臧程程

摘要： 通過對核心四大工藝沖壓、焊裝、涂裝、總裝的認(rèn)識，深刻理解汽車制造領(lǐng)域的核心工藝。了解汽車的主要構(gòu)造和具體功能，根據(jù)汽車廠的生產(chǎn)環(huán)境，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的首要條件。針對汽車廠總裝車間生產(chǎn)線的自動輸送控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)的硬件、軟件以及系統(tǒng)功能等方面對控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析，以滿足汽車生產(chǎn)的工藝需求。

Abstract： Through the core four processes stamping， welding， painting， assembly understanding， a deep understanding of the automotive manufacturing field of the core process. To understand the main structure and specific functions of the automobile， according to the production environment of the automobile factory， to ensure the safe and stable operation of the system， is the primary condition for the design of the control system. Aiming at the automatic conveying control system of the production line of the automobile assembly shop， the control system is comprehensively analyzed from the aspects of hardware， software and system functions， so as to meet the technological requirements of automobile production.

關(guān)鍵詞： 汽車發(fā)動機(jī);總裝;自動化;輸送;控制系統(tǒng)

Key words： automobile engine;final assembly;automation;delivery;control system

中圖分類號：U472.43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0025-03

0 ?引言

隨著人們生活質(zhì)量水平的不斷提高，對汽車的需求越來越大，特別是汽車發(fā)動機(jī)的總裝生產(chǎn)，其質(zhì)量直接影響汽車的美觀性和耐腐蝕性。實現(xiàn)對汽車發(fā)動機(jī)總裝生產(chǎn)線的自動化控制，對于系統(tǒng)的維護(hù)有重要意義。近年來我國的汽車工業(yè)上升迅速，汽車行業(yè)的競爭激烈。發(fā)動機(jī)作為汽車制造的關(guān)鍵零部件，其制造工藝復(fù)雜。要想達(dá)到高效的生產(chǎn)，需要有一條水平先進(jìn)的自動化生產(chǎn)線，生產(chǎn)線的布局好壞直接關(guān)系到發(fā)動機(jī)整體的質(zhì)量。當(dāng)對發(fā)動機(jī)工廠進(jìn)行全新的規(guī)劃時，會受到廠區(qū)使用面積、擴(kuò)展方向、運輸路線等方面的限制，同時還需要考慮到生產(chǎn)線布局的再次調(diào)整問題，不同的設(shè)備布局，都會對車間場地的利用率和維修性造成影響，影響今后設(shè)備的正常使用。因此，對生產(chǎn)線的布局方式進(jìn)行合理規(guī)劃，要充分考慮到各方因素對生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率所帶來的影響，選擇合理性更高的布局方式，以幫助企業(yè)獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。文章針對汽車發(fā)動機(jī)總裝車間在原有的生產(chǎn)輸送線基礎(chǔ)上，對總裝輸送系統(tǒng)進(jìn)行自動化升級改造，達(dá)到加快生產(chǎn)節(jié)拍，實現(xiàn)系統(tǒng)的控制與監(jiān)控目的。

1 ?汽車制造的核心工藝流程

1.1 沖壓工藝

沖壓是汽車制造的第一道工序，首先將板材切割出適合大小，然后對其進(jìn)行沖孔和切邊，最后進(jìn)行沖壓成形。每一個制造部件都有一個特定的模具，只需要將不同的模具安裝到?jīng)_壓機(jī)床上，就可以制造出不同的部件，模具的質(zhì)量好壞直接決定零部件的質(zhì)量。

1.2 焊裝工藝

焊接就是將加工好的材料進(jìn)行部分加熱，或者將加工好的板材同時進(jìn)行熱加工和壓力加工，形成初步的車身形狀。在進(jìn)行車體焊接的過程中，使用最多的焊接方式就是電焊，焊接的質(zhì)量直接關(guān)系到車體的硬度。汽車車體實際上是由薄板材結(jié)合所得到的整體部件，當(dāng)從車間生產(chǎn)完成后的板材出來后，需要在焊裝車間對車身整體進(jìn)行整合和銜接，因此，焊裝是讓車體成形的一道重要工序。焊裝階段作為決定車體制造質(zhì)量的重要階段，決定了車體制造的整個過程，汽車的主體作為一個繁雜的結(jié)構(gòu)功能組合件，由上百種板材沖壓工件經(jīng)過焊接合成。車體沖壓得到的工件板材，都具備可焊特性。

1.3 涂裝工藝

涂裝工藝具有防腐性和裝飾性的特點，涂裝的工序復(fù)雜，對專業(yè)的要求較高。需要保持在不同的環(huán)境下，油漆膜不發(fā)生劣質(zhì)化和腐蝕，且保持表面的光滑。比較經(jīng)典的涂裝工藝是陰極電泳、中途，在陰極電泳和中途之間，會使用焊接接縫打膠，確保車體的封閉性，達(dá)到降噪的效果。面漆之后要在車體的內(nèi)部打防銹蠟，在外表噴漆，使其具備一定的觀賞性，讓外表沒有微小的顆粒物，且具備較強(qiáng)的抗變形能力。底層漆層具有較好的防生銹和耐腐蝕的特點，黏著力強(qiáng)，不會輕易出現(xiàn)腐銹或者脫落。

1.4 總裝工藝

總裝工藝就是將車體、發(fā)動機(jī)、變速器、燈、車門等進(jìn)行拼裝，組成完整的產(chǎn)品。汽車總裝是汽車整個生產(chǎn)流程的最后工序，需要將上百種的部件根據(jù)一定的工藝組成總體，并經(jīng)過嚴(yán)格的檢查確定車體是否符合整套工藝流程的標(biāo)準(zhǔn)。一般的成品汽車，都具備較好的驅(qū)動效果，可以滿足在繁雜條件下的運輸。汽車成品具有穩(wěn)定牢固、乘坐舒服的特點，可以滿足環(huán)境保護(hù)的需求。舒適需求需要通過總裝工藝進(jìn)行實現(xiàn)。如果花費的金額與做出的成品不成正比，將會影響到汽車的整體質(zhì)量，因此總裝是確保汽車品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。

2 ?汽車的主要構(gòu)造和功能

2.1 輸送系統(tǒng)主要設(shè)備

大多數(shù)情況下，在進(jìn)行機(jī)械與電氣產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中，最重要的生產(chǎn)工序就是裝配工序。裝配工序主要是對機(jī)械進(jìn)行檢測和調(diào)整，其目的就是保證每一個部件都可以有一個較好的集成整體，這樣才可以充分發(fā)揮出部件的功能。而總裝就是將不同的零部件按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組裝，形成一個比較完成的產(chǎn)品，汽車的制作工藝復(fù)雜，根據(jù)汽車的具體構(gòu)造，可以將其分為發(fā)動機(jī)、底盤、車身以及電氣等幾個較大的系統(tǒng)組件，如果在一個較大的制造廠中，汽車總成需要在獨立的廠區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)，然后將每一個部件都送到一個總的裝配車間中等待下一步的工作。據(jù)不完全統(tǒng)計，中型卡車較小的零部件就高達(dá)500多種。小型轎車的制造工藝更加精密，很多電器設(shè)備相對較為完善，其需要的零部件總成數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于卡車的配件總成數(shù)量，因此在進(jìn)行汽車總裝時，是一項非常復(fù)雜的工作。

2.2 汽車輸送系統(tǒng)具體流程

當(dāng)完成設(shè)備制造后，就開始了總裝環(huán)節(jié)。汽車裝配是為了滿足一些基礎(chǔ)性的需求，需要通過輸送設(shè)備才能夠完成最終的裝配工作，推動裝配工作的進(jìn)行，完成一輛成品汽車的制造。當(dāng)汽車的車身完成涂裝工作后，需要通過滑動式的輸送體系，將整個車身運輸?shù)窖b配的地方進(jìn)行操作，在升降段會將車身送達(dá)最高的位置并進(jìn)行信號的發(fā)射，然后將信號傳送到其他的停止器中，推動推車機(jī)完成工作，并迎接下一個汽車車身的到來。存儲器可以起到清理的功能，針對汽車生產(chǎn)的不同需求，當(dāng)在存儲區(qū)完成漆后，汽車的車身就需要嚴(yán)格按照生產(chǎn)的順序，對總裝線進(jìn)行輸送。因為存儲區(qū)具備緩沖功能，所以在進(jìn)行涂裝汽車車身時，空吊具可以讓升降機(jī)傳送到緩沖區(qū)，從而實現(xiàn)總裝車間的生產(chǎn)。如果車身沒有達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，則需要通過分道岔將其運回，并重新進(jìn)行輸送。輸送系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)中，起到非常關(guān)鍵的作用，利用先進(jìn)的輸送設(shè)備，可以更好的推進(jìn)汽車生產(chǎn)線的自動化操作，從而保證整個系統(tǒng)可以持續(xù)安全的完成所有工序。合理的電氣控制體系可以有助于汽車生產(chǎn)線的自動化功能得到更好的發(fā)揮，推動整個生產(chǎn)線的穩(wěn)定發(fā)展，降低故障率。同時還可以降低事故發(fā)生率，提高生產(chǎn)率，為企業(yè)帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 自動化控制體系的主要構(gòu)成

在現(xiàn)代汽車的制造領(lǐng)域中，集中式的生產(chǎn)模式是比較傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)，這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式存在一定的不足，如現(xiàn)場導(dǎo)線或配電盤的數(shù)量出現(xiàn)問題，會影響到施工的質(zhì)量?，F(xiàn)場導(dǎo)線與配電盤的數(shù)量施工較為繁瑣，加之線路較長容易影響操作流程。隨著社會的不斷進(jìn)步，電腦控制模式逐漸代替了集中式控制模式，全新的體系得到推廣，以PLC為核心，以工業(yè)以太網(wǎng)的形式進(jìn)行監(jiān)控，讓底層的控制體系可以保持與中間控制體系較高的通訊效果。當(dāng)前，汽車自動輸送控制體系的構(gòu)成主要分為三大部分：

工業(yè)以太網(wǎng)。作為局域網(wǎng)的分支，以工業(yè)基礎(chǔ)單元為主，與自動化系統(tǒng)進(jìn)行連接，為工作站提供較為穩(wěn)定的通訊，提高了通訊效率。

工業(yè)現(xiàn)場總線。作為雙向控制的數(shù)字體系，可以很好的與系統(tǒng)的現(xiàn)場裝置進(jìn)行連接，具有較好的控制效果，主要使用的是分布式網(wǎng)絡(luò)。

PLC控制體系。將制造汽車中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行有效結(jié)合，在現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)體系的幫助下，很好的實現(xiàn)了自動控制管理，從而獲取較好的自動化控制效果。

3 ?總裝控制系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)主要針對某汽車廠的總裝車間輸送線上位監(jiān)控和運動控制系統(tǒng)，完成車輛在總裝車間的車身傳輸。在該輸送線上設(shè)計一套監(jiān)控系統(tǒng)，用于監(jiān)控車間生產(chǎn)計劃，通過監(jiān)控系統(tǒng)，對生產(chǎn)線的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行采集和數(shù)據(jù)分析，從而獲取設(shè)備的故障率。通過監(jiān)控系統(tǒng)接收MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃，并將生產(chǎn)計劃發(fā)送給PLC，完成現(xiàn)場生產(chǎn)的指導(dǎo)。監(jiān)控系統(tǒng)會與MES系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)生產(chǎn)和保證的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，并實時反映現(xiàn)場生產(chǎn)信息的情況，提高生產(chǎn)率。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)整體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

現(xiàn)場工業(yè)以太網(wǎng)采用多模光纖和電氣就兩種結(jié)構(gòu)將所有設(shè)備進(jìn)行連接誒，多模光纖允許在不同模式下進(jìn)行傳輸，因為多模光纖的芯徑較大，因此可以作為耦合器或者接線器使用。電氣接口一般應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸，以網(wǎng)卡接口形式出現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，中控室網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包含WinCC服務(wù)器、MS SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、中央歸檔服務(wù)器以及中控室交換機(jī)等4大設(shè)備。WinCC服務(wù)器采用IBM工控機(jī)，通過以太網(wǎng)卡連接中控交換機(jī)，然后工控機(jī)會通過SIMATIC NET連接網(wǎng)絡(luò)終端。終端總線用于連接服務(wù)器和客戶機(jī)，對于可以安裝多塊網(wǎng)卡的服務(wù)器而言，選擇合適的網(wǎng)卡作為終端總線更有利于數(shù)據(jù)傳輸;MS SQL Server數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用IBM工控機(jī)，通過以太網(wǎng)卡連接到中控室的交換機(jī)上，用于存放更MES系統(tǒng)數(shù)據(jù);中央歸檔服務(wù)器采用IBM工控機(jī)，用于存放歸檔數(shù)據(jù);中控室交換機(jī)，通過中控室交換機(jī)將現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)以及其他設(shè)備進(jìn)行連接。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

現(xiàn)場交換機(jī)與中控交換機(jī)之間的交換主要采用多模光纖進(jìn)行連接，其連接速率高，交換機(jī)的下層通過電氣接口進(jìn)行連接;現(xiàn)場設(shè)備中包含了PLC、Panel、Line PC等，現(xiàn)場總線在傳輸距離上容易受到一定的限制，當(dāng)設(shè)置的傳輸速率為9.6kbps時，傳輸?shù)木嚯x較快。對于距離較長的設(shè)備連接，需要使用中繼器進(jìn)行信號的放大，中繼器會將兩個以上的現(xiàn)場總線進(jìn)行連接，這樣的目的是為了拓展網(wǎng)絡(luò)的成功度，提供信號之間的緩沖，起到隔離的效果。圖2展示了在現(xiàn)場的PLC設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的連接情況，每一個PLC都為其配置了工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)通過光纖進(jìn)行連接，PLC通過ProfiNet連接交換機(jī)和上位機(jī);現(xiàn)場ET200通過現(xiàn)場總線連接PLC。讓信號在總線上進(jìn)行傳輸時，信號的強(qiáng)弱度會隨著距離的增加而發(fā)生變化，當(dāng)把另一個節(jié)點連接到總線上時，會出發(fā)信號反射，從而對信號產(chǎn)生較大的影響。因此對于一定長度的總線，需要從設(shè)備、分支電路以及長度等多個方面進(jìn)行考慮。

3.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

對于整條輸送線而言，主要負(fù)責(zé)輸送車身在內(nèi)飾線積和精飾線的輸送，且在輸送的過程中，要保證汽車總裝的安裝工作已經(jīng)完工。如車輪安裝、固定部位安裝、特定工序的安裝等。系統(tǒng)能夠正常運行，都是在PLC的總體控制下進(jìn)行，通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)對系統(tǒng)的通信和信號的傳輸，以保證系統(tǒng)的整體運行效果。

3.2.1 生產(chǎn)計劃接收

中控室的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通過以太網(wǎng)接收MES系統(tǒng)發(fā)出的生產(chǎn)計劃，并將生產(chǎn)計劃存放在本地的數(shù)據(jù)庫中，MES系統(tǒng)有專門的數(shù)據(jù)庫存放生產(chǎn)平臺，當(dāng)實際生產(chǎn)時，中控室數(shù)據(jù)庫服務(wù)器會將MES系統(tǒng)中存放的計劃進(jìn)行傳輸，通過socket接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的存儲。然后將生產(chǎn)計劃的信息存儲到服務(wù)器的特定位置下。當(dāng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存放生產(chǎn)計劃后，WinCC服務(wù)器會根據(jù)車間的生產(chǎn)需要，向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提取生產(chǎn)幾乎，并將生產(chǎn)計劃傳輸?shù)絇LC中。

3.2.2 生產(chǎn)計劃更改

通過WinCC開發(fā)的界面，查看生產(chǎn)計劃。該生產(chǎn)計劃包含計劃和運行的批次。計劃批次表示將沒有下載的PLC中的數(shù)據(jù)存放到服務(wù)器中，然后通過人工方式調(diào)整生產(chǎn)隊列;運行批次表示將下載完成的PLC加入到正在生產(chǎn)的隊列中，需要注意的一點是運行批次不允許隨意修改生產(chǎn)隊列。沒有下發(fā)到PLC生產(chǎn)批次的用戶，需要通過調(diào)整次序的方式變更隊列中數(shù)據(jù)的位置，讓數(shù)據(jù)可以完成上移、下移、刪除、添加、更改的功能。手動調(diào)整生產(chǎn)隊列，需要有管理員的同意，具有權(quán)限的管理人員，會自動調(diào)整隊列，并記錄調(diào)整的時間，并將信息統(tǒng)一保存在操作日志中，方便日后的追蹤管理。

4 ?結(jié)束語

汽車發(fā)動機(jī)總線的自動輸送與控制系統(tǒng)，需要有工業(yè)現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)以及PLC等的集成，讓管理部門進(jìn)行在線監(jiān)督控制，實現(xiàn)對底層的有效監(jiān)督和控制。車間的數(shù)據(jù)管理體系要時刻與其他控制體系進(jìn)行有效連接，從而發(fā)揮出重要的作用?，F(xiàn)在實時通信的效果很好，對于一些老舊落后的電纜線，可以進(jìn)行取代，以減輕裝配難度，保證裝配的質(zhì)量。發(fā)動機(jī)的質(zhì)量在汽車整車制造中地位非常重要，各個工序之間的配合默契度直接關(guān)系到發(fā)動機(jī)總裝的質(zhì)量。因此對發(fā)動機(jī)總裝線進(jìn)行自動化控制設(shè)備的研究，可以有效提高發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)效率，為汽車工業(yè)的發(fā)展注入新動力。

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