專用汽車數(shù)字化車間的探索

房坤1 梁明軒1 陳子陽2

1. 揚州中集通華專用車有限公司 江蘇揚州 225009

2. 重慶交通大學 重慶 404100

專用汽車數(shù)字化車間的探索

房坤1 梁明軒1 陳子陽2

1. 揚州中集通華專用車有限公司 江蘇揚州 225009

2. 重慶交通大學 重慶 404100

在追趕工業(yè)4.0的道路上，為進行數(shù)字化車間建設的前期探索，著手打造了一條牽引銷總成機器人焊接自動化生產(chǎn)線，介紹了數(shù)字化設計、生產(chǎn)線的整體布置、物流自動化、機器人焊接優(yōu)勢等，為數(shù)字化車間的建設提供了一種參考意見和方法。

工業(yè)4.0 數(shù)字化設計 自動化生產(chǎn)線 物流自動化 焊接機器人

1 前言

工業(yè)4.0是《德國2020高科技戰(zhàn)略》中所提出的十大未來項目之一，由德國政府在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出，目的是為了提升德國制造業(yè)的智能化水平。中國政府也于2015年5月正式印發(fā)《中國制造2025》，旨在提升中國制造業(yè)的質(zhì)量和水平，實現(xiàn)制造強國戰(zhàn)略。可見，各國都在積極提高工業(yè)競爭力，以在新一輪的工業(yè)革命中占得先機。

工業(yè)4.0是將實體物理世界與虛擬網(wǎng)絡世界融合，綜合利用第一次和第二次工業(yè)革命創(chuàng)造的“物理系統(tǒng)”和第三次工業(yè)革命帶來的“信息系統(tǒng)”，將兩者融合，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)。通過產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、企業(yè)資源計劃（ERP）以及制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等平臺集成，實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)。

目前在專用汽車行業(yè)，絕大多數(shù)企業(yè)仍未達到工業(yè)2.0，面對巨大的市場競爭壓力，制造企業(yè)已經(jīng)意識到提高效率、節(jié)約成本、提升質(zhì)量勢在必行，數(shù)字化工廠技術(shù)則為此提供了一種有效的解決方案，因此越來越多的中國企業(yè)開始積極籌備建設數(shù)字化工廠，以期在數(shù)字化引領(lǐng)的工業(yè)變革中提升企業(yè)的競爭力。某公司為實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，推進和探索數(shù)字化工廠的建設，驗證并對比數(shù)字化技術(shù)在提高生產(chǎn)效率方面的作用，打通數(shù)字化設計到生產(chǎn)的全鏈條通路，推動建設了數(shù)字化教導車間這一項目。在這個背景下，該公司已先期建設完成了一條牽引銷總成機器人焊接自動化生產(chǎn)線，為正在打造的數(shù)字化教導車間進行一種嘗試，并為后期整個數(shù)字化工廠的建設打下一定基礎(chǔ)。

2 數(shù)字化設計

首先，建立了全三維的參數(shù)化和模塊化產(chǎn)品設計平臺，將ERP系統(tǒng)中的訂單需求導入平臺，自動轉(zhuǎn)換成數(shù)字化配置參數(shù)，快速生成產(chǎn)品的全三維設計圖紙和設計EBOM，并對產(chǎn)品零部件進行全三維化的分析和驗證，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程知識數(shù)字化及電子流程化。

通過建設以BOM為核心的設計工藝一體化平臺，將EBOM轉(zhuǎn)化為工藝及制造視角的MBOM，并將傳統(tǒng)的工藝指導文件或卡片的工藝表現(xiàn)形式轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化工藝，實現(xiàn)三維化創(chuàng)建工藝，全面提升工藝設計的精細度及能力，提升設計、工藝數(shù)據(jù)的一致性及關(guān)聯(lián)性，加強變更的協(xié)同性，實現(xiàn)工藝的數(shù)字化設計。

通過產(chǎn)品可制造性仿真，仿真產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程，驗證產(chǎn)品的工藝性，獲得完善的制造規(guī)劃，交互式或自動地建立裝配路徑，動態(tài)分析裝配干涉情況，確定最優(yōu)裝配和拆卸操作順序；通過機器人仿真，確認利用設備完成工藝過程的可行性，規(guī)劃機器人的工作路徑，消除機器人運動過程中的動態(tài)干涉；根據(jù)產(chǎn)品的工藝時間和工藝路線，還可以進行工廠物流仿真，從而評估整個工廠的產(chǎn)能、物流線路及成本，進而實現(xiàn)優(yōu)化整個生產(chǎn)工廠的目的。

建立數(shù)字化模型，打通計劃、物料、設備、質(zhì)量全鏈條通路，同時引入現(xiàn)代化設備，以產(chǎn)品為中心通過軟件與軟件、軟件與設備的互聯(lián)互通，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。

數(shù)字化關(guān)鍵難點是工藝路線的確定形成結(jié)構(gòu)化工藝并能實現(xiàn)柔性生產(chǎn)，準確定義產(chǎn)品模塊配置。

3 生產(chǎn)線整體布局

整個牽引銷總成機器人焊接自動化生產(chǎn)線照片如圖1所示，主要包含物流自動化和機器人焊接兩個部分。其中物流自動化采用PLC程序控制，具有拼焊總成自動輸送、自動上下料、自動定位裝夾等功能，并實現(xiàn)了物流自動化和機器人焊接的無縫對接。該生產(chǎn)線投入生產(chǎn)運營后，明顯減少了牽引銷總成吊運周轉(zhuǎn)時間，基本消除了制造缺陷返工。

圖1 牽引銷總成機器人焊接自動化生產(chǎn)線

3.1 物流自動化部分

該生產(chǎn)線物流自動化部分采用PLC控制。可編程序邏輯控制器（PLC）以其抗干擾能力強、可靠性高、編程簡單、故障率低等特點，被廣泛應用于工業(yè)自動化生產(chǎn)領(lǐng)域，因此基于PLC控制的該工業(yè)生產(chǎn)流水線具有高效率和操作簡單等特點。在本條生產(chǎn)線中，工件在緩沖輥上的傳送、小車的上下料均采用三相異步電機驅(qū)動，通過接近開關(guān)對行程進行控制，依靠PLC的邏輯編程，可實現(xiàn)對工件的全自動輸送，替代原先的人工吊轉(zhuǎn)，效率明顯提升，緩沖輥道和小車上下料如圖2所示。

3.2 機器人焊接部分

焊接部分采用的是TM-G3系列焊接機器人，它是一種示教再現(xiàn)機器人，該機器人的編程通過實時在線示教來實現(xiàn)，機器人再根據(jù)示教程序完成預期的動作，因此可對多種不同大小的牽引銷總成進行焊接，圖3為機器人焊接示意圖。

圖2 緩沖輥道和小車上下料

圖3 機器人焊接

由于機器人的焊接電源為雙脈沖數(shù)字焊接電源，焊接飛濺大大減少，打磨的工作量也明顯降低。采用了機器人焊接后，焊接電流、電壓以及焊接過程的穩(wěn)定性均得到明顯提升，焊接質(zhì)量得到有效保障，圖4為牽引銷人工與機器人焊接效果對比圖。

圖4 人工與機器人焊接效果對比圖

4 結(jié)語

數(shù)字化設計縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，減少了人為錯誤，保證了產(chǎn)品的設計質(zhì)量；基于PLC控制的工件傳送代替了人工吊轉(zhuǎn)，工作效率顯著提升，焊接質(zhì)量更穩(wěn)定、可靠。該生產(chǎn)線投入使用后生產(chǎn)效率提高40%，訂單交付時間縮短40%，產(chǎn)能提高1倍，生產(chǎn)成本降低約10%。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)智能化程度得到不斷提高。本文介紹的自動化生產(chǎn)線為目前數(shù)字化教導車間的建設奠定了基礎(chǔ)，數(shù)字化教導車間項目的實施為進一步推進數(shù)字化工廠建設做好了前期探索工作，為其他工廠的數(shù)字化建設提供了參考樣板和實施基礎(chǔ)。

[1] 韓建海.工業(yè)機器人[M].武漢:華中科技大學出版社,2015.

Exploration of Special Purpose Vehicle Digital Workshop

FANG Kun et al

On the way of chasing industrial 4.0, in order to carry out the preliminary exploration of digital workshop construction, an automated welding robot production line of traction pin assembly has been designed. The digital design, the overall layout of the production line, logistics automation, the robot welding superiority were introduced this article. It provided a reference for the construction of the digital workshop.

Industrial 4.0; digital design; automated production line ; logistics automation; welding robot

U469.2.02

A

1004-0226(2017)03-0093-02

房坤，男，1966年生，高級工程師，現(xiàn)從事專用汽車設計工作。

2017-01-06