某汽配企業智能生產與現場作業管控應用實踐
導讀：某汽配企業主要生產與銷售各類汽車熱管理系統，已為上汽乘用車、東風乘用車、東風日產、鄭州日產、中聯重科、三一、比亞迪、長城等客戶批量供貨，并與國內多家主車廠達成戰略合作。
在推進智能生產方案之前，企業存在產品設計研發周期較長、生產效率不高、質量檢測以人工為主、信息化集成度不高等狀況，不能很好地滿足客戶對高品質、低成本、及時交付等方面的需求，改變生產制造模式，建立智能生產與現場作業管控方式，已迫在眉睫。
某公司采用上料機器人、全自動裝配機等設備提高生產過程的自動化程度；建設MES系統，優化車間作業排程，推動持續改善，降低生產等待和浪費，實現生產進度、人員效率、物料消耗、設備動態等生產過程數據采集；采用工序領料、線邊庫以及料箱的組合應用，使得車間內部物流實現時間上的及時性和空間上的精準性，達到生產與現場作業的智能管控。
智能生產方案構架如圖所示：
（1）MES實施與運行制造執行系統（MES）是公司指揮設備、物流、生產作業的核心系統，緊密結合生產制造的核心業務，設計了以工序排產模式為龍頭、以生產監控為目標的信息快速采集和傳遞的整體業務流程，如圖所示。
公司采用的MES系統，緊密結合生產制造的核心業務，實現車間可視化與生產作業監控，對車間生產過程和關鍵要素進行全流程透明化、數字化管理與監控，具體如下：
A.優化車間生產計劃排產方式，提高計劃編制效率、準確率，提升車間各工序間生產連續性、協同性，減少生產過程中浪費，提高生產效率。
B.按計劃組織物料配送，提升物料計劃與生產計劃的協同性，減少車間物料堆積，避免生產過程缺料等待；通過車間物料驗證與流轉控制，確保物料的正確使用與流轉；準確掌握車間物料在制和產成品在制，優化生產現場組織管理。
C.記錄零件成型段、預裝段、釬焊段、總成段生產過程中操作工、設備、物料信息，并將其與產品單件編碼進行綁定，形成產品總成的單件檔案，實現產品單件追溯。
D.及時、準確地對生產指揮、物流流轉、生產異常等各類生產過程情況進行監控預警，確保各級能夠快速響應異常，保障車間產能有效發揮。
公司現已實現生產管理、工藝控制防錯、設備管理、報表管理等基礎功能；正在逐步推進生產排程、ERP深度集成、與PLM系統的深度集成等功能，如圖所示。
（2）數據采集與監視系統（SCADA）
對關鍵設備進行數據采集，采集信息如下：設備的實時狀態（如編輯狀態、自動運行狀態、MDI狀態、試運行狀態、在線加工狀態等）；轉速和進給（可以實時反饋當前的轉速S值和進給速度F值）；坐標信息（能夠實時反饋機床當前的坐標情況，包括：絕對坐標、機床坐標、相對坐標、剩余移動量等）；報警信息（實時反饋機床是否報警、報警號）等。
將關鍵設備進行數據采集與建模進行結合，實現與MES系統的集成應用，進行設備稼動率及故障報警類別分析，數據采集系統分析如圖所示。
①設備聯網及數據采集
采集生產車間的關鍵設備的PLC設備數據，包括加工信息、工藝參數、開關機狀態等。
②設備管理
對設備實時狀態、設備產量計數、設備運行與生產相關的工藝參數、設備報警進行實時采集和分析。
③設備看板模塊設備3D狀態看板
實時設備稼動、設備實時狀態、設備報警等信息及時展示，如圖5所示。
（3）智能產線建設
①集管焊接工作站
集流管焊接工作站采用弧焊焊接機器人用來對換熱器集管組件定位，以機器人取代人力，執行高重復性、高負重度、高疲勞性、高傷害性、高危險度、高技能等作業，提高制造精度與產線效率。
機器人與電源全數字高速通信，快速應答，標配焊接導航、焊接品質監視功能、利于操作人員快速上手，示教盒的操作界面能夠任選中/英的文字，且文字之間可方便切換。
焊接工作站運用變位機，拓展6軸獨立多關節型機器人的焊接角度、焊接空間，以滿足各結構類型集管組件的焊接。機器人可在1400mm內作業，設備精度高，重復定位精度±0.05mm；采用快速換型機構，換型效率提升45%，單個焊點時間不超過1.5S，快速高效完成焊接作業，人、機節拍更加均衡；防護裝置可有效隔離弧光的影響，作業環境改善明顯。如圖所示：
②六軸關節型轉運機器人
轉運機器人通過在輸送線末端增加視覺引導，運用自動壓力調節抓手對產品進行抓取，既可保證產品轉運質量可靠性和擺放的一致性，又可替代人工作業節省人員3人。
六軸關節型轉運機器人可承受載荷30kg,機械手工作范圍可達1500mm,重復定位精度保證在0.02㎜，TCP最大運行速度為2.1m/s。
六軸關節型轉運機器人對于相同規格產品擺放芯體幾何中心位置偏差±3mm，節拍時間可控制在15s。如圖所示。
③換熱器全自動裝配機
換熱器組裝主要將扁管、翅片、邊板、夾具四大部分的零件，按照設計需求組裝成一個有機的整體，組裝難點有：a、自動排管難度極大。b.組裝機需實現0.4s/根極高速排管難度較大，目前現有的組裝機的排管時間為1s/根。c.組裝區需實現20分鐘快速換型，目前換型時間為2小時。
換熱器全自動裝配機集成了上下料機器人、伺服傳感等高端自動化設備。通用上料小車結構并成功應用，解決了扁管裝盤效率低問題；通過機器人上料，保證上料穩定性，提升效率；通過翅片機和裝配機連接段翅片收集器并成功應用，解決了翅片報廢問題，實現了翅片0報廢；通過參數一鍵切換實現換型，換型時間控制在10min內。
全自動裝配機裝配效率高，由先前的230s/套,提升為82s/套；定位精確，滿足產品精度和一致性要求，保證產品質量穩定性。如圖所示。
④柔性智能裝配線
A.生產線設計
整線采取單雙工位的獨立模塊組合成完整的HVAC總成生產線，模塊間采用快接連接件拼接，落地方式采用腳輪與腳杯組合使用，達到隨意拆裝移動。根據生產需要，增加/減少工位，方便靈活。拆裝移動方便，電氣方面采用航空插頭快速連接，整條線體航空插頭具有防錯功能，保證不會有插錯的現象，只要能插進去絕對不會錯，氣路也采用快速接頭方式，保證快速連接，每個模塊單獨開發，通過航空插頭和快速氣動接頭連接，同時可實現切換產品時一鍵切換。生產線整體及模塊化設計如圖所示：
B.工位顯示
十個裝配工位各配一個17寸的觸摸顯示屏，能夠顯示作業指導書，同時下方顯示防錯參數；作業指導書推送方式能夠實現以下兩種：一種是MES系統直接從PLM系統中調用推送到生產線相應工位顯示；另一種是提前將需要的作業指導書存儲至相應的位置，品番切換時，作業指導書根據需要及時切換。
C.下線工序功能
下線工位配有一個掃碼槍，掃描空調裝箱的箱體上的條碼標簽，隨后依次掃描每一個空調上的條碼，然后進行裝箱，掃描過程中識別空調和箱體上特征碼并進行防誤。每一箱體上的條碼對應所收容空調的條碼，進行數據保存，可以通過箱體條碼查找到對應的所收容的空調的條碼。配置觸摸屏，顯示錯誤的條碼信號或者正確的條碼信息。NG時蜂鳴器和紅燈報警提示。
D.標簽打印系統
不合格品下線時，打印機自動打印不合格標簽，不合格標簽包含產品ID和不合格信息；返修臺上掃碼槍掃不合格條形碼后，顯示屏上顯示不合格信息，根據不合格信息進行返修；返修完成后，產品放到檢漏工位，掃碼槍掃不合格條碼，將返修的產品和原產品實現關聯，返修的信息（主要是零部件和ID）存儲至工裝RFID中，不合格條碼失效，正常進行各檢測工位的檢測，返修的產品條形碼上增加“F”。
⑤視覺傳感在線檢測設備
視覺傳感在線檢測設備屬于機器人檢測、故障診斷系統，用來全方位在線檢測錯裝、漏裝情況，與追溯系統關聯，保存檢測結果便于追溯。電動空調系統至少有50個檢測點，傳統機械檢具檢測對人員操作和檢具的要求非常高，因檢測不當導致的裝車不良高達0.5%。
現采用視覺傳感在線檢測技術，由機器人攜帶視覺檢測頭采集產品信息進行分析比對并記錄產品檢測數據，使用視覺傳感在線檢測設備可將因檢測不當導致的裝車不良降低至0，同時在換熱器生產過程如B型管成型、芯體轉運、電池冷卻器裝配等環節也都應用了視覺傳感在線檢測設備，如圖所示。
（一）場景的經濟性
空調總成生產線效率提升，以總裝七號線為例，自項目正式立項至今，空調總成生產線不斷優化，提升效率，嚴控質量。同一類產品，歷史節拍99秒，現在可以達到60秒，提升效率39.4％。
（二）場景的可推廣性
（1）全過程在線檢測的推廣應用
運用空調性能及外觀在線檢測，減少產品異響及外觀等問題的流出。在性能測試工位進行模塊化設計，實現各個電機自由調整運行順序以及運行時間，同時檢測設備通用化，接頭定義明確，可以滿足現有所有電器件的檢測需求，風速傳感器，可以檢測各個風門的出風狀態，判別風門是否運轉到位，同時為了滿足通用化的需求，振動傳感器和風速傳感器均可以快速調整位置，方便產品品番切換。
在外觀檢測工位進行機器人在線視覺檢測設計，該系統主要對產品的外觀進行檢測，提前設置好產品的基準，通過實時照片與基準照片的對比，可以對產品的錯漏裝進行系統自動檢測，通過編程設計，可對不同產品的外觀件進行二次檢查確認，通過與預設好的基準進行對比，防止錯漏裝不良的流出。電動空調系統在線性能檢測試驗、自動防錯裝配、換熱器芯體和B型管等關鍵零部件尺寸和性能的100%在線檢測的創新應用，為整個裝備制造業在線檢測方面提供了參考和借鑒范本。
（2）柔性生產線智能裝備聯動
運用柔性裝配線、上下料機器人、傳感檢測、視覺系統及控制等手段，實現生產過程減人增效；在換熱器生產線上應用集管焊接工作站、B型管成型機、高速翅片成型機、全自動裝配機、轉運機器人（帶視覺檢測）、在線檢測氦檢漏設備等高自動化程度的設備，實現了換熱器生產的減人增效。在總成裝配線上應用自動供釘系統、自動涂油系統、自動對插接頭、機器人影像對比系統等自動化裝置，實現空調裝配節拍的降低。項目多出采用機器人，改善人員工作條件，減輕勞動強度，相關技術和解決方案能夠在焊接、搬運、檢測等工作環境差、重復性作業條件中推廣應用。
在智能生產及現場作業管控方面重點實施多系統深度集成應用，MES、PLM、ERP等信息化系統深度集成，打通設計、生產、檢測和物流全流程。以PLM為信息為核心技術數據，其中PLM與ERP雙向集成主要包括設計信息與物料信息；PLM與MES單向集成主要包括工藝信息；ERP與MES集成主要包括生產訂單與產成品入庫。MES和倉儲物流的集成實現物料實時追蹤和預警，將物料信息與ERP的供應商管理系統進行信息共享；PLM將產品的工藝路線、參數等信息與MES進行互通，進行換型、物料、工藝等生產準備；通過系統集成，打通產品制造從計劃層、控制層到設備層的數據鏈，實現制造全流程資源要素信息交互，設備、物料、人員等資源通過現場網絡進行動態配置，實現工廠的智能生產。
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