某汽配企業(yè)智能生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控應(yīng)用實(shí)踐
導(dǎo)讀：某汽配企業(yè)主要生產(chǎn)與銷售各類汽車熱管理系統(tǒng)，已為上汽乘用車、東風(fēng)乘用車、東風(fēng)日產(chǎn)、鄭州日產(chǎn)、中聯(lián)重科、三一、比亞迪、長(zhǎng)城等客戶批量供貨，并與國(guó)內(nèi)多家主車廠達(dá)成戰(zhàn)略合作。
在推進(jìn)智能生產(chǎn)方案之前，企業(yè)存在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)周期較長(zhǎng)、生產(chǎn)效率不高、質(zhì)量檢測(cè)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(duì)高品質(zhì)、低成本、及時(shí)交付等方面的需求，改變生產(chǎn)制造模式，建立智能生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控方式，已迫在眉睫。
智能生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控總體規(guī)劃
某公司采用上料機(jī)器人、全自動(dòng)裝配機(jī)等設(shè)備提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度；建設(shè)MES系統(tǒng)，優(yōu)化車間作業(yè)排程，推動(dòng)持續(xù)改善，降低生產(chǎn)等待和浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)度、人員效率、物料消耗、設(shè)備動(dòng)態(tài)等生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集；采用工序領(lǐng)料、線邊庫以及料箱的組合應(yīng)用，使得車間內(nèi)部物流實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的及時(shí)性和空間上的精準(zhǔn)性，達(dá)到生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的智能管控。
智能生產(chǎn)方案構(gòu)架如圖所示：
（1）MES實(shí)施與運(yùn)行制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是公司指揮設(shè)備、物流、生產(chǎn)作業(yè)的核心系統(tǒng)，緊密結(jié)合生產(chǎn)制造的核心業(yè)務(wù)，設(shè)計(jì)了以工序排產(chǎn)模式為龍頭、以生產(chǎn)監(jiān)控為目標(biāo)的信息快速采集和傳遞的整體業(yè)務(wù)流程，如圖所示。
公司采用的MES系統(tǒng)，緊密結(jié)合生產(chǎn)制造的核心業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)車間可視化與生產(chǎn)作業(yè)監(jiān)控，對(duì)車間生產(chǎn)過程和關(guān)鍵要素進(jìn)行全流程透明化、數(shù)字化管理與監(jiān)控，具體如下：
A.優(yōu)化車間生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)方式，提高計(jì)劃編制效率、準(zhǔn)確率，提升車間各工序間生產(chǎn)連續(xù)性、協(xié)同性，減少生產(chǎn)過程中浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率。
B.按計(jì)劃組織物料配送，提升物料計(jì)劃與生產(chǎn)計(jì)劃的協(xié)同性，減少車間物料堆積，避免生產(chǎn)過程缺料等待；通過車間物料驗(yàn)證與流轉(zhuǎn)控制，確保物料的正確使用與流轉(zhuǎn)；準(zhǔn)確掌握車間物料在制和產(chǎn)成品在制，優(yōu)化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)組織管理。
C.記錄零件成型段、預(yù)裝段、釬焊段、總成段生產(chǎn)過程中操作工、設(shè)備、物料信息，并將其與產(chǎn)品單件編碼進(jìn)行綁定，形成產(chǎn)品總成的單件檔案，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品單件追溯。
D.及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)生產(chǎn)指揮、物流流轉(zhuǎn)、生產(chǎn)異常等各類生產(chǎn)過程情況進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警，確保各級(jí)能夠快速響應(yīng)異常，保障車間產(chǎn)能有效發(fā)揮。
公司現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理、工藝控制防錯(cuò)、設(shè)備管理、報(bào)表管理等基礎(chǔ)功能；正在逐步推進(jìn)生產(chǎn)排程、ERP深度集成、與PLM系統(tǒng)的深度集成等功能，如圖所示。
（2）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)（SCADA）
對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集信息如下：設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)（如編輯狀態(tài)、自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)、MDI狀態(tài)、試運(yùn)行狀態(tài)、在線加工狀態(tài)等）；轉(zhuǎn)速和進(jìn)給（可以實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前的轉(zhuǎn)速S值和進(jìn)給速度F值）；坐標(biāo)信息（能夠?qū)崟r(shí)反饋機(jī)床當(dāng)前的坐標(biāo)情況，包括：絕對(duì)坐標(biāo)、機(jī)床坐標(biāo)、相對(duì)坐標(biāo)、剩余移動(dòng)量等）；報(bào)警信息（實(shí)時(shí)反饋機(jī)床是否報(bào)警、報(bào)警號(hào)）等。
將關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與建模進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)與MES系統(tǒng)的集成應(yīng)用，進(jìn)行設(shè)備稼動(dòng)率及故障報(bào)警類別分析，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分析如圖所示。
①設(shè)備聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)采集
采集生產(chǎn)車間的關(guān)鍵設(shè)備的PLC設(shè)備數(shù)據(jù)，包括加工信息、工藝參數(shù)、開關(guān)機(jī)狀態(tài)等。
②設(shè)備管理
對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)備產(chǎn)量計(jì)數(shù)、設(shè)備運(yùn)行與生產(chǎn)相關(guān)的工藝參數(shù)、設(shè)備報(bào)警進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析。
③設(shè)備看板模塊設(shè)備3D狀態(tài)看板
實(shí)時(shí)設(shè)備稼動(dòng)、設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)備報(bào)警等信息及時(shí)展示，如圖5所示。
（3）智能產(chǎn)線建設(shè)
①集管焊接工作站
集流管焊接工作站采用弧焊焊接機(jī)器人用來對(duì)換熱器集管組件定位，以機(jī)器人取代人力，執(zhí)行高重復(fù)性、高負(fù)重度、高疲勞性、高傷害性、高危險(xiǎn)度、高技能等作業(yè)，提高制造精度與產(chǎn)線效率。
機(jī)器人與電源全數(shù)字高速通信，快速應(yīng)答，標(biāo)配焊接導(dǎo)航、焊接品質(zhì)監(jiān)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(yùn)用變位機(jī)，拓展6軸獨(dú)立多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的焊接角度、焊接空間，以滿足各結(jié)構(gòu)類型集管組件的焊接。機(jī)器人可在1400mm內(nèi)作業(yè)，設(shè)備精度高，重復(fù)定位精度±0.05mm；采用快速換型機(jī)構(gòu)，換型效率提升45%，單個(gè)焊點(diǎn)時(shí)間不超過1.5S，快速高效完成焊接作業(yè)，人、機(jī)節(jié)拍更加均衡；防護(hù)裝置可有效隔離弧光的影響，作業(yè)環(huán)境改善明顯。如圖所示：
②六軸關(guān)節(jié)型轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人
轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人通過在輸送線末端增加視覺引導(dǎo)，運(yùn)用自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)抓手對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行抓取，既可保證產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)量可靠性和擺放的一致性，又可替代人工作業(yè)節(jié)省人員3人。
六軸關(guān)節(jié)型轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人可承受載荷30kg,機(jī)械手工作范圍可達(dá)1500mm,重復(fù)定位精度保證在0.02㎜，TCP最大運(yùn)行速度為2.1m/s。
六軸關(guān)節(jié)型轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人對(duì)于相同規(guī)格產(chǎn)品擺放芯體幾何中心位置偏差±3mm，節(jié)拍時(shí)間可控制在15s。如圖所示。▲六軸關(guān)節(jié)型轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人
③換熱器全自動(dòng)裝配機(jī)
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(shè)計(jì)需求組裝成一個(gè)有機(jī)的整體，組裝難點(diǎn)有：a、自動(dòng)排管難度極大。b.組裝機(jī)需實(shí)現(xiàn)0.4s/根極高速排管難度較大，目前現(xiàn)有的組裝機(jī)的排管時(shí)間為1s/根。c.組裝區(qū)需實(shí)現(xiàn)20分鐘快速換型，目前換型時(shí)間為2小時(shí)。
換熱器全自動(dòng)裝配機(jī)集成了上下料機(jī)器人、伺服傳感等高端自動(dòng)化設(shè)備。通用上料小車結(jié)構(gòu)并成功應(yīng)用，解決了扁管裝盤效率低問題；通過機(jī)器人上料，保證上料穩(wěn)定性，提升效率；通過翅片機(jī)和裝配機(jī)連接段翅片收集器并成功應(yīng)用，解決了翅片報(bào)廢問題，實(shí)現(xiàn)了翅片0報(bào)廢；通過參數(shù)一鍵切換實(shí)現(xiàn)換型，換型時(shí)間控制在10min內(nèi)。
全自動(dòng)裝配機(jī)裝配效率高，由先前的230s/套,提升為82s/套；定位精確，滿足產(chǎn)品精度和一致性要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。如圖所示。
④柔性智能裝配線
A.生產(chǎn)線設(shè)計(jì)
整線采取單雙工位的獨(dú)立模塊組合成完整的HVAC總成生產(chǎn)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(dá)到隨意拆裝移動(dòng)。根據(jù)生產(chǎn)需要，增加/減少工位，方便靈活。拆裝移動(dòng)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(cuò)功能，保證不會(huì)有插錯(cuò)的現(xiàn)象，只要能插進(jìn)去絕對(duì)不會(huì)錯(cuò)，氣路也采用快速接頭方式，保證快速連接，每個(gè)模塊單獨(dú)開發(fā)，通過航空插頭和快速氣動(dòng)接頭連接，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)切換產(chǎn)品時(shí)一鍵切換。生產(chǎn)線整體及模塊化設(shè)計(jì)如圖所示：
B.工位顯示
十個(gè)裝配工位各配一個(gè)17寸的觸摸顯示屏，能夠顯示作業(yè)指導(dǎo)書，同時(shí)下方顯示防錯(cuò)參數(shù)；作業(yè)指導(dǎo)書推送方式能夠?qū)崿F(xiàn)以下兩種：一種是MES系統(tǒng)直接從PLM系統(tǒng)中調(diào)用推送到生產(chǎn)線相應(yīng)工位顯示；另一種是提前將需要的作業(yè)指導(dǎo)書存儲(chǔ)至相應(yīng)的位置，品番切換時(shí)，作業(yè)指導(dǎo)書根據(jù)需要及時(shí)切換。
C.下線工序功能
下線工位配有一個(gè)掃碼槍，掃描空調(diào)裝箱的箱體上的條碼標(biāo)簽，隨后依次掃描每一個(gè)空調(diào)上的條碼，然后進(jìn)行裝箱，掃描過程中識(shí)別空調(diào)和箱體上特征碼并進(jìn)行防誤。每一箱體上的條碼對(duì)應(yīng)所收容空調(diào)的條碼，進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，可以通過箱體條碼查找到對(duì)應(yīng)的所收容的空調(diào)的條碼。配置觸摸屏，顯示錯(cuò)誤的條碼信號(hào)或者正確的條碼信息。NG時(shí)蜂鳴器和紅燈報(bào)警提示。
D.標(biāo)簽打印系統(tǒng)
不合格品下線時(shí)，打印機(jī)自動(dòng)打印不合格標(biāo)簽，不合格標(biāo)簽包含產(chǎn)品ID和不合格信息；返修臺(tái)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(jù)不合格信息進(jìn)行返修；返修完成后，產(chǎn)品放到檢漏工位，掃碼槍掃不合格條碼，將返修的產(chǎn)品和原產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，返修的信息（主要是零部件和ID）存儲(chǔ)至工裝RFID中，不合格條碼失效，正常進(jìn)行各檢測(cè)工位的檢測(cè)，返修的產(chǎn)品條形碼上增加“F”。
⑤視覺傳感在線檢測(cè)設(shè)備
視覺傳感在線檢測(cè)設(shè)備屬于機(jī)器人檢測(cè)、故障診斷系統(tǒng)，用來全方位在線檢測(cè)錯(cuò)裝、漏裝情況，與追溯系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，保存檢測(cè)結(jié)果便于追溯。電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)至少有50個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，傳統(tǒng)機(jī)械檢具檢測(cè)對(duì)人員操作和檢具的要求非常高，因檢測(cè)不當(dāng)導(dǎo)致的裝車不良高達(dá)0.5%。
現(xiàn)采用視覺傳感在線檢測(cè)技術(shù)，由機(jī)器人攜帶視覺檢測(cè)頭采集產(chǎn)品信息進(jìn)行分析比對(duì)并記錄產(chǎn)品檢測(cè)數(shù)據(jù)，使用視覺傳感在線檢測(cè)設(shè)備可將因檢測(cè)不當(dāng)導(dǎo)致的裝車不良降低至0，同時(shí)在換熱器生產(chǎn)過程如B型管成型、芯體轉(zhuǎn)運(yùn)、電池冷卻器裝配等環(huán)節(jié)也都應(yīng)用了視覺傳感在線檢測(cè)設(shè)備，如圖所示。
場(chǎng)景的經(jīng)濟(jì)性和可推廣性
（一）場(chǎng)景的經(jīng)濟(jì)性
空調(diào)總成生產(chǎn)線效率提升，以總裝七號(hào)線為例，自項(xiàng)目正式立項(xiàng)至今，空調(diào)總成生產(chǎn)線不斷優(yōu)化，提升效率，嚴(yán)控質(zhì)量。同一類產(chǎn)品，歷史節(jié)拍99秒，現(xiàn)在可以達(dá)到60秒，提升效率39.4％。
（二）場(chǎng)景的可推廣性
（1）全過程在線檢測(cè)的推廣應(yīng)用
運(yùn)用空調(diào)性能及外觀在線檢測(cè)，減少產(chǎn)品異響及外觀等問題的流出。在性能測(cè)試工位進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)電機(jī)自由調(diào)整運(yùn)行順序以及運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)檢測(cè)設(shè)備通用化，接頭定義明確，可以滿足現(xiàn)有所有電器件的檢測(cè)需求，風(fēng)速傳感器，可以檢測(cè)各個(gè)風(fēng)門的出風(fēng)狀態(tài)，判別風(fēng)門是否運(yùn)轉(zhuǎn)到位，同時(shí)為了滿足通用化的需求，振動(dòng)傳感器和風(fēng)速傳感器均可以快速調(diào)整位置，方便產(chǎn)品品番切換。
在外觀檢測(cè)工位進(jìn)行機(jī)器人在線視覺檢測(cè)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)主要對(duì)產(chǎn)品的外觀進(jìn)行檢測(cè)，提前設(shè)置好產(chǎn)品的基準(zhǔn)，通過實(shí)時(shí)照片與基準(zhǔn)照片的對(duì)比，可以對(duì)產(chǎn)品的錯(cuò)漏裝進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)，通過編程設(shè)計(jì)，可對(duì)不同產(chǎn)品的外觀件進(jìn)行二次檢查確認(rèn)，通過與預(yù)設(shè)好的基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，防止錯(cuò)漏裝不良的流出。電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)在線性能檢測(cè)試驗(yàn)、自動(dòng)防錯(cuò)裝配、換熱器芯體和B型管等關(guān)鍵零部件尺寸和性能的100%在線檢測(cè)的創(chuàng)新應(yīng)用，為整個(gè)裝備制造業(yè)在線檢測(cè)方面提供了參考和借鑒范本。
（2）柔性生產(chǎn)線智能裝備聯(lián)動(dòng)
運(yùn)用柔性裝配線、上下料機(jī)器人、傳感檢測(cè)、視覺系統(tǒng)及控制等手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程減人增效；在換熱器生產(chǎn)線上應(yīng)用集管焊接工作站、B型管成型機(jī)、高速翅片成型機(jī)、全自動(dòng)裝配機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人（帶視覺檢測(cè)）、在線檢測(cè)氦檢漏設(shè)備等高自動(dòng)化程度的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了換熱器生產(chǎn)的減人增效。在總成裝配線上應(yīng)用自動(dòng)供釘系統(tǒng)、自動(dòng)涂油系統(tǒng)、自動(dòng)對(duì)插接頭、機(jī)器人影像對(duì)比系統(tǒng)等自動(dòng)化裝置，實(shí)現(xiàn)空調(diào)裝配節(jié)拍的降低。項(xiàng)目多出采用機(jī)器人，改善人員工作條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，相關(guān)技術(shù)和解決方案能夠在焊接、搬運(yùn)、檢測(cè)等工作環(huán)境差、重復(fù)性作業(yè)條件中推廣應(yīng)用。
在智能生產(chǎn)及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控方面重點(diǎn)實(shí)施多系統(tǒng)深度集成應(yīng)用，MES、PLM、ERP等信息化系統(tǒng)深度集成，打通設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)和物流全流程。以PLM為信息為核心技術(shù)數(shù)據(jù)，其中PLM與ERP雙向集成主要包括設(shè)計(jì)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(chǎn)訂單與產(chǎn)成品入庫。MES和倉(cāng)儲(chǔ)物流的集成實(shí)現(xiàn)物料實(shí)時(shí)追蹤和預(yù)警，將物料信息與ERP的供應(yīng)商管理系統(tǒng)進(jìn)行信息共享；PLM將產(chǎn)品的工藝路線、參數(shù)等信息與MES進(jìn)行互通，進(jìn)行換型、物料、工藝等生產(chǎn)準(zhǔn)備；通過系統(tǒng)集成，打通產(chǎn)品制造從計(jì)劃層、控制層到設(shè)備層的數(shù)據(jù)鏈，實(shí)現(xiàn)制造全流程資源要素信息交互，設(shè)備、物料、人員等資源通過現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，實(shí)現(xiàn)工廠的智能生產(chǎn)。
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