SPS系統在汽車裝配過程中的應用

吳慧嵐，聶林濤，黎海萍

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.濟源市工業和信息化委員會，河南 濟源 459000）

汽車制造是一個巨大而復雜的系統工程，其中的撿料與零件安裝工程，是汽車工業至關重要的一個環節，一輛汽車的品質是否檢驗合格，能否出廠走向市場，都與這一環節密不可分。然而，在個性化的時代，人們對汽車的要求也是個性化的，這就要求一條生產線上，要能夠生產出不同的汽車類型，但是，汽車的型號越多、規格越多，而這也就意味著汽車零部件的種類越復雜、越繁復。在今天的汽車總裝線上，都有一個龐大的混線車型的零部件儲存庫，承載著不同規格的零部件——通過總裝線，它們將變成多種類型、多種規格的汽車。如何將海量、不同規格的零部件進行高效、準確的分揀和集配，就成為一項新的課題。

1 傳統的集配方式

傳統的集配方式，主要依靠人工分揀：在裝配過程中，工人往往需要手持預先設計、打印好的裝配單據，嚴格按照當前產品型號對應的規格，對零部件進行分揀、采集、安裝。整個過程需要安裝工人高度集中精力，不能有絲毫懈怠。如果一旦切換產品型號，撿料師傅需要對新產品的集配方式進行全方位的了解、學習，熟悉新產品需要的各種零部件規格。在一段時間內，如果產品型號相對固定，裝配工人會擁有較高的熟練度，產品裝配的出錯率也會得到有效控制，但是，如果產品的柔性度較高，往往會出現不同的產品型號，這將導致裝配工人必須迅速切換適應新的產品規格需求。而這將對裝配工人提出很高的要求。在現實生產中，除了裝配工人的認真裝配，往往還需要安排一名經驗豐富的工人，對分揀及后續的裝配工程進行檢驗，以降低裝配過程中出現的錯誤。但即便如此，人工分揀方式仍有1．3%的部件裝配錯誤率。一旦檢驗發現這些裝配錯誤的車輛，必須對車輛進行重新裝配。

2 柔性制造的時代需求

傳統的人工分揀方式雖然簡單、直接，但其缺點也十分明顯，那就是容易出錯，具有較嚴重的質量缺陷隱患。這在柔性制造時代，又會加倍放大。綜上所述，為適應柔性制造對汽車生產線的反應速度和適應性的要求，滿足以消費者為導向、按需定產的總目標，構建錯誤發生率小、分揀準確度高的自動分揀系統，具有很強的現實意義。這種自動分揀系統，通過對特定車型所需的零部件按照裝配邏輯進行編碼，再以合適的方式提示裝配工人進行分揀、裝配，就可以實現車輛零部件的自動分揀。這不但將大大提高分揀的效率，還將極大地減少和降低錯誤率的發生。

3 某公司SPS系統

得益于互聯網技術、自動化技術的推陳出新，某公司構建出了零部件分揀系統（Set Parts System，簡稱SPS），該系統最大的優點，是提前對零部件的分配和選擇進行了預編程，安裝工人不需要費心挑選零部件，而能將更多精力專注于安裝工程。該SPS系統首批集成了300余種車型的零部件裝配系統。其主要思路是：通過零部件貨架上的信號燈，提示裝配工人進行零部件分揀操作。這就讓裝配工人徹底告別了人眼識別、比照的工序。而且，由于系統背后是精確運行的自動化計算程序，準確率可達100%。該SPS系統的結構，由上位機、iSee軟件系統、PLC亮燈提示系統、自動料架車、工業數據庫、工業互聯網共同構成。SPS系統作業流程圖如圖1。

圖1 SPS系統作業流程圖

3.1 工業數據庫

首先，是工業數據庫，這是存儲生產數據的記憶庫，所有的可生產車型、車型搭配數據，都儲存于工業數據庫之中。數據庫中，主要儲存了零件、料架、車種、部品特征等信息。同時，工業數據庫，還會對生產操作進行記錄，既記錄上位機的信息發布，也記錄現場人員的操作，從而實現指令下發與現場操作過程的可查詢、可追述。該SPS系統，采用了DcsRdb數據庫，該數據庫具有穩定、小巧、易用、靈活等特征。根據生產需要，該項目數據庫目前存儲了300余種車型信息，但仍有很大的擴展空間，完全可以滿足生產線數據擴展需求。

3.2 上位機系統

該SPS系統的上位機系統是名為PAGSet的應用軟件，直接安裝在PC機上，上位機系統是整個系統的控制關鍵，系統的邏輯開發、編碼、數據交互，都是通過上位機來完成。鑒于上位機的重要性和關鍵性，在操作設定上，采取了分級權限設定：其中，擁有最高權限的系統管理員，他們不但能對系統的數據庫地址、下發PLC的IP進行設定，與現場通訊約定數據交換的通訊協議。而且能夠設定、修改生產線上的汽車型號，并從數據庫中調取對應車型所需的零件、料架、車種、部品等信息。擁有普通權限的是普通操作人員，他們只有查看、執行、監控等權限。上位機在完成設定操作信息、調用數據庫之后，即可下發SPS操作指令。上位機的系統設定，決定了SPS系統的全部工作流程和內容。

3.3 PLC亮燈提示系統與自動料架車

PLC現場控制系統，相當于SPS系統的眼睛和手臂，集成于現場規模龐大的零件料架之上，對現場的電子標簽進行管理。PLC亮燈提示系統，主要接受來自上位機的操作指令。上位機通過車種選擇，來確定現場料架的零件選取規格、選取量以及選取順序。

自動料架車是一種程控小車，當系統指令發出之后，自動料架會接受到進行零件承載的指令。接到指令后，自動料架車會按照上位機編訂的邏輯，依次達到料架選取區域。

在零件料架區，有專業的零件裝配操作員，他會根據PLC亮燈提示，將對應的零部件放置到自動料架車上，從而完成一次零件選取和裝配操作。操作完成后，自動料架車會自動走向下一個取料目標區。

3.4 iSee通訊軟件

上位機與PLC現場設備的鏈接與通訊，主要依靠iSee軟件系統。同時，該系統還是一套當前操作的監控系統，同時，部署于上位PC機和自動料架車之上，這就讓操作員可以同時在上位機與現場對取料操作進行操作監控。此外，通過iSee軟件的顯示與亮燈系統的對比，便可輕易發現系統中可能出現的問題，從而聯系相關人員迅速糾偏。

4 運行結果

該系統目前已經應用于該企業的集配生產線，平穩運行了1年左右。SPS上線之后，產品錯誤率減少到0，不但極大降低了分揀工人的工作強度，而且每年節省機會成本可達1000余萬元。SPS系統與傳統分揀模式效果對比一覽表如表1。

表1 SPS系統與傳統分揀模式效果對比一覽表

5 結語

開展SPS技術在汽車工業成本管控中的應用的全面研究，明確SPS這一技術的整體應用優勢，并且將這一應用效用全面發揮于汽車工業生產的開展進程中，能為汽車工業行業的全面發展提供巨大的推動力。