电气自动化系统在汽车制造领域的应用研究

王建东

纬湃汽车电子(长春)有限公司 吉林省长春市 130000

1 引言

近年来，在社会经济不断发展的情况之下，汽车逐渐成为了人们生活中必不可少的代步工具，汽车行业也得到了进一步发展，为进一步提高汽车的智能化水平，满足人们的各方面需求，电气自动化系统逐渐在汽车制造领域得到了广泛应用，随着电气自动化技术的不断发展，该技术在汽车制造当中的应用也得到了进一步深化。

2 电气自动化技术

电气自动化技术实际上就是借助计算机实现对于整个系统或者相应设备运行状态的监控，以此确保系统和设备能够得以正常运行。随着现代信息技术水平的不断发展，当前电气自动化技术已经实现了高度集成化和智能化，能够结合相应计算机硬件系统，进行数据信息的分析、处理和整合，而且还可以实现信息的传输和共享，有助于进一步提升系统的智能化以及自动化水平。与此同时，电气自动化系统具有一定的开放性，能够通过相应界面，实现对于系统的设置、监控以及与外界的交互，使得相应设备更加开放可控，满足产品的不同功能需求，而且在监控功能的支持下，能够进一步保障数据信息传输的安全性以及准确性，形成良好的传输网络系统，以此确保系统功能的更好实现。最后，电气自动化技术和系统的科学应用，不仅能够满足用户的多样化需求，而且还能够提高产品的质量和生产效率，当前电气自动化技术已经得到了成熟发展，该系统在汽车制造领域当中的应用也已经探索出了新的方向，对于进一步促进我国汽车制造行业的发展和进步有着重要意义。

3 汽车制造领域当中电气自动化系统的应用

3.1 集成系统

自动化系统在汽车制造领域应用的前期，由于技术水平相对较低，生产的汽车存在系统较为混乱的问题，一个系统当中存在多个电子产品，不仅系统的复杂性相对较高，而且在实际使用的过程中，一旦某一个电子产品出现问题，难以及时确定故障位置和相应原因，导致系统的维修较为困难。由于汽车本身功能的额要求，汽车系统当中的电子产品功能以及结构等都相对较为复杂，二期不同的产品之间的差别也相对较大，在此情况之下，汽车的系统操作缺乏一定的规范性和便利性，严重影响了汽车制造领域的进一步发展。随着电气自动化系统的不断发展和进步，集成系统逐渐在汽车制造领域当中得到良好应用，不仅能够将不同部分的独立操作系统进行集成化管理和科学融合，有效提高了系统操作、管理以及监控和维修的便利性，同时还实现了多个系统功能一体化管理和操作，解决了传统自动化系统在汽车制造领域当中应用的主要问题，不仅极大地提升了汽车的生产效率，同时还有效提高了汽车的性能，为用户提供更好、更加优质的服务，满足不同用户对于汽车的多样化需求。

3.2 机器人视觉系统

机器人视觉系统是当前电气自动化技术，在汽车制造领域当中的新型应用，对于进一步提升汽车生产的质量、效率，优化调整汽车生产制造体系等方面都有着重要的作用和效果。机器人视觉系统在汽车制造过程中的主要应用表现在以下两个方面：一方面，在实际进行汽车生产时，借助机器人视觉系统能够实现对于汽车尺寸的高效测量和实时监控，取代了传统人工测量方式，既能够有效提高测量的效率，同时还能够避免由于人工测量而产生的误差问题，保障测量的准确性，进一步减少汽车生产过程中对于人力资源的需求，加强了成本的控制。另一方面，在进行汽车车身设计的过程中，机器人视觉系统还能够从用户的角度，对整体设计进行评估，并为后续车身的设计优化提供有效参考，有助于进一步提高汽车车身设计水平，满足用户对于车辆设计的美观性以及实用性等方面的需求。机器人视觉系统的有效应用，进一步提高了汽车生产制造过程中的智能化水平，不仅实现了对于汽车制造成本的有效控制，还提高了汽车生产制造的质量和效率，对于汽车行业的发展有着积极作用。

3.3 PLC系统

当亨利福特在20世纪早期扩展大规模生产技术时，工厂自动化在汽车市场占据了一席之地他利用固定的装配站，让汽车在位置之间移动。员工只学习了几项装配任务，并在完成后连续数天执行这些任务。由于生产过程由数以千计的接线、继电器、开关、定时器以及专用的闭环控制器控制，多年后，更换新车型变得极其昂贵和耗时，当变更一个全新模型时，需要技术人员对所有数千个继电器进行机械重新接线，重新组装。基于以上原因，PLC技术应运而生，PLC 可以包含用于单变量反馈模拟控制回路的逻辑、比例、积分、微分（PID）控制器。其功能可替代地使用分布式控制系统（DCS）。随着 PLC 变得更加强大，DCS和PLC应用之间的界限变得模糊。

PLC系统是汽车制造领域当中的安全控制系统，主要用于对汽车安全性和稳定性的控制，安全性是汽车制造过程中的首要要求，因此PLC系统在汽车制造当中也有着十分重要的地位。通过在PLC系统当中引入电气自动化技术，能够进一步提升汽车的安全性能。该系统在汽车制造过程中的应用，主要是通过对各种恶劣环境、条件进行模拟，然后对汽车行驶过程中的潜在问题进行分析，并通过优化调整，进而达到提高汽车安全性的目的。PLC系统的常见应用方式，就是在汽车碰撞试验当中的应用，借助该系统能够对碰撞模拟试验过程中，汽车的各方面性能，碰撞受力点，以及车内人员的受力情况等多个方面，进行综合分析，并根据该分析结果，对汽车性能进行优化调整，以此提高汽车安全性。同时，PLC系统还能够对不同环境进行模拟，并以此对系统的稳定性进行检测和分析，进一步对汽车系统的性能进行优化。除此之外，PLC系统还被用来检测汽车生产制造过程中所应用到的各种零部件，解决多种故障问题，确保零部件的质量，全面保障汽车生产制造的质量。

随着技术的进步，PLC在汽车行业中大幅度提升了汽车制造的水准，自动化选项对于提高汽车业务的生产力是必要的，特别是在零部件制造方面。在汽车市场，当生产模式改变时，手工技术也必须改变。这涉及到只有训练有素的工程师才能完成如此冗长乏味的工作。可编程逻辑控制器（PLC）为每个新生产模型创建了管理面板，现今每个企业的制造商都转向这项技术来自动化一系列工业流程。

特别在我们高度依赖技术的社会中，可编程逻辑控制器（PLC）系统无处不在，包括我们的工厂、办公楼，甚至控制我们街道上的交通。 PLC 是控制许多关键技术的核心，它们以无缝且无形的方式融入我们的日常生活。

3.4 MES系统

制造执行系统（MES）是一种信息系统，用于连接、监控控制工厂车间复杂的制造系统和数据流。MES的主要目标是确保有效执行制造操作并提高生产产量。MES 可以跨多个功能领域运作，例如：跨产品生命周期的产品定义管理、资源调度、订单执行和调度、生产分析和停机时间管理，以实现整体设备效率（OEE）、产品质量或材料跟踪等。换句话说，制造执行系统（MES）是一个生产实施系统。结合信息技术、软件和自动化元素直接从工作站实时收集信息。一般来说，MES可以负责确保尽可能高的生产质量。

当代的产品，例如汽车或其他类型的车辆，由数百甚至数千个元件组成，这些元件由几十甚至几百个不同的制造商制造，通常会处于世界不同的国家。实际上，汽车行业就是一个由供应商、制造商和消费者组成的综合链。汽车行业MES系统是针对于车间执行层的生产信息化管理系统，能够为相关管理人员提供相应制造数据、生产调度和计划、零部件库存、质量以及人力等多个方面的管理服务，在汽车制造当中应用该系统，能够进一步提升汽车制造的效率以及管理的规范性，对于保障汽车制造质量和生产秩序等方面有着积极作用。作为一种制造执行系统，MES也常被用在流水线生产当中，借助该系统通过简单的操作就能够实现对于生产设备的转换和调整，同时还能够对各生产环节的相关数据信息等进行监控，极大程度地提升了汽车生产的自动化以及智能化水平。MES系统的应用不仅提高了汽车生产的质量和效率，而且减少了对于人力资源的需求，提高了汽车零部件生产的合格率，避免了不必要的资源和成本浪费，而且还能够有效对实际生产过程中出现的各种问题进行自动调整，是当前汽车生产过程中的必备系统。

另一方面，从2020年度开始，新型冠状病毒（COVID-19）加剧了汽车制造商本已面临的巨大压力，要求其尽可能精简运营。汽车制造设施非常独特，可以预见，它们对新型冠状病毒（COVID-19）的广泛反应各不相同。例如福特汽车公司，有一些设施则转向医疗保健设备。尽管存在差异，但制造商一致同意一件事：他们迫切需要尽可能精简运营。由此制造执行系统（MES）投资便成为重要的运营节省和效率的来源。其通过与工业4.0原则相结合，基于深度智能系统达到全球生产运营可见性的精益制造。虽然新型冠状病毒（COVID-19）造成了很大一部分紧迫性，但降低制造的总体成本并不是一个新的目标。为了支持这一目标，许多制造商已经实施了各种形式的制造执行系统 （MES）。

以下是汽车制造商可以从 MES 实施中获取更大价值的四大方法：

（1）线路平衡：MES通常为生产的每个零件或装配变体提供步骤时间和操作时间。分析后，这些历史数据可以提供有关生产线平衡和瓶颈的重要信息。历史数据，包括机器可用性和操作时间，可以创建工厂设置的数字孪生，并启用模拟形态功能以确定最佳的产品品种组合。这种能力对于制造组织来说至关重要，可以向大规模个性化迈进，进而增加其产品的多样性。

（2）排序和调度：虽然大多数组织使用某种形式的隐性方式进行调度和排序，但这可能不是理想的方法。此外，高度的产品扩散和大规模的个性化会使调度和排序变得非常复杂。典型的构建链是不同制造模型的混合，例如批量、单件流等，在汽车OEM中，装饰和总装是单件流程，而喷漆车间和白车身（BIW）被视为批量操作，MES数据分析可以通过模拟模型优化调度和排序，平衡批次和单件流之间的冲突目标与需求，最终组装根据实际需求进行调整，而油漆和其他批处理过程则根据最终组装计划和顺序进行优化，从而实现真正的基于需求的规划。

（3）优化库存：随着个性化和产品变化的增加，原材料零件和外购材料的库存通常会增加。根据零件和子组件的历史消耗数据，MES可以通过提供实际日平均消耗量以及零件和子组件在配合点的可用性的输入来实施基于拉动、需求驱动的库存管理，将这些信息输入到上游规划和模拟工具中，可以帮助微调提前期、计算提前期、需求变化，以保持最佳库存并确保零件和子组件的顺畅流动。

（4）提高质量：MES可以捕获零件和包装中的缺陷，因为零件直接从认证供应商处到达装配点。此外，MES可以捕获制造装配过程中的过程缺陷，例如扭矩不当、零件装配错误和测试通过或失败。了解了底层模式并解决这些核心问题可以显著提高首次通过率，MES同时还可以提供驱动无故障的方法等。

虽然MES拥有诸多时效性性优势，但由于其解决方案在传统上专注于任务和运营的执行，因此只有少数制造商充分利用了其功能。随着以更少的成本生产更多产品的新压力，MES数据有可能实现关键的运营节省和效率，进而体现出更大的价值。

3.5 自动巡航系统

随着当前电气自动化技术的不断精进，该系统的应用也得到了进一步深入，为保障汽车行驶过程中的安全性，基于电气自动化技术的自动巡航系统也得到了积极开发和广泛应用。自动巡航系统顾名思义，就是在用户设置好相应车速等数据参数的情况之下，在该系统的控制下，汽车能够进行自动驾驶，并根据对前后车之间的距离，智能进行车速的调整和控制，以此保障行驶安全。在该系统当中，最为主要的技术设备就是车距传感器，通过传感器能够实时监测前后车辆之间的距离，以此控制和调整车速，该传感器需要安装在车的前后轮位置，以此确保车距检测的准确性，为系统控制车速和车距提供可靠的参考依据。除此之外，该传感器还能够对车辆的行驶速度进行检测，并将检测到的数据信息上传给控制中心，然后进行数据的处理和分析，最后由控制管理系统对汽车做出刹车、减速、加速等相关决策。该系统的应用，能够有效应对驾驶员在疲劳的情况下，保障驾驶安全的问题，进一步提升汽车运行的可靠性和安全性。

3.6 人车沟通系统

人车沟通系统是当前汽车制造当中的重要智能化系统，通过人声发出相应指令，能够实现对于汽车的声音控制，例如，播放音乐、拨打电话、打开收音机、进行导航等，极大地提升了驾驶人员操作的便利性，以及行驶过程的安全性。该系统功能主要是通过在汽车控制系统当中，融入交互式通信设备，以此为人车之间的语音沟通和控制提供桥梁，进一步满足实际驾驶过程中各种功能、服务的需求。同时，在汽车驾驶的过程中，若出现驾驶员或者副驾驶人员未系安全带的情况，系统还会发出相应警示，提醒乘客系好安全带，保障行驶过程中的人员安全。除此之外，人车沟通系统还能够在无钥匙的情况下，自动开锁，并进行驾驶，只要驾驶人员或者乘车人员携带相应通信器，并且确保通信器位于汽车一定范围之内，就能够通过相应指令，对汽车进行控制。而且在该系统的应用之下，还能够提高锁车的便利性，通过在车把手位置设置锁车键，驾驶人员在携带相应通信器的情况之下，轻触锁车键，就能够实现一键锁车，极大地提升了汽车控制操作的便利性，而且还能够避免传统车钥匙锁车后出现钥匙遗落在车门上的情况。

4 结语

综上所述，电气自动化系统在汽车制造领域当中的应用不仅能够满足多方面的产品需求，而且还能够进一步提高汽车的质量和驾驶安全，当前该系统在汽车制造领域当中的应用已经十分广泛，不仅包括集成系统、机器人视觉系统、PLC系统、MES系统等，还包括自动巡航系统和人车沟通系统等，极大地提升了汽车制造的智能化水平。相信随着对电气自动化系统的深入研究和应用探索，我国汽车制造水平将会得到进一步提升。