自動(dòng)化立體庫(kù)在智能制造中的應(yīng)用

近兩年，我國(guó)汽車產(chǎn)銷增速下降并放緩，汽車行業(yè)已進(jìn)入了發(fā)展的拐點(diǎn)。汽車制造企業(yè)必須通過產(chǎn)品創(chuàng)新和管理變革，有效利用信息技術(shù)（如PDM、ERP、SCM、MES和移動(dòng)互聯(lián)等相關(guān)技術(shù)）、自動(dòng)化技術(shù)（如自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)化控制、工業(yè)機(jī)器人、AGV、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)及其輸送系統(tǒng)）和智能化技術(shù)（如智能裝備、智能產(chǎn)線、智能車間和機(jī)器視覺等），建立差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，從而縮短產(chǎn)品上市周期、降低成本并提升產(chǎn)品質(zhì)量，滿足個(gè)性化需求，敏捷應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，各大汽車制造商不斷加快新車型開發(fā)并不斷降低開發(fā)成本，開發(fā)成本的降低主要集中在共用平臺(tái)、動(dòng)力總成和提高生產(chǎn)制造柔性等方面。一汽轎車現(xiàn)擁有多種平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)下還有多種車型，因而采用了多品種小批量的柔性化生產(chǎn)方式，并在智能制造系統(tǒng)中應(yīng)用智能物流自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)及其輸送系統(tǒng)。

總裝底盤合裝線柔性化工藝分析
一汽轎車總裝底盤合裝線主要由RGV小車（含軌道）、裝配高架平臺(tái)和前托盤轉(zhuǎn)交站組成，按裝配內(nèi)容分為底盤合裝區(qū)、前機(jī)艙裝配區(qū)、托盤轉(zhuǎn)交區(qū)及外分裝配區(qū)。底盤合裝區(qū)設(shè)計(jì)了3個(gè)工位，其中2個(gè)操作工位、1個(gè)預(yù)留工位。底盤合裝區(qū)的主要工作內(nèi)容是完成前、后副車架與車身的裝配（見下圖）。第一步，RGV與車身自動(dòng)找正，并與底盤線保持速度同步；第二步，人工控制RGV前、后舉升臺(tái)舉升，并將副車架孔位與車身焊接螺栓對(duì)正；第三步，人工使用擰緊工具將前、后副車架緊固至車身。



前后懸架總成底盤合裝

后導(dǎo)入的平臺(tái)車型懸架與車身采用螺栓連接固定，為保證合裝過程中懸架與車身的準(zhǔn)確定位，一是需要增加導(dǎo)向來保證懸架與車身的準(zhǔn)確定位，縮短作業(yè)調(diào)整時(shí)間；二是最大限度地保證車輛外傾合格。定位銷在合裝舉升過程中先與車身定位再裝配螺栓，對(duì)輔助定位的定位精度要求較高。由于前輪外傾值需通過調(diào)整前滑柱與轉(zhuǎn)向節(jié)連接螺栓實(shí)現(xiàn)，因此該工作必須在舉升機(jī)上進(jìn)行。在舉升機(jī)上調(diào)整后再到四輪定位進(jìn)行檢測(cè)，每調(diào)整一次需要20～30min。后輪外傾值整車下線后均不可調(diào)，故必須在底盤合裝時(shí)用專用托盤保證。如果前、后輪外傾值不合格將會(huì)導(dǎo)致整車跑偏、車輪偏磨等嚴(yán)重質(zhì)量問題，因此必須在底盤合裝工位保證前后輪外傾值。

本文對(duì)3種平臺(tái)的不同車型前、后懸架總成與車身合裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，確定底盤合裝工位需采用2種前懸架托盤和3種后懸架托盤，才可以滿足各平臺(tái)底盤合裝的精度要求。由于底盤合裝線面積有限，為保證承載多種托盤的生產(chǎn)線的柔性化生產(chǎn)，需建立托盤立體庫(kù)用于托盤輸送、存儲(chǔ)和編組。

前、后懸架托盤立體庫(kù)方案選擇
立體庫(kù)設(shè)計(jì)要求：前、后懸架托盤能夠獨(dú)立運(yùn)行并自動(dòng)完成托盤進(jìn)庫(kù)、出庫(kù)、編組和輸送，從而保證托盤先進(jìn)、先出，防止個(gè)別托盤過度使用。同時(shí)通過查詢車身VIN碼可以追溯裝配托盤編號(hào)，從而為產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)提供信息支持。

前、后托盤立體庫(kù)結(jié)構(gòu)種類很多，經(jīng)深入分析對(duì)比，初步選用了高位貨架立體庫(kù)和存儲(chǔ)線立體庫(kù)（見下圖）。根據(jù)總裝底盤線現(xiàn)有布局共制定3種前、后懸架托盤立體庫(kù)選擇方案。



高位貨架立體庫(kù)



存儲(chǔ)線立體庫(kù)

1.方案一：地面高位貨架托盤立體庫(kù)
在地面建設(shè)高位貨架立體庫(kù)，通過有軌巷道車存取托盤。前、后懸架托盤存儲(chǔ)貨架通用，可提高托盤存儲(chǔ)量并滿足前、后懸架托盤柔性存儲(chǔ)。該方案設(shè)計(jì)存儲(chǔ)140個(gè)托盤。

2.方案二：空中存儲(chǔ)線托盤立體庫(kù)Ⅰ（5條存儲(chǔ)線）
在空中建設(shè)輸送線結(jié)構(gòu)托盤立體庫(kù)，該方式通過提升機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)托盤進(jìn)出庫(kù)。該方式需新增2條前懸架空中托盤存儲(chǔ)線及3條后懸架空中托盤存儲(chǔ)線。

3.方案三：空中存儲(chǔ)線托盤立體庫(kù)Ⅱ（4條存儲(chǔ)線）
在空中建設(shè)輸送線結(jié)構(gòu)托盤立體庫(kù)，該方式需新增1條前懸架空中托盤存儲(chǔ)線及3條后懸架空中托盤存儲(chǔ)線，原有平臺(tái)前懸架托盤仍用動(dòng)分線返回轉(zhuǎn)運(yùn)托盤。
3種方案綜合評(píng)價(jià)對(duì)比如表所示。



由于地面可用面積僅184m2，高位貨架立體庫(kù)后續(xù)貨架無增加空間；移動(dòng)距離短，有軌巷道車發(fā)揮不了快速移動(dòng)功能；高位貨架立體庫(kù)無價(jià)格優(yōu)勢(shì)等原因，故不建議采用方案一。

方案三雖比方案二設(shè)計(jì)、施工難度大，但方案三比方案二少建設(shè)一條前懸架托盤輸送線并能節(jié)省投資90萬元，故建議采用方案三。

前、后懸架托盤立體庫(kù)主要由前、后懸架托盤立體庫(kù)，生產(chǎn)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，質(zhì)量追
溯系統(tǒng)和前、后懸架專用托盤組成，通過新增4臺(tái)提升機(jī)實(shí)現(xiàn)托盤自動(dòng)進(jìn)庫(kù)、出庫(kù)功能（見下圖）。



空中前后懸架托盤立體庫(kù)

托盤立體庫(kù)功能及實(shí)現(xiàn)方法
1.托盤出庫(kù)編組功能
托盤立體庫(kù)功能主要體現(xiàn)在提升機(jī)準(zhǔn)確讀取車型信息后，托盤需立體出庫(kù)并自動(dòng)編組。托盤立體庫(kù)與生產(chǎn)信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀取生產(chǎn)信息中的生產(chǎn)車序并將其轉(zhuǎn)換成托盤種類信號(hào)，提升機(jī)根據(jù)托盤信息到相應(yīng)存儲(chǔ)線提取對(duì)應(yīng)托盤。以前懸架托盤立體庫(kù)為例：如車型信息為新平臺(tái)車型，托盤提升機(jī)接收信號(hào)需到空中接取新平臺(tái)專用托盤；如車型信息為原有平臺(tái)車型，托盤提升機(jī)接收信號(hào)到地面動(dòng)分線下層輸送線接取原有平臺(tái)托盤。

2.托盤入庫(kù)編組功能
以后懸架托盤入庫(kù)編組為例：后懸架托盤有3種平臺(tái)專用托盤，分別存儲(chǔ)到各自專用存儲(chǔ)線中；后懸架托盤在底盤線完成合裝裝配后并在進(jìn)入托盤立體庫(kù)前，通過托盤上安裝的RFID電子標(biāo)簽和線體上安裝的接近開關(guān)對(duì)托盤型號(hào)進(jìn)行電子和物理雙重識(shí)別；如RFID讀寫頭與接近開關(guān)判斷的托盤型號(hào)一致，立體庫(kù)系統(tǒng)通知提升機(jī)將托盤轉(zhuǎn)運(yùn)到托盤專用存儲(chǔ)線中，如RFID讀寫頭與接近開關(guān)判斷的托盤型號(hào)不一致，立體庫(kù)停止工作并報(bào)警，同時(shí)人工查找托盤出錯(cuò)原因。托盤采用RFID和物理結(jié)構(gòu)雙重識(shí)別，提高了托盤的入庫(kù)準(zhǔn)確率。

3.具備手動(dòng)調(diào)整出庫(kù)托盤編組功能
總裝生產(chǎn)車序因突發(fā)情況變化時(shí)，需人工調(diào)整托盤出庫(kù)車序。

4.質(zhì)量追溯功能
我們搭建了立體庫(kù)質(zhì)量追溯系統(tǒng)，在托盤上安裝RFID電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)每個(gè)托盤編號(hào)與生產(chǎn)整車VIN碼綁定，并存儲(chǔ)到立體庫(kù)工控機(jī)中。由于托盤編號(hào)和整車VIN碼均具有唯一性，當(dāng)檢測(cè)線檢測(cè)出前后輪外傾值不合格時(shí)，根據(jù)車身VIN碼可以在立體庫(kù)工控機(jī)中迅速查找到生產(chǎn)該車的托盤，鎖定托盤后用托盤檢具對(duì)托盤進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否是托盤問題。制作前、后懸架標(biāo)準(zhǔn)托盤并放至立體庫(kù)檢具架。當(dāng)出現(xiàn)批量外傾不合格車輛時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)托盤進(jìn)行裝配。如外傾值合格則為托盤問題，否則從產(chǎn)品質(zhì)量問題入手。

托盤立體庫(kù)方案虛擬評(píng)審
一汽轎車應(yīng)用數(shù)字化仿真技術(shù)對(duì)總裝底盤柔性化生產(chǎn)準(zhǔn)備方案進(jìn)行了仿真分析，仿真過程中運(yùn)動(dòng)部件如果干涉，程序字體會(huì)自動(dòng)變紅并提示干涉量。利用該功能，通過模擬前、后懸架托盤在立體庫(kù)中的實(shí)際工作軌跡，檢驗(yàn)立體庫(kù)的通過性和干涉性，從而驗(yàn)證方案的可行性。以新增托盤立體庫(kù)前懸架托盤工藝方案虛擬評(píng)審為例：在立體庫(kù)仿真環(huán)境中對(duì)設(shè)備關(guān)鍵生準(zhǔn)點(diǎn)（20個(gè)關(guān)鍵評(píng)審點(diǎn)）進(jìn)行極限參數(shù)設(shè)定。通過方案仿真評(píng)審，實(shí)現(xiàn)方案制定、交流、評(píng)審和校對(duì)可視化，提高生產(chǎn)準(zhǔn)備的準(zhǔn)確性和效率。

結(jié)語
一汽轎車前、后懸架托盤立體庫(kù)現(xiàn)已投入使用一年多，成功解決了多平臺(tái)車型的總裝底盤合裝柔性化生產(chǎn)的瓶頸問題，同時(shí)在裝配過程中保證了前束、外傾等關(guān)鍵參數(shù)精度，在質(zhì)量、進(jìn)度和成本上也得到了有效的控制。

托盤立體庫(kù)在總裝領(lǐng)域的應(yīng)用越來越成熟，也越來越廣泛，通過應(yīng)用托盤立體庫(kù)技術(shù)，一汽轎車積累了柔性化生產(chǎn)、底盤合裝、立體庫(kù)、虛擬仿真和質(zhì)量追溯等方面的經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)有工廠改造以及新工廠建設(shè)中，這些經(jīng)驗(yàn)可以擴(kuò)展應(yīng)用到線束存儲(chǔ)線、車身存儲(chǔ)線、物料分揀和物料自動(dòng)輸送等區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)減少人員和廠房面積、提高自動(dòng)化程度和裝配質(zhì)量等方面的改善，同時(shí)達(dá)到公司降低成本、提高質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率的目標(biāo)。