汽车生产线自动化改造分析

摘要：汽车行业的迅速发展对汽车生产线的智能化、自动化提出了更高的要求。一些企业的生产线落后，无法满足新品类的生产要求，影响了企业的综合效益，对此需根据企业的发展需求对汽车生产线进行自动化改造。以Y企业为例，分析了Y企业生产线现状的现状，并从焊装生产线、冲压生产线、自动调度系统几个方面总结了汽车生产线自动化改造的具体措施。

关键词：汽车生产线；自动化改造；分析

中图分类号：U472.7 收稿日期：2023-09-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.11.020

1 前言

随着汽车生产规模的日益扩大，人们对于汽车的生产效率也提出了更高的要求。为了提高生产质量，需通过技术手段的创新促进订单的迅速下达，对车辆生产情况进行动态化的跟踪，帮助相关人员了解各类车型的位置和状态，避免由于各类客观和主观因素引起的误装、缺料问题。汽车的整车生产中有多个流程，如冲压、焊装、涂装、总装，为了满足自动化、智能化的生产要求，需对传统的汽车生产线进行适度的改造［1］。

2 Y企业生产线现状

2.1 焊装生产线

Y企业是一家历史悠久的汽车企业，由于车间的使用时间较长，面对现代化的生产要求，亟待进行转型。具体来看，Y企业的焊装车间存在几个突出问题：a.生产线的柔性不足，不支持灵活生产，由于生产线的建设时间不同，设备的规格以及产业的布局具有差异，无法兼顾目前的车辆生产要求，不仅浪费了资源，也会增加生产成本；b.厂房面积较小，不支持新车型的生产，一些新设备受到厂房面积的制约无法顺利投入，影响了Y企业的经济效益；c.自动化水平较为滞后，在传统的厂房之中是采用人工的作业方式，没有实现数字化、自动化的生产。在科技的不断发展下，当前的新车型广泛采用了新技术，加之劳务成本的逐年上涨，严重影响Y企业的效益，因此对现有的生产线进行提质改造，既可以降低人工成本，还可发挥品牌效益，提高生产质量。

2.2 冲压生产线

Y企业的冲压生产线已经建立了多年，迄今为止已有10余年的时间，已经与当前时代的发展表现出了一些不适应性。a.传统冲压生产线需要多个操作人员的共同参与，也增加了Y企业的成本；b.传统冲压生产线的设备老化问题严重，信息化发展水平之后，在10余年前，Y企业受到技术因素、企业规模的限制，冲压生产线的建设也是遵循简洁性、集约性原则，生产线是以人工操作为主，生产设备有双梁行车、配油压机、曲柄压力机、板材清洗机等，由于长时间的运行，部分设备已经老化，常常发生故障，且信息化、自动化程度较多。另外，冲压生产线附近还有不少危险源，人们需要交叉作业，由于人员因素引起的不安全事件频发，且车间采用的是开放式的作业布置模式，环境比较复杂，存在一些危险因素，这是后续自动化改造中需关注的重点内容［2］。

3 Y企业焊装车间的自动化改造方向与对策

3.1 焊装生产线的自动化改造

3.1.1 改造方向

鉴于Y企业焊装车间生产线存在的各类问题，对于焊装车辆的自动化改造，从如下几个方向进行：

a.减小生产线的损失。在自动化改造的过程中，不能影响正常的生产活动，为了保障新、旧生产线之间可以紧密衔接起来，最大限度发挥出资金的利用效率，需要科学制定总体规划方案，为自动化改造提供精准的支持。在具体改造过程中，采用“分步走”的方式，先拆除一条生产线，建立新的自动化生产线，在生产稳定之后再逐步拆除其他的生产线，在不影响正常生产的前提条件下进行自动化改造。

b.以技术手段提高生产质量。在自动化改造的过程中，融入自适应等焊接技术，这可以提高焊接质量，还可记录焊接数据，支持焊接的可追溯。同时，应用涂浇自动化与视觉检测技术，利用CV 技术、AI技术等精准评估生产品质。引入最新的设备备件，推广通用化部件，减少备件库存，让备件库存的管理可以实现灵活化。

3.1.2 改造对策

a.新建车间：考虑到原有的车间面积较小，在改造时需要扩大车间面积，新建厂房，厂房选址与旧厂房距离相近，在改造前提前做好规划，根据投产计划来确定，严格遵循相关法律法规的要求。根据Y企业的情况，采用门式钢架结构，屋面使用岩棉夹芯板，按照要求设置好水、电、气以及消防参数，根据后续发展趋势预留好区间。对于车间照明、排烟、消防通道的设计需关注到环保、便利要求。

b.合理设置布局：一是优化输送线体，提高物流效率，减少机器与设备的占地面积；二是改进工件投入模式，采用自动化的传送方式，引入机器人搬运；三是科学优化生产线，将以往的人工总拼夹具改为自动模式，提高夹具对位精准度；四是优化设备，满足整体切换、自动切换要求；五是应用轻量高压力焊枪以及小型高速机器人；六是引入自诊断机器人，满足设备实施监控的要求，实现“零停机”。通过上述举措有效提高了生产的达成率以及涂胶自动化率。

c.革新工艺：为了满足自动化的生产要求，还需要对传统工艺进行革新，传统的生产工具定位的精度不理想，常常会影响车身精度，鉴于这一不足，在自动化改造上采用定位搬运一体化设备，对焊装的关键工序进行了改进，也促进了涂胶、焊接的自动化，可对涂胶与焊接品质进行自动化的全程控制。另外，传统的人工切换台车方式会造成一定的停链损失，在自动化改造时应用了伺服切换技术，大大提高了定位的精度和准确性［3］。

3.2 冲压生产线的改造

3.2.1 改造方向

冲压生产线是Y企业生产的重点内容，在自动化的改造上，对标目前先进的制造标准，使冲压生产线可表现出柔性化、智能化、自动化的特点。一方面，减少生产线的员工数量，对生产线的自动化改造中可用PLC系统、工业机器人、高速压力机替代以往的人工操作，可以减少人力投入，帮助企业节约成本。为了满足生产线的操作要求，还需优化人才的培育，引入一专多能型的技术人才，加强对人才的培训和教育，使人员可从以往的制造型转化为复合技能型；另一方面，采用高度信息化、智能化的生产设备，将监控系统、信息系统、自动化设备结合起来，支持对生产的全过程管理，还支持对生产活动数据的实时采集，确保生产活动的稳定性和高效性，让管理活动变得更加智能、透明。在应用了数字化、技能化技术之后，可以减少现场的危险因素，此次自动化改造采用了全封闭的设计方式，此类设计实现了低噪音、高安全性，促进了“人”“机”之间的互动交流，进一步减少生产线的人员、环境危险因素。

3.2.2 改造对策

a.改进瓶颈工艺，提高工序能力，收集分钟冲次工序能力、换模效率以及工序平衡率等内容，通过价值流图的分析明确需要改进的内容，对设备进行升级与改造，优化设备升序，改善业务流程，引入大众SUDIT 评审机制与过程审核标准，及时识别出过程中存在的各类质量问题，优化工序能力。

b.建立智能生产控制中心，确保整个生产环节的高效性与稳定性，建立智能化的生产控制中心，采集现场作业流程、产品质量、人员、设备等信息数据，对生产活动进行全过程的监控，实时评估、核算生产要素，为管理人员提供精准的数据支持，使整个生产车间可做到智能化、数据化的运行。

c.积极推进SMED，通过外部操作、内部区分的方式提高换模效率，采用人机联合分析法，在进行了改造之后，换模作业可以做到精准定位，有效缩短了换模时间，进一步提高生产效率。

d.增加安全技术投入，提升设备的可靠性，通过数据分析、评审、试点评估的流程来推广，确保技术应用的有效性。在进行改造的过程中，增加安全技术的投入，包括安全护网、安全地垫、安全挂锁、自动感应、警示警报、安全光栅等。

e.实现用能平衡，建立信息化生产平台，支持水、电、气数据的自动采集，优化能源消耗数据系统，支持能耗报表的自动化合成，可根据生产要求设定设备和生产线的能源指标，对能耗消耗情况进行实时分析，提高资源的利用率。

f.优化现场管理模式，根据《企业现场管理准则》的要求优化管理模式，建立与自动化改造相适应的管理机制，从人、场、物几个要素进行管理，对其进行统一的组织、控制和改进，改进传统的设备管理、人员管理以及布局设计模式。在管理层面，不仅会关注现场的显性因素，也会注重隐性要素，提高各类资源的利用率，充分发挥出标准、制度和流程的作用，建立起适合自动化改造后的管理机制［4］。

3.3 生产线自动调度系统的改造

在生产线自动调度系统的改造上，将SCADA系统监控与MES系统实时生产管理结合起来，满足WBS的要求，其中，MES系统支持品质管理、计划编制、计划管理、统计报表、系统集成、异常处理等功能，可支持Y企业的各类生产与管理工作，满足了管理层、车间之间的互通。改造后的生产线自动调度系统包括企业层、生产管理层、数据采集层、现场控制层组成，系统包括4个子系统：

a.生产管理子系统，主要为MES系统，可从企业层中接收信息，对信息进行自动分解，可将生产信息反馈至系统，满足车辆管理工作的要求。

b.数据采集系统，可监视设备的生产情况与运行状态，如果数据中存在异常，系统会发出警报。

c.RFID车体跟踪子系统，利用RFID标签建立动态数据链，可以与车间直接进行通讯，做到了数据信息的全程跟踪。

d.现场控制子系统，包括机器人系统、智能化设备、PLC系统以及传感器组成。

3.3.1 系统网络结构

系统的MES层使用的是B/S架构，数据采集层可将各个设备、车间的机器人系统、RFID系统以及PLC体通过互联网连接起来，支持数据的通信协议转换。

3.3.2 生产管理子系统

生产管理子系统可为管理层、生产计划、物流、车间等提供支持。a.在管理层方面，利用生产管理子系统可以满足柔性生产的要求，支持订单计划的追踪和报表的自动生成；b.在生产计划方面，支持精益化生产，可帮助管理者掌握各类一线数据，根据数据情况修订生产计划，调整生产顺序；c.在物流方面，可帮助Y企业降低物流成本的支出，支持缺料的自动报警；d.在车间方面，利用RFID技术可以将车辆生产数据反馈给车间调度员，有效避免了人为因素造成的漏装、错装问题。

3.3.3 车间MES管理系统

车间MES管理系统包括生产管理、质量管理、绩效管理模块，子模块包括品质管理、统计报表、计划管理、缺陷情况的处理以及作业指示。车间MES管理系统能够与SCADA系统之间进行数据的传输，可以监控各个单元的工作情况，有效避免了颜料浪费、减少了车辆停机时间。同时，库区还增加了查询功能与报警功能［5］。

3.3.4 MES子系统数据接口

MES子系统是利用数据缓冲区来交换数据，外部系统不会直接与内部系统进行交互，在系统内部设置了缓冲区，缓冲区可支持生产任务、工艺流程、基础数据、物料清单的交互，保障几个区域的独立性，也可有效提高系统的安全性。同时，配备了冗余OPC服务器，OPC通信数据涵盖生产状态数据、生产指导数据、生产视图数据等。

3.3.5 SCADA数据采集子系统

SCADA数据采集子系统可将总装车间、焊装车间、涂装车辆通过控制设备与网络连接，系统可展示车身存储、工艺运行、工位情况、车型信息。在SCADA数据采集子系统中还设置了冗余服务器、历史数据服务器，这是系统的核心所在，负责Alarm Server、Report Server、IOServer的运行。

3.2.6 RFID车身跟踪子系统

RFID车身跟踪子系统应用了RFID标签，这是利用射频信号满足信息传递要求，有着非接触、储存量大、远距离、保密性能好、识别速度快等优势，在工业生产中有广泛使用。其中，标签对应的信息有产品编码、计划号、状态位置、订单号、生产线编码、车型编码等内容［6］。

4 结语

经过自动化改造之后，Y企业在工艺规划、总体布局上已经形成了标准化流程，产生了良好的经济效益与社会效益，具有良好的应用价值和推广意义。

参考文献：

[1]王伟龙.柔性改造在汽车生产线改造中的运用研究[J].汽车世界，2019（17）：74.

[2]高勇.汽车焊装生产线改造的探索与应用[J].汽车实用技术，2023，48（10）：181-186.

[3]姚重庆，裴一庆.汽车磷化生产线改造成硅烷化前处理生产线的分析[J].现代涂料与涂装，2017，20（9）：57-59+62.

[4]马菲，徐西亮，兰冬云，等.某汽车工厂焊装车间生产线融入性改造方案研究[J].汽车工艺师，2022（12）：6-10.

[5]罗继宗.汽车生产线柔性化改造的有效措施[J].低碳世界，2016（17）：235-236.

[6]王伟.汽车侧围外板模具自动化生产线的改造设计与应用[J].机械管理开发，2019，34（2）：140-141+152.

作者简介：

李建强，男，1982年生，工程师，研究方向为自动化自主集成和改造、工装模具自制和改造。