汽車制造業物流新技術的應用探索

文/何 敏 田曉美

目前，桁架機器人在機加工自動上下料、流水線自動上下料等場合下均有非常廣泛的應用。桁架機器人具備自動控制、信息交互、可重復編程、多自由度等特點，特別適用于多品種、大批量的柔性化作業，能夠有效提高生產效率和自動化程度。另外，桁架機器人定位精度高，在設備銜接處貨物搬運能夠實現完美對接，這為智能物流系統奠定了良好的基礎。

汽車制造業具備自動化、集成化、智能化等特點，桁架機器人在汽車制造物流系統當中也可以發揮重要作用，本文主要介紹了一汽無錫柴油機工廠對自動化產線物流技術進行的探索和實踐經驗。

一、產線自動化配送

一汽無錫柴油機惠山工廠的柴油機發動機生產工藝流程，如圖1。

從圖1可見，發動機整個生產流程比較簡單，發動機的零配件從產線的上游到下游，依次組裝完成，生產無循環流程。雖然發動機生產流程簡單，但是物流配送也存在一些挑戰。比如，發動機零配件抓取精度高，要求物流搬運設備具備較高的輸送和定位精度。另外，發動機零配件種類多樣，要求物流設備針對不同的零配件設計載具，導致物流設備通用性較差。

一汽無錫柴油機生產車間平面布局圖，如圖2。柴油機生產車間智能物流配送區域大致包括：缸蓋立體庫暫存區、缸體立體庫暫存區、缸蓋外裝線、缸體外裝線、發動機總裝線、飛輪曲軸換盤線以及其它零配件揀選線。缸體與缸蓋的配送均采用桁架機器人在線配送。飛輪、曲軸、端蓋及其它零部件都依靠AGV搬運配送。

在圖2中，設備Ⅰ～Ⅳ均為桁架機器人。其中，桁架機器人Ⅰ和Ⅳ負責缸體換線，桁架機器人Ⅱ和Ⅲ負責缸蓋換線。缸體與缸蓋根據產線的需求，實現自動叫料、出庫/下線、配送、上線等功能。缸體在外裝線上線后，依次經過各組裝工位完成組裝。缸體外裝線完成后，缸體通過桁架機器人Ⅳ輸送到總裝線上線。同理，缸蓋通過桁架機器人Ⅱ和Ⅲ完成在總裝線的上線動作。根據缸蓋與缸體外裝線的生產節拍，控制物流輸送節拍，保證缸蓋在總裝線上線后直接與缸體裝配。在整個生產流程中，桁架機器人實現的動作包括缸體與缸蓋下線、輸送、上線等。裝配線上其它零配件的配送由AGV完成，而零配件上線則需要借助關節機械手或人工處理。桁架機器人作為物流設備的使用，使得整個產線連貫有序且實現了廠區生產的自動化控制。

二、立體倉庫設計

由于缸體與缸蓋的機加工生產節拍與柴油機生產節拍不匹配，缸體與缸蓋經過數控中心加工完成后需要暫存。根據實際生產工藝需求，設計了如圖3的缸蓋自動化立體暫存倉庫。自動化立體倉庫設備包括：堆垛機、貨架、輸送機、關節機器手、桁架機器人等。該立體倉庫實現了缸蓋的自動入庫、自動出庫、自動配送、安全防護等功能。

自動入庫：機加下線的缸蓋通過滾筒輸送線配送到抓取工位E，關節機器手借助視覺定位系統準確將缸蓋抓取到B工位碼盤，完成自動碼盤動作。自動碼盤完成后，倉儲控制系統通過信息交互，下達指令，完成實托盤自動入庫。

自動出庫：缸蓋外裝線下達叫料申請后，倉儲管理系統生成出庫任務，倉儲控制系統判斷出庫方式：a.實托盤借助堆垛機、輸送系統等將實托盤輸送到拆盤工位A，關節機器手自動拆盤，將單個缸蓋送達桁架機器人抓取工位C/D，完成出庫動作。b.機加下線缸體通過關節機器手由E工位抓取到C/D工位，等待桁架機器人抓取，完成出庫動作。

自動配送：缸蓋到達C/D工位后，倉儲控制系統借助交互信息下達配送指令，桁架機器人抓取缸蓋，運送到裝配線指定工位。桁架機器人定位精度高，通過與裝配線配合，可實現缸蓋自動上料。

安全防護：桁架機器人與關節機器手在運行空間上雖然有重合，但是通過繼電器硬連接，實現桁架機器人與關節機器手的信號交互，保證兩設備始終不干涉，確保設備運行安全。另外，桁架機器人與關節機器手在其運行范圍內均安裝安全護欄，保證人員通行安全。

圖4為桁架機器人設計圖，從中可以看出桁架機器人主要機構包括：機架、夾具、Z軸、水平軸、運動機構、安全維修護欄等。

圖5為桁架機器人運動機構圖，從中可以發現，桁架機器人實現了貨物立體化輸送，將貨物通道與人行通道分離，從而提高了廠房空間利用率。桁架機器人借助PLC與上位系統通訊，實現零件統一調度搬運。

另外，該設備與自動化立體庫的有效結合，降低了物料無效搬運時間，充分體現了汽車行業精益制造思想。桁架機器人搭起了自動化立體倉庫和自動化生產線之間的橋梁，實現了智能物流、智能制造協同配合。

桁架機器人在一汽無錫柴油機工廠中的成功應用，使其廠內生產線實現了多種零配件的自動供給，對廠內物流實現高度自動化乃至無人化有著重要意義。

圖2：柴油機生產車間平面布局圖

圖3：缸蓋自動化立體暫存倉庫

圖4：桁架機器人設計圖

圖5：桁架機器人運動機構

三、總結

一汽無錫柴油機惠山工廠將物料的自動化加工、零配件供給及線邊倉儲暫存等進行系統整合，實現了柴油機零配件統一調度和智能控制。該系統基于桁架機械人、立體倉庫物流設備、關節機器手、AGV、RFID等多項物流模塊，實現了生產過程的高度自動化，提高了物流周轉效率，同時實現了對系統內物料的全程監控和高效管理。