè)人員信息以及實(shí)際作業(yè)時(shí)間，初步分析是否與個(gè)人操作方法有關(guān)，如果是，提示班組長對(duì)該操作人員進(jìn)行針對(duì)性的作業(yè)培訓(xùn)。如果通過數(shù)據(jù)分析是共性問題，提示工藝人員分析是否與裝配工藝有關(guān)，如是則優(yōu)化裝配工藝。

結(jié)語

本文重點(diǎn)描述了汽車總裝智能制造的場景設(shè)計(jì)（物料系統(tǒng)本文未做描述），實(shí)現(xiàn)了智能制造系統(tǒng)從MES獲取生產(chǎn)信息，驅(qū)動(dòng)并管理生產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)采集過程中的設(shè)備加工數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)，通過一定的軟件算法，代替人工自動(dòng)分析這些數(shù)據(jù)背后隱含的意義，最終生成決策指令或建議，通知相應(yīng)的人員去處理，解放了人的部分腦力勞動(dòng)，提高了問題處理的響應(yīng)速度，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升，減少不合格品的流出。

隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，智能制造不僅僅是生產(chǎn)制造過程的智能化，最終發(fā)展為從客戶需求開始，涵蓋從根據(jù)需求定制的產(chǎn)品設(shè)計(jì)到工藝開發(fā)設(shè)計(jì)，以及零部件采購、生產(chǎn)制造、銷售及售后服務(wù)等全過程的智能化。

為了實(shí)現(xiàn)這些場景的智能化，傳感器、自動(dòng)化設(shè)計(jì)能力、信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及軟件算法等都需要進(jìn)一步升級(jí)發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)無人工廠。