专用汽车数字化车间的探索

房坤1 梁明轩1 陈子阳2

1. 扬州中集通华专用车有限公司 江苏扬州 225009

2. 重庆交通大学 重庆 404100

专用汽车数字化车间的探索

房坤1 梁明轩1 陈子阳2

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在追赶工业4.0的道路上，为进行数字化车间建设的前期探索，着手打造了一条牵引销总成机器人焊接自动化生产线，介绍了数字化设计、生产线的整体布置、物流自动化、机器人焊接优势等，为数字化车间的建设提供了一种参考意见和方法。

工业4.0 数字化设计 自动化生产线 物流自动化 焊接机器人

1 前言

工业4.0是《德国2020高科技战略》中所提出的十大未来项目之一，由德国政府在2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出，目的是为了提升德国制造业的智能化水平。中国政府也于2015年5月正式印发《中国制造2025》，旨在提升中国制造业的质量和水平，实现制造强国战略。可见，各国都在积极提高工业竞争力，以在新一轮的工业革命中占得先机。

工业4.0是将实体物理世界与虚拟网络世界融合，综合利用第一次和第二次工业革命创造的“物理系统”和第三次工业革命带来的“信息系统”，将两者融合，实现智能化生产。通过产品生命周期管理（PLM）、企业资源计划（ERP）以及制造执行系统（MES）等平台集成，实现数字化生产。

目前在专用汽车行业，绝大多数企业仍未达到工业2.0，面对巨大的市场竞争压力，制造企业已经意识到提高效率、节约成本、提升质量势在必行，数字化工厂技术则为此提供了一种有效的解决方案，因此越来越多的中国企业开始积极筹备建设数字化工厂，以期在数字化引领的工业变革中提升企业的竞争力。某公司为实现产业升级，推进和探索数字化工厂的建设，验证并对比数字化技术在提高生产效率方面的作用，打通数字化设计到生产的全链条通路，推动建设了数字化教导车间这一项目。在这个背景下，该公司已先期建设完成了一条牵引销总成机器人焊接自动化生产线，为正在打造的数字化教导车间进行一种尝试，并为后期整个数字化工厂的建设打下一定基础。

2 数字化设计

首先，建立了全三维的参数化和模块化产品设计平台，将ERP系统中的订单需求导入平台，自动转换成数字化配置参数，快速生成产品的全三维设计图纸和设计EBOM，并对产品零部件进行全三维化的分析和验证，实现产品开发过程知识数字化及电子流程化。

通过建设以BOM为核心的设计工艺一体化平台，将EBOM转化为工艺及制造视角的MBOM，并将传统的工艺指导文件或卡片的工艺表现形式转换为结构化工艺，实现三维化创建工艺，全面提升工艺设计的精细度及能力，提升设计、工艺数据的一致性及关联性，加强变更的协同性，实现工艺的数字化设计。

通过产品可制造性仿真，仿真产品的生产制造过程，验证产品的工艺性，获得完善的制造规划，交互式或自动地建立装配路径，动态分析装配干涉情况，确定最优装配和拆卸操作顺序；通过机器人仿真，确认利用设备完成工艺过程的可行性，规划机器人的工作路径，消除机器人运动过程中的动态干涉；根据产品的工艺时间和工艺路线，还可以进行工厂物流仿真，从而评估整个工厂的产能、物流线路及成本，进而实现优化整个生产工厂的目的。

建立数字化模型，打通计划、物料、设备、质量全链条通路，同时引入现代化设备，以产品为中心通过软件与软件、软件与设备的互联互通，实现生产自动化。

数字化关键难点是工艺路线的确定形成结构化工艺并能实现柔性生产，准确定义产品模块配置。

3 生产线整体布局

整个牵引销总成机器人焊接自动化生产线照片如图1所示，主要包含物流自动化和机器人焊接两个部分。其中物流自动化采用PLC程序控制，具有拼焊总成自动输送、自动上下料、自动定位装夹等功能，并实现了物流自动化和机器人焊接的无缝对接。该生产线投入生产运营后，明显减少了牵引销总成吊运周转时间，基本消除了制造缺陷返工。

图1 牵引销总成机器人焊接自动化生产线

3.1 物流自动化部分

该生产线物流自动化部分采用PLC控制。可编程序逻辑控制器（PLC）以其抗干扰能力强、可靠性高、编程简单、故障率低等特点，被广泛应用于工业自动化生产领域，因此基于PLC控制的该工业生产流水线具有高效率和操作简单等特点。在本条生产线中，工件在缓冲辊上的传送、小车的上下料均采用三相异步电机驱动，通过接近开关对行程进行控制，依靠PLC的逻辑编程，可实现对工件的全自动输送，替代原先的人工吊转，效率明显提升，缓冲辊道和小车上下料如图2所示。

3.2 机器人焊接部分

焊接部分采用的是TM-G3系列焊接机器人，它是一种示教再现机器人，该机器人的编程通过实时在线示教来实现，机器人再根据示教程序完成预期的动作，因此可对多种不同大小的牵引销总成进行焊接，图3为机器人焊接示意图。

图2 缓冲辊道和小车上下料

图3 机器人焊接

由于机器人的焊接电源为双脉冲数字焊接电源，焊接飞溅大大减少，打磨的工作量也明显降低。采用了机器人焊接后，焊接电流、电压以及焊接过程的稳定性均得到明显提升，焊接质量得到有效保障，图4为牵引销人工与机器人焊接效果对比图。

图4 人工与机器人焊接效果对比图

4 结语

数字化设计缩短了产品的开发周期，减少了人为错误，保证了产品的设计质量；基于PLC控制的工件传送代替了人工吊转，工作效率显著提升，焊接质量更稳定、可靠。该生产线投入使用后生产效率提高40%，订单交付时间缩短40%，产能提高1倍，生产成本降低约10%。

随着科学技术的发展，工业生产智能化程度得到不断提高。本文介绍的自动化生产线为目前数字化教导车间的建设奠定了基础，数字化教导车间项目的实施为进一步推进数字化工厂建设做好了前期探索工作，为其他工厂的数字化建设提供了参考样板和实施基础。

[1] 韩建海.工业机器人[M].武汉:华中科技大学出版社,2015.

Exploration of Special Purpose Vehicle Digital Workshop

FANG Kun et al

On the way of chasing industrial 4.0, in order to carry out the preliminary exploration of digital workshop construction, an automated welding robot production line of traction pin assembly has been designed. The digital design, the overall layout of the production line, logistics automation, the robot welding superiority were introduced this article. It provided a reference for the construction of the digital workshop.

Industrial 4.0; digital design; automated production line ; logistics automation; welding robot

U469.2.02

A

1004-0226(2017)03-0093-02

房坤，男，1966年生，高级工程师，现从事专用汽车设计工作。

2017-01-06