商用車多品種智能柔性總裝生產(chǎn)裝備技術(shù)的應(yīng)用探討

覃政

摘 要：本文介紹了商用車總裝生產(chǎn)裝備如何利用智能化的解決方案去適應(yīng)多種平臺(tái)車型產(chǎn)品共線生產(chǎn)的問題。主要兩個(gè)重點(diǎn)方面問題提出解決方案和相關(guān)應(yīng)用實(shí)踐，首先是多品種產(chǎn)品生產(chǎn)的工裝共用和如何柔性的應(yīng)對，其次是在面對各種不同平臺(tái)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來工藝和工時(shí)較大的差異時(shí)，裝備如何能以較低的代價(jià)去滿足工藝需求。

關(guān)鍵詞：智能化 柔性化 共線生產(chǎn)

根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2019年，中重型商用車銷量再創(chuàng)歷史新高，超過117.4萬輛。而在疫情影響下的2020年1-9月，重型貨車銷123.7萬輛，2020年的前三季度銷量已經(jīng)超過了2019年全年。市場銷量火爆的背后，每個(gè)汽車制造廠商為了滿足各種工況下客戶的需求都在不斷更新和增加自己的產(chǎn)品線，主流的整車制造企業(yè)每年都會(huì)根據(jù)客戶需求，開發(fā)出上百種型號(hào)的產(chǎn)品來適應(yīng)市場，再接下來的市場競爭中，越來越多的定制化已成為未來市場的趨勢。

而在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，大規(guī)模的流水線生產(chǎn)作業(yè)方式是降低生產(chǎn)成本和保證品質(zhì)的最有效措施，流水線的效率要想提高，成本降低，又需要產(chǎn)品狀態(tài)盡量集中和趨于一致，如何平衡客戶的不同需求又能適應(yīng)現(xiàn)代流水線大規(guī)模的生產(chǎn)組織，就成了各商用車制造廠商在制造過程中在不斷探索的主要課題。而裝備作為生產(chǎn)制造的主要基礎(chǔ)設(shè)施，面對越來越多的產(chǎn)品需要共線生產(chǎn)，如何在保證高效率的前提下滿足銷售和客戶的需求，需要解決的兩大主要問題：首先遇到的就是多品種產(chǎn)品生產(chǎn)的工裝如何共用和柔性的應(yīng)對，其次是在面對各種不同平臺(tái)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來工藝和工時(shí)較大的差異時(shí)，裝備如何能以較低的代價(jià)去滿足工藝需求。

另一方面，近年來汽車制造裝備領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展也跟隨著汽車市場興起在快速進(jìn)步，特別是“智能制造”、“工業(yè)4.0”概念的提出，汽車制造裝備技術(shù)在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方面技術(shù)不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)汽車制造裝備與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)大數(shù)據(jù)互相融合，面對多平臺(tái)共線生產(chǎn)的兩個(gè)主要問題，涌現(xiàn)出很多新的解決方案，下面就商用車總裝裝備通過智能技術(shù)解決柔性化共線生產(chǎn)的兩個(gè)問題提供相應(yīng)的解決方案，供參考學(xué)習(xí)。

首先探討利用智能化裝備解決不同的商用車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來的共用工裝的解決方案。

不同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品共線生產(chǎn)，這是首要問題，不同的產(chǎn)品就有不同的結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)需要共線，就必須有相應(yīng)的工裝去裝載。以商用車車身為例，商用車車身在轉(zhuǎn)運(yùn)或者內(nèi)飾裝配過程中，不同平臺(tái)的車身結(jié)構(gòu)差距很大。從整體結(jié)構(gòu)來說，為滿足不同的客戶需求，車身在開發(fā)過程中在以下幾個(gè)主體結(jié)構(gòu)尺寸在一定的幅度會(huì)進(jìn)行系列化的設(shè)計(jì)調(diào)整，從而影響到裝配生產(chǎn)線工裝的適應(yīng)性。目前各商用車主機(jī)廠應(yīng)對的方案也各有不同，有的品牌采用的是從車身結(jié)構(gòu)上進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)留，在不同平臺(tái)規(guī)格型號(hào)的車身底部，預(yù)留或設(shè)計(jì)統(tǒng)一的共用支撐點(diǎn)。

還有一部分整車制造企業(yè)的應(yīng)對方案，是采用人工來進(jìn)行工裝載具上支撐的拆裝更換，除了費(fèi)時(shí)費(fèi)力，人員作業(yè)還會(huì)帶來出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，一旦人工更換錯(cuò)誤，在產(chǎn)品的轉(zhuǎn)接的過程中會(huì)造成產(chǎn)品和裝備的損壞，還有可能出現(xiàn)在車身在運(yùn)行過程中掉落造成重大生產(chǎn)安全事故。

而隨著近些年技術(shù)的發(fā)展，MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）和利用AVI車身信息跟蹤都已發(fā)展和應(yīng)用較為成熟，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的普遍應(yīng)用，產(chǎn)品數(shù)據(jù)和制造的裝備的數(shù)據(jù)可以互相流通應(yīng)用，智能化的支撐切換系統(tǒng)孕育而生，為不同車身的柔性化共線生產(chǎn)帶來了新的解決方案。

滑橇自動(dòng)切換系統(tǒng)相比于現(xiàn)有的解決方案，有幾個(gè)主要優(yōu)勢。首先是產(chǎn)品的適應(yīng)性強(qiáng)，柔性強(qiáng)。智能化的系統(tǒng)和機(jī)器人代替了人工換裝支撐作業(yè)，總體成本更低。最后，該系統(tǒng)的可靠性高，采用現(xiàn)場檢測信號(hào)來確認(rèn)到位和視覺技術(shù)的應(yīng)用雙重保障，杜絕因錯(cuò)誤的換裝支撐帶來的產(chǎn)品損失和安全事故的發(fā)生。

接下來探討裝備如何通過智能化應(yīng)用有效的應(yīng)對不同產(chǎn)品在總裝生產(chǎn)過程中裝配工藝和工時(shí)的差異。

這個(gè)問題主要以單軌自行小車如何適應(yīng)在合裝裝配工藝過程中如何去解決裝備工藝和工時(shí)差異的方案為主線進(jìn)行探討。原因在于在商用車總裝裝備中，單軌自行小車作為裝配線最主要的生產(chǎn)裝備之一，是應(yīng)用較為廣泛的一種高度自動(dòng)化的裝備，國內(nèi)所有主流的商用車主機(jī)廠的總裝車間內(nèi)的前后車橋合裝、車架轉(zhuǎn)運(yùn)、發(fā)動(dòng)機(jī)合裝、駕駛室合裝等大部分超過500KG的中大型部件總成，都要用到單軌自行小車進(jìn)行合裝吊裝作業(yè)。而這些大的總成部件的合裝作業(yè)工位，也是主要的工藝和工藝差異發(fā)生點(diǎn)。

典型的單軌自行小車車組的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

單軌自行小車根據(jù)工藝和功能的需求，軌道線路布局成環(huán)形或者單線往復(fù)。用于商用車總裝的大部分為環(huán)形線路布局，并根據(jù)節(jié)拍和線路長度配備多車組共同運(yùn)行。線路上的各個(gè)分段位置的小車動(dòng)作，則由地面控制系統(tǒng)進(jìn)行總控。

而在產(chǎn)品多樣化的挑戰(zhàn)下，廣泛應(yīng)用的單軌自行小車也遇到了柔性化生產(chǎn)的問題。

以車橋裝配為例，不同的底盤平臺(tái)的產(chǎn)品，配置前的軸數(shù)并非一致，有單前橋，也有雙前橋配置。為應(yīng)對不同軸數(shù)的商用車混線生產(chǎn)，以往的一些整車制造企業(yè)設(shè)計(jì)采用雙環(huán)合裝線來進(jìn)行合裝，當(dāng)裝配雙橋車型時(shí)，地面主線運(yùn)載車架通過第一前橋環(huán)線的工位和第二前橋環(huán)線的工位來進(jìn)行裝配;而當(dāng)裝配單前橋時(shí)，另一環(huán)線空位。

隨著裝備智能化和網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)發(fā)展被，解決這一問題的方案也在近年有了應(yīng)用?？傮w的措施為單一環(huán)線，在合裝位置允許兩個(gè)車組進(jìn)入到合裝段進(jìn)行同時(shí)作業(yè)。雙車同時(shí)進(jìn)入同一段內(nèi)，兩個(gè)車在同一段內(nèi)的信號(hào)需要互相隔離，不能造成干擾影響，是達(dá)成這一方案的核心要點(diǎn)。這一核心問題主要有兩種解決方案

方案1：采用無線通訊系統(tǒng)的方案。地面主控系統(tǒng)采用西門子SIMATIC S7或1500系列 PLC，并沿軌道環(huán)線鋪設(shè)西門子開發(fā)的IWLAN RCoax 系列漏波電纜。每臺(tái)小車的車載控制柜則集成了 SIMATIC ET 200S 控制器和SCALANCE W系列移動(dòng)無線通訊模塊，通過漏波電纜和無線通訊模塊，地面主控柜PLC和車載PLC建立起基于PROFINET協(xié)議的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳輸通訊。

方案2：主體方案還是采用基于滑觸線分段傳輸信號(hào)的控制方案，但是在合裝區(qū)段采用了多通道的方式通訊，再加上MES系統(tǒng)的車型信息識(shí)別通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)傳輸至主控柜，幫助主控柜控制車組選擇通訊通道。

所有車組在進(jìn)入合裝段前，都是默認(rèn)為1號(hào)信號(hào)通道傳輸信號(hào)，當(dāng)?shù)谝卉嚱M進(jìn)入作業(yè)段時(shí)，1號(hào)遙控器的操作信號(hào)通過1號(hào)信號(hào)通道傳輸，后面的車組則根據(jù)MES系統(tǒng)給的生產(chǎn)信息，判斷目前所裝配車橋是否為雙前橋，如果是則后車通過安裝在軌道上的切換器將后車的信號(hào)切換為2號(hào)通道有效，切換后進(jìn)入到合裝區(qū)段由2號(hào)遙控器操作后車。

上述兩個(gè)方案，近年來都有應(yīng)用，兩個(gè)方案從目前的實(shí)踐應(yīng)用來看，各有有優(yōu)缺點(diǎn)，基于無線通訊方案的總體造價(jià)高于基于兩個(gè)滑觸線通道的方案約20%，同時(shí)，無線通訊方案還存在現(xiàn)場干擾導(dǎo)致故障率高、故障排查技能要求高、故障排查處理難度高的問題?；|線方案使用的碳刷較多，也容易出現(xiàn)碳刷信號(hào)的故障，但是這類故障維修處理、故障排查方面也較為方便，且總體造價(jià)較低。另一方面，無線通訊方案能實(shí)時(shí)大量的傳輸車組和地面的信息，理論最大傳輸速率可達(dá)每秒10Mbits，可以將車載的所有信息包括報(bào)警信息、產(chǎn)品信息、模擬量信號(hào)等實(shí)現(xiàn)雙向傳輸;而滑觸線方式采用點(diǎn)對點(diǎn)信號(hào)，只能通過組合方式單向16點(diǎn)信號(hào)，信息量相對較少，對于需要傳輸大量信號(hào)方式的生產(chǎn)現(xiàn)場就無法使用。

結(jié)言，在上述提出的應(yīng)對多種產(chǎn)品共線生產(chǎn)的兩個(gè)主要問題提出的解決方案，是經(jīng)過筆者所在的東風(fēng)柳州汽車有限公司經(jīng)過多年的探索研究，并經(jīng)過了現(xiàn)場的實(shí)踐應(yīng)用，這些解決方案的應(yīng)用為企業(yè)的生產(chǎn)效率提升和投資成本、運(yùn)行成本有著突出的共線，在建成后吸引了國內(nèi)多家主流的商用車制造企業(yè)前來交流學(xué)習(xí)，具有較高的推廣利用價(jià)值。

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