卡车纵梁自动生产线物料跟踪系统的研究与实现

王永亮，荣胜波

(1.沈阳职业技术学院汽车分院，辽宁沈阳110015;2.中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳 110016)

卡车纵梁自动生产线物料跟踪系统的研究与实现

王永亮1，荣胜波2

(1.沈阳职业技术学院汽车分院，辽宁沈阳110015;2.中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳 110016)

主要讨论卡车纵梁全自动生产过程中的物料跟踪方案。为了满足卡车纵梁全自动生产线柔性化生产的需要，在生产过程中需要对每一个纵梁进行唯一性标识。在分析不同标识方案的基础上选择了二维码的标识方案，并依据此方案进行软硬件的设计。

卡车纵梁;自动生产线;物料跟踪系统;二维码

车架是重要的汽车部件之一，其主要作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证汽车正常行驶。由于不同车型底盘上的配置不同而使得车架纵梁的形状、尺寸及孔的数量、大小及分布亦会不同，因此车型的多样化以及发动机等核心零部件的更新换代等变化都对车架纵梁生产产生影响。为了实现汽车生产的规模效益，必然要求汽车纵梁生产的自动化和柔性化，以适应越来越多车型的需要。而对于汽车纵梁这种特殊的产品，要实现自动化、柔性化生产，其在生产过程中的标识和识别是首先需要解决的问题［1］。

1 卡车纵梁生产的工艺流程

卡车纵梁是一种用板材辊压成型的U字形梁，在U形梁的腹面和翼面有直径不等的孔用于在其上安装各种汽车部件和总成。卡车纵梁的生产主要需经历以下加工流程:

(1)成卷的板材经过开卷辊压成U型梁;(2)将U型梁在辊压机末尾自动切成所需长度;(3)不同长度的U型梁被输送到冲孔机处进行冲孔。冲孔分为腹面冲和三面冲两种，不同纵梁型号有不同的要求，且冲孔位置、数量、孔径都随着纵梁型号的不同而变化，这也给纵梁标识带来一定的难度;

(4)纵梁通过等离子切割，在其长、宽、高方向形成所需断面形状;

(5)纵梁经过抛丸机进行表面抛丸处理;

(6)纵梁经过折弯机，在长度方向对其进行折弯，形成最终所需的形状。

(7)纵梁加工完毕 (如图1所示为卡车纵梁外形图)，最后就是检查、入半成品库。

在整个工艺流程中，并不是所有纵梁都需要进行等离子切割和折弯，而是随型号而定。由于卡车纵梁生产工艺的多环节，以及某些环节需对工件进行去除材料操作，为纵梁在整个生产线上的识别带来了很大的难度。为了实现卡车纵梁在生产过程中的跟踪，设计的物料跟踪方案应能使工件顺利通过各道加工工位，而且在经过各道工位的前后都能对工件进行有效的识别且不受加工工艺的影响。

图1 卡车纵梁外形

2 卡车纵梁标识方案的确定

目前，适用于工业产品的识别技术主要有条形码技术、二维码技术、RFID技术和光学字符识别技术。

相比于其他识别技术，二维码技术主要有以下优点［2］:

(1)信息存储密度大，是一维条形码的50倍，1 cm2的面积即可打印10～20个字符;

(2)可用针打、喷墨、激光及化学腐蚀等方法打印;

(3)由于打码时所有格子的大小都是一样的，线条粗线一致，比例一致，所以全部可以直接读取，无须精确的矫正;

(4)由于编码标准化且标识的图案一致性好，所以数据读取的准确度高。

(5)尤其是气动打标方案，打标速度快，且形成永久标识，读取方便准确。

由前一节所述的卡车纵梁加工工艺流程可知，卡车纵梁的加工需经过多道加工工位，其中最关键的是工件需要经过抛丸处理。一维条形码、RFID及光学字符方案都无法保证卡车纵梁在经过抛丸处理后，标识码或字符仍完整且不影响读取。经过比较和验证，最终决定采用二维码标识方案。如图2所示为工件上二维码的图案。

图2 二维码图案

3 卡车纵梁生产线物料跟踪系统的控制

整条生产线的控制系统由两层构成:上层是上位管理系统，由数据服务器、管理员站和操作员站组成，负责整个车间的控制与协调;底层为现场控制单元，根据整个车间划分成不同的控制单元进行区域控制，单元之间的协调由上层控制系统完成［3］。图3为硬件网络图，图中只显示了打标和识别单元，其他控制单元同样通过以太网交换机与光纤环网相连。

如图4所示，上位管理系统包括的主要功能模块有现场监控管理模块、生产计划管理模块、计划排产模块、工件图纸归档管理模块、标识位置搜索模块、标识读取模块、LED显示模块等。其中标识位置搜索模块负责根据工件图纸归档管理模块提供的纵梁型号，自动地在工件上搜索可供打印二维码标识的空白区域，并结合最终纵梁的装配，在搜索出来的可用区域中选择一个最佳位置提供给二维码打标机定位系统，根据此信息定位系统在其系统坐标系内将打标机准确地定位到打标位置，然后系统控制打标机将计划排产模块生成的打标内容打印到卡车纵梁的指定位置，形成整个生产过程中的唯一标识［4］。

图4 车间控制系统主要功能模块

在每一个加工工位前都配有一个二维码标识读取装置即扫描仪，同时在输送辊道上设有检测开关，以检测纵梁是否到达扫描位置。扫描仪根据纵梁到达与否的信号决定是否进行读取。当扫描仪读取到二维码信息后就将该信息提供给对应加工工位的单元控制器，该加工工位的单元控制器内存储有多套加工程序来针对不同型号纵梁的加工，当单元控制器得到纵梁型号信息后，会自动调用相应程序进行加工，加工完毕后，通过辊道将纵梁运离该工位。

通过二维码打印和扫描识别系统，将整条生产线上的所有工位有机地联系起来，从而实现整条生产线的自动化柔性生产。

4 二维码打印识别系统的实现

控制系统通过标识位置搜索模块在纵梁的侧面进行位置搜索，搜索到的位置以二维坐标的形式给出，其中原点定在纵梁侧面底角点。为此需要一套机械装置和控制机构来实现二维码打标机的定位，并最终将标识打在搜索到的位置上。这样一套定位机构主要由沿纵梁长度方向和高度方向的两个伺服定位装置和纵梁宽度方向的气缸定位装置构成。两个伺服定位装置实现打标机在纵梁侧平面内的准确定位。而纵梁宽度方向由气缸进行定位，该定位能实现打标机在不打标时退到一个安全距离位置，打标时则在纵梁宽度方向将打标机定位到打标位置，如图5所示。

图5 打标机械机构

如图3左下部分所示，系统控制硬件包括2套伺服电机、1套伺服驱动系统以及1个人机界面 (触摸屏)。伺服驱动系统负责与上位系统通讯，取得打标机定位信息，控制伺服电机进行定位。驱动系统还与打标机控制器进行通讯，告知打标机定位与否的信号，打标机控制器根据此信号决定是否进行打标操作。同时打标控制器还与上位机进行直接通讯，来取得打标的信息 (字符序列)，最终将该信息准确地打印到纵梁的指定位置上。

5 结束语

卡车纵梁因为体积大、质量大，所以纵梁的生产一直以来采用的都是单工位生产，工位布置比较分散，工件在工位之间通过磁力吊和台车进行运输，加工效率低，且需要大量工人在现场进行配合操作，同时不同品种纵梁确认和加工程序的更换也繁琐费时，所以对其进行全自动化生产成为亟需解决的一个难题。

而在纵梁全自动化生产的整个过程中，各工位的自动化程序切换及工装夹具更换的问题都已得到解决，工件的自动化跟踪识别和在各工位之间的转运成为纵梁全自动生产的一个重点问题［5］。作者针对该问题，提出采用二维码的打印和识别作为工件在整个生产环节的跟踪识别方案。该方案解决了工件跟踪识别与纵梁加工工艺之间的诸多矛盾，为卡车纵梁自动化生产的实现提供了可行的解决方案。

【1】徐辉，葛茂根，张铭鑫.面向MES的柔性装配过程物料追踪方法研究［J］.机械工程师，2011(7):1－3.

【2】李兴无，莫文火，李辉.国际标准GM二维条码的优势与应用［J］.广西轻工业，2009(11):66－67.

【3】张连成，夏国平.面向生产过程的物料多跟踪监控模式及协调方法研究［J］.组合机床与自动化加工技术，2008(6):8－13.

【4】张国夫.汽车零部件二维码标刻应用技术［J］.现代零部件，2009(8):74－76.

【5】杨峻.基于MES构架的焊管生产线测量点物料跟踪系统设计［D］.上海:复旦大学，2006.

Research and Im p lementation of the Material Tracking System in the Truck Beam Automatic Manufacturing Line

WANG Yongliang1，RONG Shengbo2
(1.Automobile Branch College，Shenyang Vocational Technology College，Shenyang Liaoning 110015，China;
2.Shenyang Institute of Automation，Chinese Academy of Sciencer，Shenyang Liaoning 110016，China)

Thematerial tracking system in the truck beam automatic manufacturing line was discussed.To satisfy the need of flexiblemanufacture of the truck beam production，the beam should be identified with a uniquemark.After comparing differentmarking systems，2-dimensional bar code was chosen as the final scheme and the designs of hardware and software system were described.

Truck beam;Automatic manufacturing line;Material tracking system;2-dimensional bar code

U468.4

A

1001－3881(2013)8－114－3

10.3969/j.issn.1001 －3881.2013.08.039

2012－03－06

王永亮 (1980—)，女，硕士研究生，讲师。E－mail:273346609@qq.com。