關于我國汽車生產自動化裝配技術發展的探討

李新 時鑫

摘要：隨著中國汽車行業的發展，汽車的生產規模迅速擴大，自動化技術與設備正在汽車制造行業得到越來越廣泛的應用，許多國內汽車制造企業紛紛在自己的生產線上使用了機器人、傳感、監控系統等技術。與人力資源相比，自動化系統可以承受更高難度、高強度的勞動，能夠執行更高精確度的工作，在工作中更準確、更安全。那么汽車生產自動化技術的發展成為了世界矚目的焦點之一。

關鍵詞：汽車生產;自動化技術;發展

自動化是國內汽車制造業發展的趨勢，面對這個情況，汽車行業應該要形成完整的自動化生產模式。自動化生產是指生產過程中有機器人作業，每一個工序都有機器人和自動化設備完成。汽車的自動化生產具有較強的穩定性，可以減少人工成本，提高汽車的質量和生產效率，在整個汽車行業發展的過程中，自動化生產是有益無害的，可以說汽車制造業在今后將成為自動化的主力市場之一，在汽車生產過程中，原來的準備、車身焊接、裝配檢查無一不應用到工業機器人、監控系統等自動化技術與設備。

一、回顧我國汽車生產自動化技術的發展歷程

技術的價值是需要在行業中應用才能體現出來。自動技術在汽車行業應用的演變也是自動化技術發展的縮影，回顧自動化技術在汽車行業的發展，對把脈未來汽車行業對自動化技術的需求有著積極的作用。40到60年代初，市場需求動力主要表現在提高資源有效利用，減輕勞動強度，提高產品質量及適應批量生產的需求。該階段表現為單機自動化階段，主要特點體現在各種單機自動化加工設備的出現，并不斷擴大應用向著工業自動化縱深方向發展。從60年代到70年代初，市場競爭加劇，要求產品更新，產品質量高，同時適應大中批量生產需要和減輕勞動強度。在這階段自動化進入了以生產線為標志的時期，在單機自動化的基礎上，各種組合機床、組合生產線出現，軟件數控系統也出現并用于機床行業。我國汽車行業基本以繼電器控制技術為主，生產主要應用組合機。

由于市場環境的變化，多品種、中小批量生產中普遍性問題愈發嚴重，要求自動化技術向其廣度和深度發展，進而表現出各相關技術融合的趨勢，并發揮其整體的最佳效能。因此在70到80年代初期，順序邏輯受到了追捧，通過應用順序邏輯改造部分控制系統老舊和邏輯比較復雜的設備。這一時期半導體技術的學習和應用逐漸形成熱潮。這一時期，隨著總線高調進入市場的同時，PLC、變頻器、位置控制及A/D技術被引進到汽車行業。80年代中期，我國汽車行業逐漸引進了數控技術，數顯、數控、機器人及加工中心代表了數控技術的自動化發展水平。發那科、西門子系統在我國汽車行業占據了較大的市場份額，國內汽車行業用戶通過不斷引進和改造大批數控設備、加工中心，至今在汽車行業的部門發動機生產以加工中心為主題設備，形成加工中心柔性生產線，為汽車產品的快速更新換代奠定了設備技術基礎。作為數控技術的延伸，機器人技術也越來越多的被應用到整車制造中。這時期的機器人被應用在汽車行業的車身焊接、涂膠、噴漆、搬運等領域中。從上世紀90年代后期開始，隨著互聯網技術的發展，汽車行業逐步興起應用網絡信息技術。

二、汽車生產自動化技術的最新發展及方向

汽車生產自動化現代測量技術應高精度、高速度、多功能、在線檢測的需求，不斷取得新的發展與突破。目前自動化技術發展的一個主要趨勢，是控制器功能的集成化，以及通訊的集成化。長久以來，由于技術的限制，在一個自動化技術中需要使用多種，來自多個廠商的專一功能的控制設備。相應地在通訊上，有一般控制任務的現場總線;用于安全控制的安全總線;用于運動控制的通訊。這樣集成得到的系統，復雜性高，無論系統集成商，還是設備使用維護方，除了掌握各種不同的技術外，還必須適應不同廠商產品的不同設計習慣，不同的軟件編制風格。還有，不同系統之間的接口和通訊進一步增加了系統的復雜性。而且從一定程度上，降低了系統的性能。現在，集成了上述幾個和全部控制功能的控制器越來越多。比如集成了一般控制功能和安全控制功能的PLC，集成了PLC功能和運動伺服控制功能的基于PC 的控制器，等等。同時在通訊領域也在發生重大變化，以太網借著在一般網絡上取得的巨大成功，已經在工業領域逐步深入，開始牢牢確立自己的地位。集多種通訊功能于一身的以太網產品已經出現，隨著技術的逐漸成熟，產品的逐漸豐富，以太網技術是目前能夠看到的一統江湖的通訊網絡。

汽車行業自動化技術的快速應用和發展來源于以下動力：

1.勞動生產率的要求。越來越高的勞動生產率要求，減少的人需要用自動化設備替代。

2.汽車控制自動化。汽車產品技術的日新月異，越來越朝智能化、舒適化發展，這就要求制造和測試汽車的設備也更加智能化和自動化。

3.品質標準提升。汽車行業對汽車品質的安全性、制造質量、環境要求越來越高，也催生了設備自動化檢測技術和制造技術的提升。

4.成本需求。由于汽車產能的快速發展，逐步使市場出現過剩。因此，要提升競爭力，必須盡量降低成本。而降低成本的重要途徑之一，就是提升制造效率，攤薄制造成本。這也拉動了自動化技術的快速發展。

三、汽車自動化技術發展階段特征

隨著生產需求及環境的變化，自動化技術也在不斷的發展與完善。反過來，自動化技術的每一次前進推動著生產應用的變革。在建設資源節約型社會的今天，生產方式正在悄然的發展改變，用戶對于自動化的需求已經從單一產品提供形式向著整體解決方案的方式轉變。從節能、環保、信息化、物聯網到生產保障、生產安全，乃至整個制造業升級，其需求本質都是解決方案式的服務，這也成為當前自動化市場發展的主要特征。

用戶對解決方案式服務的需求代表著我國工業生產將進入整體工廠階段，這個階段代表著目前設備技術的最高水平。以汽車行業為例，該階段要求自動化技術能力應該滿足：

（1）具備高產能的特點;

（2）工廠工藝總體設計，各工序全面兼顧，實現工序之間的內在無縫銜接，大幅度的提升制造質量;

（3）柔性化生產線，縮短產品更新換代改造的周期;

（4）信息技術成為設備技術的基礎載體，實現信息實時傳遞，通過中央控制室監視、控制、追溯及管理;

（5）應用物聯網技術，使車型混流生產做到井然有序;

（6）精益生產，實現生產組織、物流配送等以最經濟的方式完成生產全過程。

整體工廠解決方案的發展需求與我國“自動化與信息化”融合的發展趨勢相匹配。目前，主流自動化企業在提供整體解決方案上搶先一步。西門子早在幾年前推出了全集成自動化軟件TIA，是業內首個采用統一的工程組態軟件和軟件項目環境的自動化軟件，借助該全新的工程技術軟件平臺，用戶可以快速直觀的開發和調試自動化系統。TIA博途采用新型、統一軟件框架，用戶可在同一開發環境中組態西門子所有的可編程控制器、人機界面和驅動裝置。在控制器、驅動裝置和人機界面之間建立通信時的共享任務，可大大降低連接和組態成本。

有專家說，在整體解決方案能力上外資品牌處于領先的地位，隨著國內廠商技術水平的不斷提升，也涌現了優秀的解決方案提供者。因此，對用戶而言，在能夠滿足應用的條件下，國內廠商在成本上的優勢往往是吸引用戶的關鍵。

四、電氣自動化在汽車性能設計上的應用

近些年，我國的經濟取得了很大的發展，但是伴隨著汽車數量的增加與路況復雜程度的不斷提高，駕駛的難度也越來越高，并且開始逐漸融入人類的能力范疇。當前，汽車駕駛自動化的實現主要借助于計算機技術及控制技術來實現。現在，汽車的競爭已經進入了白熱化的狀態，汽車生產廠家都下大力氣在汽車性能的提升上，其中自動化就是它發展的一個重要方向。駕駛者可以在計算機的協助下將駕駛工作逐漸轉移到用自動化技術來實現，通過廠商的大力發展，自動化技術在提升道路利用率，降低車輛的制造成本及燃油消耗方面都取得了進展與突破，收獲了可觀的經濟效益。

五、汽車生產安全技術

隨著汽車的速度越來越快以及道路越來越擁擠，駕駛的安全性已經成為汽車廠商首要考慮的問題。汽車制造設備，尤其是沖壓設備，都是安全等級要求極高的設備，一直以來也是安全控制產品的主要應用領域，從很多安全產品和應用中，都能明顯看到這一點。由于法律和文化等諸多方面的原因，歐洲的安全技術和產品一直處于領先，應用也最為成熟和廣泛。在我國，安全一直被放在很高的位置，但多數停留在“對人進行安全教育”的層面，認為安全事故的主因在人，把對技術措施的改進放在第二位。但是國外，尤其是歐洲多年推行安全技術，事故率大大降低。這一事實說明安全事故的預防也是一個技術問題，技術性的措施比對人的教育更加重要。可喜的是，目前安全技術在國內的應用日益廣泛。雖然我國強制性的推行國際安全技術標準，但大多汽車制造廠對安全技術有比較嚴格的要求，帶動了安全技術在國內機器制造行業的應用。而且，隨著美國和日本逐漸重視安全技術，使得美國和日本的電氣控制巨頭們也推出了諸多具有競爭力的安全產品。對安全技術的應用有了更大的推動作用。一般來說，安全控制系統應該包括安全輸入設備，安全控制電氣元件。其中，安全P L C 是在應用中值得重點關注的產品。所謂安全PLC，就是專門為條件苛刻的任務或安全相關的應用而設計的PLC，在其失效時不會對人員安全或過程安全帶來危險。在一臺安全PLC根據要求達到了特定的可靠性/故障概率等級時，就意味著它具有廣泛的自診斷能力，可以監測各個方面的硬件狀態、程序執行狀態和操作系統狀態。此外，安全PLC 還必須能夠執行標準機構認證的必須的故障安全動作，而這些故障安全動作都是根據特定的原則設計，并滿足國際安全標準中定義的要求。另外，安全PLC 還可能包括警衛保護預警和權限管理的內容，用來保護安全PLC 不受來自外界的干擾。同時，都試圖將安全PLC 與其他機械安全產品一起構成完整的機械安全解決方案。

六、總結

汽車制造企業紛紛在自己的生產線上使用了機器人、傳感、監控系統等技術，與人力資源相比，自動化系統可以承受更高難度、高強度的勞動，能夠執行更高精確度的工作，本文主要討論了我國汽車生產自動化裝配技術的發展現狀及存在的問題，主要從發展背景及歷程、未來的發展方向及應用、電氣自動化以及安全技術等方面進行了研究分析，最后得出自動化系統在工作中更準確、更安全，未來汽車生產自動化技術的發展成為了世界矚目的焦點之一。

參考文獻：

[1]?白文亭 汽車自動化迎來集成化時代 電氣時代 2009年底9期.

[2]?黃正夏 電動汽車 21世紀汽車工業的發展方向 當代經濟 2003.5.9.

[3]?肖紅亮 自動化技術在汽車中的應用 百家論劍 2012.01.

（作者單位：北京機械工業自動化研究所有限公司）