楊磊　王海軍　牛利超

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)逐漸滲透到汽車涂裝生產(chǎn)線中，大大提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在汽車制造過程中，涂裝生產(chǎn)線是非常重要的組成部分，它不僅影響著汽車外觀的質(zhì)量，還關(guān)乎到汽車的防腐和耐磨性能。本研究探討了數(shù)字化在汽車涂裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用與未來發(fā)展趨勢。首先，介紹了汽車涂裝生產(chǎn)線的相關(guān)內(nèi)容，接著分析了汽車涂裝生產(chǎn)線中的常見問題，基于此，進(jìn)一步提出了數(shù)字化技術(shù)在汽車涂裝生產(chǎn)線的應(yīng)用路徑，并展望了數(shù)字化技術(shù)在汽車涂裝生產(chǎn)線中的未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化 汽車涂裝 生產(chǎn)線 發(fā)展趨勢

1 引言

汽車制造業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要支柱，其生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量直接影響到經(jīng)濟的發(fā)展。涂裝作為汽車制造過程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制尤為重要。傳統(tǒng)的涂裝生產(chǎn)線往往依賴人工操作，存在著生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。目前，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)成為了推動工業(yè)現(xiàn)代化的重要力量，因此，如何將數(shù)字化技術(shù)引入到汽車涂裝生產(chǎn)線中，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，成為當(dāng)前研究的熱點問題。

2 汽車涂裝生產(chǎn)線的工藝流程

汽車工件涂裝之前需提前進(jìn)行預(yù)處理，處理步驟包括除油、除銹、磷化、鈍化等，通過上述步驟去除工件表面的油污、銹跡、雜質(zhì)等，從而增加工件涂層的附著力。涂裝前，工件需要經(jīng)過靜電除塵處理，去除表面的灰塵、雜質(zhì)等，保證涂層的均勻性。工件經(jīng)過前處理和靜電除塵后，相關(guān)人員需要對其進(jìn)行噴涂處理。汽車工件需根據(jù)不同的工藝要求選擇不同的噴涂方式和涂料，如手動噴涂、自動噴涂、粉末噴涂等。相關(guān)人員完成噴涂作業(yè)后，就要對工件進(jìn)行加熱固化處理。通過這一流程使涂料在工件表面形成一層均勻、光滑、耐磨的涂層，然后在對工件進(jìn)行冷卻處理。完成所有的涂裝作業(yè)之后，相關(guān)人員需對工件的表面進(jìn)行檢查，確保工件表面的涂層質(zhì)量和外觀符合設(shè)計要求。因此，汽車涂裝生產(chǎn)線是一個復(fù)雜的過程，需經(jīng)過多個步驟和環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都需要嚴(yán)格的質(zhì)量控制和技術(shù)要求，最終才能確保生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和性能符合高標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 傳統(tǒng)汽車涂裝生產(chǎn)線的常見問題

3.1 線邊物料配送缺乏時效性

汽車工件涂裝過程中，相關(guān)人員要及時將產(chǎn)品物料清單上的原物料和包裝材料等全部放在生產(chǎn)線上，只有保證線邊物料配送的時效性，才能使裝配生產(chǎn)實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。然而，部分汽車制造企業(yè)在生產(chǎn)過程中，為了避免影響生產(chǎn)會提前將物料超額放在生產(chǎn)線旁邊，雖然這種做法能夠確保物料的充足性，但降低了使用率。并且無論是將物料放在倉庫還是生產(chǎn)線旁邊，都容易造成積壓。既會影響到汽車生產(chǎn)企業(yè)的資金流動，也會影響到車間的現(xiàn)場管理[1]。

3.2 車間信息采集缺乏時效性

汽車工件涂裝生產(chǎn)線對時效性要求較高，如果生產(chǎn)過程中采集到的數(shù)據(jù)缺乏實效性，就無法為車間生產(chǎn)和管理工作的時效性提供保障。一般情況下，汽車涂裝生產(chǎn)車間都會安裝監(jiān)控系統(tǒng)，就是為了能夠?qū)嵤┎杉嚓P(guān)數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)就能對生產(chǎn)工程中的異常情況做出判斷。然而，部分汽車生產(chǎn)制造企業(yè)涂裝生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集缺乏時效性，這樣一來采集到的數(shù)據(jù)就不能作為生產(chǎn)任務(wù)分配、質(zhì)量分析和產(chǎn)量分析的參考依據(jù)，相關(guān)人員也無法根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計庫存量，對汽車涂裝生產(chǎn)線的穩(wěn)定性也會造成干擾。

3.3 車身信息跟蹤缺乏時效性

車身信息跟蹤的主要目的是為了對汽車工件的生產(chǎn)過程進(jìn)行動態(tài)化管理，通過車身信息跟蹤能夠隨時掌握工件加工的具體位置、狀態(tài)以及數(shù)量等數(shù)據(jù)，相關(guān)人員根據(jù)跟蹤數(shù)據(jù)也能判斷出產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量和質(zhì)量，從而分析生產(chǎn)進(jìn)度，合理控制物料質(zhì)量。然而，部分汽車生產(chǎn)加工企業(yè)的車身信息跟蹤系統(tǒng)不夠完善，采集到的跟蹤信息缺乏時效性，即便是將這些數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)全部傳送至數(shù)據(jù)庫中，也無法為工件的生產(chǎn)流程優(yōu)化提供有效信息[2]。

4 數(shù)字化在汽車涂裝生產(chǎn)線的應(yīng)用路徑

4.1 利用數(shù)字化技術(shù)提高汽車涂裝生產(chǎn)線的自動化水平

第一，通過數(shù)字化技術(shù)對汽車涂裝生產(chǎn)線的涂層厚度進(jìn)行智能化控制。在數(shù)字化技術(shù)的支撐下，相關(guān)人員可以通過儀器對涂裝生產(chǎn)線的涂層厚度進(jìn)行實時監(jiān)控，一旦涂層厚度不均勻，生產(chǎn)線就能自動對涂料的噴涂量進(jìn)行調(diào)整，從而確保汽車工件涂層厚度的均勻性。

第二，通過數(shù)字化技術(shù)對涂裝輸送控制系統(tǒng)進(jìn)行自動化設(shè)計。傳統(tǒng)涂裝生產(chǎn)線上的電氣控制系統(tǒng)基本上都是采用集中控制，雖然這種方式能夠簡化控制流程，但是卻存在很多弊端，如：配電柜的管理難度大、導(dǎo)線數(shù)量多且縱橫交錯、增加了調(diào)試維護難度等。應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)就可以將PLC技術(shù)作為電氣控制的核心，采用總線模塊和變頻器等分散控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電控柜和電纜，然后再通過以太網(wǎng)實現(xiàn)全面監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理，保證監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)線數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)的實時傳輸。

第三，利用數(shù)字化技術(shù)對涂裝生產(chǎn)線實現(xiàn)智能化管理調(diào)度、數(shù)據(jù)采集和智能維保。該技術(shù)實現(xiàn)過程中，可以利用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將涂裝生產(chǎn)線的智能管理系統(tǒng)與汽車生產(chǎn)制造企業(yè)的管理系統(tǒng)連接在一起，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)線的智能化運營管理。例如：將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在涂裝生產(chǎn)線中，就能對整個生產(chǎn)線上的所有設(shè)備和傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)，自動調(diào)整設(shè)備的運行狀態(tài)。還可以利用數(shù)字化孿生技術(shù)在虛擬環(huán)境中模擬涂裝生產(chǎn)線的運行狀態(tài)和各種參數(shù)，實現(xiàn)涂裝生產(chǎn)線的數(shù)字化孿生[3]。

第四，利用數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)涂裝生產(chǎn)線輸送控制系統(tǒng)的自動化建設(shè)?；溯斔蜋C是汽車涂裝生產(chǎn)線最主要的輸送設(shè)備，主要是由帶式滾床、摩擦滾床、移行機、旋轉(zhuǎn)機、升降機等設(shè)備組成。這些設(shè)備在運行階段都是根據(jù)生產(chǎn)需求按照一定的生產(chǎn)節(jié)拍和路線完成輸送，從而將車身的前處理、PVC噴涂、中涂、烘干等全部工藝環(huán)節(jié)連接起來。升降機是涂裝生產(chǎn)線非常重要的設(shè)備之一，包括升降裝置、滾床、升降架定位器等結(jié)構(gòu)。為了確保升降機的平穩(wěn)啟動和停車，升降裝置使用變頻控制，而變頻控制方式為速度閉環(huán)矢量控制。同時還要使用光電傳感器、接近傳感器及限位開關(guān)等對升降機斷帶、人員誤闖、升降極限位等進(jìn)行故障監(jiān)測。當(dāng)出現(xiàn)故障時，PLC將停止運行并關(guān)閉電機制動，同時將報警信息上傳到監(jiān)控系統(tǒng)。在涂裝車間中，所有的設(shè)備都通過現(xiàn)場分布式工業(yè)現(xiàn)場總線相連，PLC通過執(zhí)行用戶程序來控制設(shè)備的運行和故障保護功能。PLC通過連接工業(yè)以太網(wǎng)，將設(shè)備的運行狀態(tài)和故障信息發(fā)送給中央監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備的自動化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。中央監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個涂裝車間的生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控和管理，確保生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行。

4.2 利用數(shù)字化技術(shù)提高汽車涂裝生產(chǎn)線的柔性化水平

第一，車身自動識別系統(tǒng)。相關(guān)人員只需在滑撬或者車身上安裝識別標(biāo)簽，然后在車間的固定位置增設(shè)讀寫站，就能自動對車體進(jìn)行識別和跟蹤。在這個過程中涉及到的識別介質(zhì)主要包括鋼條碼、條形碼和射頻識別標(biāo)簽。

鋼條碼采用的識別原理主要是將之前的十進(jìn)制識別碼轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制之后，再用鋼板將其沖壓成數(shù)據(jù)孔，就成為了鋼條碼。讀取裝置上都專門安裝了激光傳感器，只有傳感器獲取了讀取指令，就會利用傳感器讀取鋼條碼，然后在利用編碼規(guī)則將二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)的十進(jìn)制識別號，從而獲得車體信息。

另外兩種識別系統(tǒng)分別是條形碼和射頻識別標(biāo)簽（RFID）。條形碼的識別原理是利用不同寬度的黑條和空白按照特定的編碼規(guī)則排列而成。一旦條形碼掃描器的光線能夠照射到條形碼上并向外反射時，光線就能直接照射到光電轉(zhuǎn)換器上。光電轉(zhuǎn)換器再結(jié)合不同強度的光線將其轉(zhuǎn)化為電信號，通過芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到條碼信息[4]。

射頻識別標(biāo)簽則采用電磁感應(yīng)的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取和寫入操作。射頻識別標(biāo)簽進(jìn)入到讀取裝置的磁場中后，就能接受射頻信號，還可以通過感應(yīng)電流的能量發(fā)送芯片中的信息。射頻識別標(biāo)簽也能具備主動發(fā)送信號的功能，能夠自主讀取和解碼裝置相關(guān)信息，即可獲取存儲在標(biāo)簽中的相關(guān)信息。

值得一提的是，與其它兩種識別系統(tǒng)相比，鋼條碼識別系統(tǒng)具有出色的耐高溫性能，可以在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下持續(xù)穩(wěn)定地工作。此外，鋼條碼識別的使用壽命較長且穩(wěn)定性強，尤其適用于涂裝車間內(nèi)局部工藝段高溫、高濕、易爆的生產(chǎn)環(huán)境。然而，由于鋼條碼標(biāo)簽無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲功能，需要將車身條碼和相關(guān)路由、質(zhì)量等信息存入數(shù)據(jù)庫并檢索數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)車體信息的查詢和修改操作。因此，相對于成套進(jìn)口的識別系統(tǒng)而言，鋼條碼識別系統(tǒng)在識別成功率、運行穩(wěn)定性以及造價成本方面均具有顯著優(yōu)勢。

第二，識別系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。服務(wù)器將PLC發(fā)送的車體信息、質(zhì)量信息、滑橇號等存儲到數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)的報表和質(zhì)量追蹤使用?，F(xiàn)場操作屏通過PLC進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或生產(chǎn)控制，同時顯示PLC的報警信息和網(wǎng)絡(luò)故障等信息，以便相關(guān)人員及時處理故障。涂裝生產(chǎn)線存儲區(qū)排序需要從ERP獲取車體的批次和順序信息，根據(jù)批次號和順序號實現(xiàn)車體排序。此外，在下線口識別站點將下線車輛的信息發(fā)送到ERP，以便物料配送和查看生產(chǎn)計劃的完成情況。在車間的分道點，識別系統(tǒng)服務(wù)器計算當(dāng)前車輛的路由信息并發(fā)送給輸送系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)再結(jié)合信息選擇輸送路徑，確保生產(chǎn)線的自動化運行。機器人通過自動噴漆線和涂膠線入口的識別系統(tǒng)就能掌握車型和顏色等信息，然后在根據(jù)這些信息自主調(diào)整工作模式。

4.3 利用數(shù)字化技術(shù)提高汽車涂裝生產(chǎn)線的管理水平

第一，在汽車涂裝生產(chǎn)線中，應(yīng)用ANDON系統(tǒng)可以為相關(guān)人員提供可視化生產(chǎn)信息，工作人員就能第一時間掌握設(shè)備故障信息，并向設(shè)備維護人員請求幫助。利用該系統(tǒng)還能及時掌握生產(chǎn)計劃、車數(shù)生產(chǎn)信息等方面的資料。該生產(chǎn)線的操作流程中的作業(yè)人員只需要工位拉繩就能直接激活該系統(tǒng)，隨后該系統(tǒng)就會通過指示燈和提示音樂的方式提醒管理人員，隨后管理人員在根據(jù)提示內(nèi)容做出回應(yīng)。最后，技術(shù)人員再根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的呼叫次數(shù)和生產(chǎn)線的停運時長進(jìn)行全面分析，這樣才能全面發(fā)現(xiàn)并解決問題[5]。

第二，設(shè)計ANDON系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計階段，需在所有崗位的兩側(cè)增設(shè)拉線開關(guān)，同時還要增加到位停線和緊急停線的功能。該系統(tǒng)可以自動將生產(chǎn)過程中的信息向外進(jìn)行傳遞，相關(guān)人員只需通過車間內(nèi)的LED屏就能快速判斷出停線的具體位置，從而制定相應(yīng)的補救措施。

此外，ANDON系統(tǒng)還具備監(jiān)控功能。通過該系統(tǒng)的服務(wù)器實時采集相關(guān)數(shù)據(jù)，然后在將這些數(shù)據(jù)傳輸至后臺的數(shù)據(jù)庫中。相關(guān)的技術(shù)人員只需通過數(shù)據(jù)就能判斷出車間生產(chǎn)線運行的具體情況。如果工位的生產(chǎn)物料補充不及時，技術(shù)人員只需要操作按鈕，物流區(qū)就能通過LED屏了解哪個工位缺乏物料，系統(tǒng)還會通過語音的方式給予相應(yīng)的提醒。除此之外，ANDON系統(tǒng)將所有與生產(chǎn)線相關(guān)的數(shù)據(jù)采集之后自動保存和備份，能夠為后期數(shù)據(jù)的使用和查詢提供便利條件。與此同時，該系統(tǒng)還可以為相關(guān)人員提供報表來保存各種參數(shù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)，如：用戶參數(shù)設(shè)置報表、監(jiān)控報表等。

5 汽車涂裝生產(chǎn)線數(shù)字化建設(shè)未來的發(fā)展趨勢

汽車涂裝生產(chǎn)線應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)后，一方面要朝著智能化和精細(xì)化的方向發(fā)展，汽車涂裝生產(chǎn)線的智能化建設(shè)能夠為相關(guān)企業(yè)帶來更多的發(fā)展機遇。智能化精細(xì)化發(fā)展階段，汽車涂裝生產(chǎn)線就能對產(chǎn)銷流程進(jìn)行全面把控，還能增強涂裝生產(chǎn)階段的可控性，避免生產(chǎn)線受到過多人工因素的干預(yù)，也能保證相關(guān)數(shù)據(jù)采集的時效性，同時還能自動生成生產(chǎn)計劃和進(jìn)度計劃。智能化涂裝生產(chǎn)線的識別系統(tǒng)未來可以直接與工廠的ERP系統(tǒng)對接，各項功能也能覆蓋至銷售環(huán)節(jié)和售后環(huán)節(jié)，生產(chǎn)線就能根據(jù)產(chǎn)品的訂單和銷量完成自動編制生產(chǎn)計劃，促使所有與訂單信息相關(guān)的數(shù)據(jù)流通與各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從而提高汽車生產(chǎn)制造企業(yè)的生產(chǎn)效率[6]。

另一方面汽車涂裝生產(chǎn)線應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)之后，要朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。例如：在數(shù)字化技術(shù)的支撐下通過實時監(jiān)控設(shè)備和機器的運行狀況，可以更有效地管理能源使用，減少不必要的能源浪費。相關(guān)領(lǐng)域還可以通過數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置和循環(huán)利用。例如，通過精確的數(shù)據(jù)分析制定更加合理的生產(chǎn)計劃，降低庫存和物流成本，還要實現(xiàn)廢料回收和再利用，提高資源利用效率。除此之外，汽車生產(chǎn)制造企業(yè)還可以利用數(shù)字化技術(shù)緩解涂裝生產(chǎn)線對環(huán)境造成的污染。如：通過優(yōu)化涂料的使用和降低廢氣、廢水和廢渣的產(chǎn)生，利用數(shù)字化技術(shù)提高生產(chǎn)線設(shè)備的運行效率，減少故障率和停機時間，進(jìn)一步降低環(huán)境負(fù)擔(dān)，從而減少對環(huán)境造成的負(fù)面影響。

6 結(jié)語

總而言之，數(shù)字化技術(shù)正在為汽車涂裝生產(chǎn)線帶來巨大的變革和機遇。應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)不僅能夠提高汽車涂裝生產(chǎn)線的自動化水平、管理水平和柔性化水平，促使涂裝生產(chǎn)線實現(xiàn)精準(zhǔn)控制和高效運行，還能使汽車涂裝生產(chǎn)線朝著智能化精細(xì)化和節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。在數(shù)字化技術(shù)的支撐下，汽車涂裝生產(chǎn)線的改革和優(yōu)化既能提高汽車生產(chǎn)制造企業(yè)的生產(chǎn)效率，也對整個行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能起到積極作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋洪成，徐娟娟.汽車涂裝生產(chǎn)線電氣自動化控制系統(tǒng)研究[J].時代汽車，2020，（22）：148-149.

[2]馬雁楠.汽車涂裝生產(chǎn)線優(yōu)化研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2020，10（06）：48-49+78.

[3]潘雷亮，徐士杰.汽車涂裝生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計 [J]. 設(shè)備管理與維修，2019，（02）：158-159.

[4]馬一鳴.汽車涂裝生產(chǎn)線新技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展 [J]. 時代汽車，2018，（09）：126-127.

[5]尹志勇.汽車涂裝生產(chǎn)線的柔性化關(guān)鍵技術(shù)研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2018.

[6]韓達(dá)，王銳，魏宏基.數(shù)字化在汽車涂裝生產(chǎn)線的應(yīng)用與發(fā)展[J].汽車工藝師，2016，（08）：66-70.