淺談汽車白車身生產(chǎn)線自主裝備應(yīng)用的可行性分析

作者：李彥賀，李金山，安珂，溫強龍
公司：奇瑞商用車（安徽）有限公司

引言
文章重點介紹了有關(guān)自主裝備在汽車白車身生產(chǎn)線上應(yīng)用的可行性，通過應(yīng)用可促進對自主裝備制造業(yè)的發(fā)展，明確了目前自主裝備與國外裝備存在的差距及建議措施。

1.汽車制造焊裝生產(chǎn)線發(fā)展狀態(tài)
1.1 世界汽車焊裝生產(chǎn)線發(fā)展歷程

第一階段：生產(chǎn)線采用人工作業(yè)為主，機械化程度低，大多采用壓縮空氣提供動能實現(xiàn)機械的操控，通常一條生產(chǎn)線只能實現(xiàn)一款車的生產(chǎn)。

第二階段：生產(chǎn)線采用自動化作業(yè)模式，機械化程度較高，線體系統(tǒng)集成電控完成機械的操控，并且生產(chǎn)線部分工位引入機器人焊接技術(shù)，但生產(chǎn)線生產(chǎn)車型單一。

第三階段：生產(chǎn)線引入智能線的概念，即智能制造，生產(chǎn)線智能生產(chǎn)。具有高柔性化、人機友好交互、群控系統(tǒng)、敏捷制造、質(zhì)量控制與信息化高度集成與反饋的特點。而第三階段又可分為智能線I階段與智能線II階段。其中智能I階段具有自動化柔性生產(chǎn)、APS和MES系統(tǒng)及在線檢測系統(tǒng)在汽車白車身生產(chǎn)線應(yīng)用的特點。而作為第三階段高峰的智能線II階段相較智能線I階段增加了智能物流系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、設(shè)備遠程控制系統(tǒng)、產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)和信息化高度集成、產(chǎn)品可追溯、綠色環(huán)保生產(chǎn)、人機友好交互及敏捷制造等相關(guān)系統(tǒng)在白車身生產(chǎn)線應(yīng)用的特點。

1.2 國內(nèi)汽車焊裝生產(chǎn)線與世界對比差異
目前國內(nèi)外焊裝生產(chǎn)線技術(shù)差距較大，主要表現(xiàn)為如下幾個方面：
（1）缺乏國產(chǎn)工業(yè)機器人，機器人技術(shù)需依賴國外；
（2）國內(nèi)工藝規(guī)劃手段落后。產(chǎn)品的制造規(guī)劃基本上以人工手段為主，所有的策劃過程都以傳統(tǒng)的方式進行,項目協(xié)同能力差；
（3）高新技術(shù)領(lǐng)域研究基礎(chǔ)薄弱。


2.國內(nèi)汽車裝備工業(yè)的重要性及現(xiàn)狀

汽車是高新技術(shù)的結(jié)晶，汽車工業(yè)所涉及的新技術(shù)范圍之廣、數(shù)量之多是其他產(chǎn)業(yè)難以相比的。想要發(fā)展新材料、新設(shè)備、新型配套產(chǎn)品，均需要應(yīng)用和發(fā)展新技術(shù)。電子技術(shù)、信息技術(shù)在汽車上獲得越來越廣泛的應(yīng)用，汽車電子產(chǎn)品占整車價值的比重從1989年的16%提高到目前的23%-30%。同時對于國產(chǎn)機器人裝備業(yè)所起到的作用也越發(fā)明顯，據(jù)統(tǒng)計：目前，中國工業(yè)機器人的應(yīng)用仍較集中于汽車行業(yè)，根據(jù)國際機器人聯(lián)合會2012年報告，在全球范圍內(nèi)汽車行業(yè)應(yīng)用約占工業(yè)機器人應(yīng)用總量的40%，而在中國這一數(shù)字要更高一些。

中國裝備行業(yè)通過引進、消化、吸收，目前已經(jīng)具備一定的研發(fā)設(shè)計基礎(chǔ)和實力，但距國際高度集成的自動化焊裝線成線技術(shù)，還有一定的差距。

由于我國汽車裝備產(chǎn)業(yè)缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機器人制造核心技術(shù)，國外產(chǎn)品長驅(qū)直入。截至2008年，中國汽車市場總規(guī)模已超過美國躍居世界第一位。但是從我國整車企業(yè)產(chǎn)銷排名及主要裝備使用狀況來看,汽車銷量排名前十位的自主汽車企業(yè)主要采用進口產(chǎn)品。

工業(yè)機器人焊裝技術(shù)嚴重依賴國外的現(xiàn)象在乘用車領(lǐng)域表現(xiàn)尤為突出，基本全套從國外引進，花費了大量外匯。昂貴的進口設(shè)備滿足了部分汽車企業(yè)批量生產(chǎn)的需求，但畢竟不能滿足我國民族汽車工業(yè)迅速發(fā)展的需要，很多自主汽車品牌的大多數(shù)車型只在主焊線部分工位采用了點焊機器人。通過不完全統(tǒng)計得知國內(nèi)部分自主品牌車企自主裝備現(xiàn)狀如附表1所示：
表1 目前自主車企生產(chǎn)線現(xiàn)狀



3.自主裝備在汽車白車身生產(chǎn)線未來的應(yīng)用

為緊跟“中國制造2025” 重點方向：要堅持創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展、加快從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國的步伐。需大力增加自主裝備制造業(yè)的發(fā)展。

3.1 自主裝備業(yè)發(fā)展的重要性
裝備制造業(yè)是為國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)提供技術(shù)裝備的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。國產(chǎn)機器人整線、規(guī)模化應(yīng)用，尤其在相對高端的汽車制造領(lǐng)域規(guī)模化集成應(yīng)用尚屬空白，并且汽車制造業(yè)的柔性化需求進一步提高了機器人本體及集成系統(tǒng)的協(xié)同性、精確性、可靠性，此需求對于提高自主裝備的開發(fā)有著重要的現(xiàn)實意義。

3.2 國產(chǎn)機器人在國內(nèi)汽車白車身生產(chǎn)線的應(yīng)用方向
如今民族汽車制造業(yè)應(yīng)主要圍繞國產(chǎn)機器人裝備在汽車白車身生產(chǎn)線應(yīng)用率為核心。通過新建汽車白車身生產(chǎn)線，以平臺化柔性化切換為目的，進行多款車型共線生產(chǎn)，投入使用并完善國產(chǎn)機器人，應(yīng)以白車身智能制造為核心，進行智能化產(chǎn)業(yè)升級，打造白車身智能化生產(chǎn)線。應(yīng)針對如下方向進行技術(shù)攻關(guān)：

3.2.1 大噸位高精度機器人在總拼工位的集成應(yīng)用



圖1 國產(chǎn)機器人大負荷實現(xiàn)的困難點及應(yīng)對措施
3.2.2 自動線電氣集成自主研發(fā)編程應(yīng)用
（可實現(xiàn)PLC與PLC間集成、PLC與焊接設(shè)備間集成、PLC與機器人間集成、機器人與機器人間集成、機器人與焊機間集成、PLC與輸送設(shè)備間集成、PLC與視覺系統(tǒng)間集成）；



圖2 機器人集成問題及改進方案



圖3 自主機器人控制系統(tǒng)實現(xiàn)的困難點及應(yīng)對措施



圖4 機器人與電氣集成聯(lián)合差距點及應(yīng)對措施



圖5 自主機器人間協(xié)同配合實現(xiàn)的困難點及應(yīng)對措施



圖6 介質(zhì)的困難點及應(yīng)對措施

3.2.3 機器人關(guān)鍵零部件精度及可靠性驗證方法探索等等。



圖7 減速機實現(xiàn)的困難點及應(yīng)對措施

4.總結(jié)
隨著自主汽車制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，對于自主裝備業(yè)既是機遇也是挑戰(zhàn)，而如何在蓬勃發(fā)展的汽車制造業(yè)這股浪潮中拉近或趕超國際一流水平，是民族裝備制造業(yè)及汽車制造業(yè)不可推卸的責(zé)任。

通過本文所述應(yīng)用自主裝備在汽車白車身生產(chǎn)線可取的如下可行性成果：

（1）實現(xiàn)自主品牌機器人規(guī)?；瘧?yīng)用，對宣傳自主品牌機器人和推廣應(yīng)用自主品牌有著非常深遠的現(xiàn)實意義及示范效應(yīng)。

（2）機器人在柔性化生產(chǎn)線的應(yīng)用，機器人由傳統(tǒng)的焊接作業(yè)、搬運功能向特種作業(yè)、定位領(lǐng)域轉(zhuǎn)化。

（3）推動國產(chǎn)機器人在關(guān)鍵零部件、應(yīng)用軟件進一步提升，RV減速機等關(guān)鍵零部件的工藝、材料、設(shè)計改進，精度、可靠性指標逐步達標。

（4）大型機器人柔性自動生產(chǎn)線集成技術(shù)深化應(yīng)用對國產(chǎn)機器人及集成技術(shù)向高端領(lǐng)域拓展有極其重要的示范意義。

（5）目前國產(chǎn)機器人應(yīng)用除了性能上和進口品牌差距比較大，而價格上的差距卻不大。但可通過工藝方案、零部件選型、集成優(yōu)化等手段，能夠?qū)崿F(xiàn)相較于同類國外生產(chǎn)線的投資降低。