汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)輸送控制系統(tǒng)探析

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摘要：通過(guò)對(duì)核心四大工藝沖壓、焊裝、涂裝、總裝的認(rèn)識(shí)，深刻理解汽車(chē)制造領(lǐng)域的核心工藝。了解汽車(chē)的主要構(gòu)造和具體功能，根據(jù)汽車(chē)廠的生產(chǎn)環(huán)境，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的首要條件。針對(duì)汽車(chē)廠總裝車(chē)間生產(chǎn)線的自動(dòng)輸送控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)的硬件、軟件以及系統(tǒng)功能等方面對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析，以滿足汽車(chē)生產(chǎn)的工藝需求。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)；總裝；自動(dòng)化；輸送；控制系統(tǒng)

0引言

隨著人們生活質(zhì)量水平的不斷提高，對(duì)汽車(chē)的需求越來(lái)越大，特別是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的總裝生產(chǎn)，其質(zhì)量直接影響汽車(chē)的美觀性和耐腐蝕性。實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)總裝生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制，對(duì)于系統(tǒng)的維護(hù)有重要意義。近年來(lái)我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)上升迅速，汽車(chē)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)激烈。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車(chē)制造的關(guān)鍵零部件，其制造工藝復(fù)雜。要想達(dá)到高效的生產(chǎn)，需要有一條水平先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線，生產(chǎn)線的布局好壞直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)整體的質(zhì)量。當(dāng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工廠進(jìn)行全新的規(guī)劃時(shí)，會(huì)受到廠區(qū)使用面積、擴(kuò)展方向、運(yùn)輸路線等方面的限制，同時(shí)還需要考慮到生產(chǎn)線布局的再次調(diào)整問(wèn)題，不同的設(shè)備布局，都會(huì)對(duì)車(chē)間場(chǎng)地的利用率和維修性造成影響，影響今后設(shè)備的正常使用。因此，對(duì)生產(chǎn)線的布局方式進(jìn)行合理規(guī)劃，要充分考慮到各方因素對(duì)生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率所帶來(lái)的影響，選擇合理性更高的布局方式，以幫助企業(yè)獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。文章針對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)總裝車(chē)間在原有的生產(chǎn)輸送線基礎(chǔ)上，對(duì)總裝輸送系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造，達(dá)到加快生產(chǎn)節(jié)拍，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制與監(jiān)控目的。

1汽車(chē)制造的核心工藝流程

1.1沖壓工藝

沖壓是汽車(chē)制造的第一道工序，首先將板材切割出適合大小，然后對(duì)其進(jìn)行沖孔和切邊，最后進(jìn)行沖壓成形。每一個(gè)制造部件都有一個(gè)特定的模具，只需要將不同的模具安裝到?jīng)_壓機(jī)床上，就可以制造出不同的部件，模具的質(zhì)量好壞直接決定零部件的質(zhì)量。

1.2焊裝工藝

焊接就是將加工好的材料進(jìn)行部分加熱，或者將加工好的板材同時(shí)進(jìn)行熱加工和壓力加工，形成初步的車(chē)身形狀。在進(jìn)行車(chē)體焊接的過(guò)程中，使用最多的焊接方式就是電焊，焊接的質(zhì)量直接關(guān)系到車(chē)體的硬度。汽車(chē)車(chē)體實(shí)際上是由薄板材結(jié)合所得到的整體部件，當(dāng)從車(chē)間生產(chǎn)完成后的板材出來(lái)后，需要在焊裝車(chē)間對(duì)車(chē)身整體進(jìn)行整合和銜接，因此，焊裝是讓車(chē)體成形的一道重要工序。焊裝階段作為決定車(chē)體制造質(zhì)量的重要階段，決定了車(chē)體制造的整個(gè)過(guò)程，汽車(chē)的主體作為一個(gè)繁雜的結(jié)構(gòu)功能組合件，由上百種板材沖壓工件經(jīng)過(guò)焊接合成。車(chē)體沖壓得到的工件板材，都具備可焊特性。

1.3涂裝工藝

涂裝工藝具有防腐性和裝飾性的特點(diǎn)，涂裝的工序復(fù)雜，對(duì)專業(yè)的要求較高。需要保持在不同的環(huán)境下，油漆膜不發(fā)生劣質(zhì)化和腐蝕，且保持表面的光滑。比較經(jīng)典的涂裝工藝是陰極電泳、中途，在陰極電泳和中途之間，會(huì)使用焊接接縫打膠，確保車(chē)體的封閉性，達(dá)到降噪的效果。面漆之后要在車(chē)體的內(nèi)部打防銹蠟，在外表噴漆，使其具備一定的觀賞性，讓外表沒(méi)有微小的顆粒物，且具備較強(qiáng)的抗變形能力。底層漆層具有較好的防生銹和耐腐蝕的特點(diǎn)，黏著力強(qiáng)，不會(huì)輕易出現(xiàn)腐銹或者脫落。

1.4總裝工藝

總裝工藝就是將車(chē)體、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、燈、車(chē)門(mén)等進(jìn)行拼裝，組成完整的產(chǎn)品。汽車(chē)總裝是汽車(chē)整個(gè)生產(chǎn)流程的最后工序，需要將上百種的部件根據(jù)一定的工藝組成總體，并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢查確定車(chē)體是否符合整套工藝流程的標(biāo)準(zhǔn)。一般的成品汽車(chē)，都具備較好的驅(qū)動(dòng)效果，可以滿足在繁雜條件下的運(yùn)輸。汽車(chē)成品具有穩(wěn)定牢固、乘坐舒服的特點(diǎn)，可以滿足環(huán)境保護(hù)的需求。舒適需求需要通過(guò)總裝工藝進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。如果花費(fèi)的金額與做出的成品不成正比，將會(huì)影響到汽車(chē)的整體質(zhì)量，因此總裝是確保汽車(chē)品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。

2汽車(chē)的主要構(gòu)造和功能

2.1輸送系統(tǒng)主要設(shè)備

大多數(shù)情況下，在進(jìn)行機(jī)械與電氣產(chǎn)品生產(chǎn)的過(guò)程中，最重要的生產(chǎn)工序就是裝配工序。裝配工序主要是對(duì)機(jī)械進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)整，其目的就是保證每一個(gè)部件都可以有一個(gè)較好的集成整體，這樣才可以充分發(fā)揮出部件的功能。而總裝就是將不同的零部件按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組裝，形成一個(gè)比較完成的產(chǎn)品，汽車(chē)的制作工藝復(fù)雜，根據(jù)汽車(chē)的具體構(gòu)造，可以將其分為發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、車(chē)身以及電氣等幾個(gè)較大的系統(tǒng)組件，如果在一個(gè)較大的制造廠中，汽車(chē)總成需要在獨(dú)立的廠區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)，然后將每一個(gè)部件都送到一個(gè)總的裝配車(chē)間中等待下一步的工作。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中型卡車(chē)較小的零部件就高達(dá)500多種。小型轎車(chē)的制造工藝更加精密，很多電器設(shè)備相對(duì)較為完善，其需要的零部件總成數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于卡車(chē)的配件總成數(shù)量，因此在進(jìn)行汽車(chē)總裝時(shí)，是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。

2.2汽車(chē)輸送系統(tǒng)具體流程

當(dāng)完成設(shè)備制造后，就開(kāi)始了總裝環(huán)節(jié)。汽車(chē)裝配是為了滿足一些基礎(chǔ)性的需求，需要通過(guò)輸送設(shè)備才能夠完成最終的裝配工作，推動(dòng)裝配工作的進(jìn)行，完成一輛成品汽車(chē)的制造。當(dāng)汽車(chē)的車(chē)身完成涂裝工作后，需要通過(guò)滑動(dòng)式的輸送體系，將整個(gè)車(chē)身運(yùn)輸?shù)窖b配的地方進(jìn)行操作，在升降段會(huì)將車(chē)身送達(dá)最高的位置并進(jìn)行信號(hào)的發(fā)射，然后將信號(hào)傳送到其他的停止器中，推動(dòng)推車(chē)機(jī)完成工作，并迎接下一個(gè)汽車(chē)車(chē)身的到來(lái)。存儲(chǔ)器可以起到清理的功能，針對(duì)汽車(chē)生產(chǎn)的不同需求，當(dāng)在存儲(chǔ)區(qū)完成漆后，汽車(chē)的車(chē)身就需要嚴(yán)格按照生產(chǎn)的順序，對(duì)總裝線進(jìn)行輸送。因?yàn)榇鎯?chǔ)區(qū)具備緩沖功能，所以在進(jìn)行涂裝汽車(chē)車(chē)身時(shí)，空吊具可以讓升降機(jī)傳送到緩沖區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)總裝車(chē)間的生產(chǎn)。如果車(chē)身沒(méi)有達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，則需要通過(guò)分道岔將其運(yùn)回，并重新進(jìn)行輸送。輸送系統(tǒng)在汽車(chē)生產(chǎn)中，起到非常關(guān)鍵的作用，利用先進(jìn)的輸送設(shè)備，可以更好的推進(jìn)汽車(chē)生產(chǎn)線的自動(dòng)化操作，從而保證整個(gè)系統(tǒng)可以持續(xù)安全的完成所有工序。合理的電氣控制體系可以有助于汽車(chē)生產(chǎn)線的自動(dòng)化功能得到更好的發(fā)揮，推動(dòng)整個(gè)生產(chǎn)線的穩(wěn)定發(fā)展，降低故障率。同時(shí)還可以降低事故發(fā)生率，提高生產(chǎn)率，為企業(yè)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3自動(dòng)化控制體系的主要構(gòu)成

在現(xiàn)代汽車(chē)的制造領(lǐng)域中，集中式的生產(chǎn)模式是比較傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)，這種傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式存在一定的不足，如現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)線或配電盤(pán)的數(shù)量出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)影響到施工的質(zhì)量。現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)線與配電盤(pán)的數(shù)量施工較為繁瑣，加之線路較長(zhǎng)容易影響操作流程。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，電腦控制模式逐漸代替了集中式控制模式，全新的體系得到推廣，以PLC為核心，以工業(yè)以太網(wǎng)的形式進(jìn)行監(jiān)控，讓底層的控制體系可以保持與中間控制體系較高的通訊效果。當(dāng)前，汽車(chē)自動(dòng)輸送控制體系的構(gòu)成主要分為三大部分：工業(yè)以太網(wǎng)。作為局域網(wǎng)的分支，以工業(yè)基礎(chǔ)單元為主，與自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行連接，為工作站提供較為穩(wěn)定的通訊，提高了通訊效率。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線。作為雙向控制的數(shù)字體系，可以很好的與系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行連接，具有較好的控制效果，主要使用的是分布式網(wǎng)絡(luò)。PLC控制體系。將制造汽車(chē)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效結(jié)合，在現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)體系的幫助下，很好的實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制管理，從而獲取較好的自動(dòng)化控制效果。

3總裝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要針對(duì)某汽車(chē)廠的總裝車(chē)間輸送線上位監(jiān)控和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，完成車(chē)輛在總裝車(chē)間的車(chē)身傳輸。在該輸送線上設(shè)計(jì)一套監(jiān)控系統(tǒng)，用于監(jiān)控車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)線的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行采集和數(shù)據(jù)分析，從而獲取設(shè)備的故障率。通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)接收MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃，并將生產(chǎn)計(jì)劃發(fā)送給PLC，完成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的指導(dǎo)。監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)與MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和保證的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，并實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息的情況，提高生產(chǎn)率。

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)整體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)以太網(wǎng)采用多模光纖和電氣就兩種結(jié)構(gòu)將所有設(shè)備進(jìn)行連接誒，多模光纖允許在不同模式下進(jìn)行傳輸，因?yàn)槎嗄９饫w的芯徑較大，因此可以作為耦合器或者接線器使用。電氣接口一般應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸，以網(wǎng)卡接口形式出現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，中控室網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包含WinCC服務(wù)器、MSSQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、中央歸檔服務(wù)器以及中控室交換機(jī)等4大設(shè)備。WinCC服務(wù)器采用IBM工控機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)卡連接中控交換機(jī)，然后工控機(jī)會(huì)通過(guò)SIMATICNET連接網(wǎng)絡(luò)終端。終端總線用于連接服務(wù)器和客戶機(jī)，對(duì)于可以安裝多塊網(wǎng)卡的服務(wù)器而言，選擇合適的網(wǎng)卡作為終端總線更有利于數(shù)據(jù)傳輸；MSSQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用IBM工控機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)卡連接到中控室的交換機(jī)上，用于存放更MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)；中央歸檔服務(wù)器采用IBM工控機(jī)，用于存放歸檔數(shù)據(jù)；中控室交換機(jī)，通過(guò)中控室交換機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)以及其他設(shè)備進(jìn)行連接。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)與中控交換機(jī)之間的交換主要采用多模光纖進(jìn)行連接，其連接速率高，交換機(jī)的下層通過(guò)電氣接口進(jìn)行連接；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中包含了PLC、Panel、LinePC等，現(xiàn)場(chǎng)總線在傳輸距離上容易受到一定的限制，當(dāng)設(shè)置的傳輸速率為9.6kbps時(shí)，傳輸?shù)木嚯x較快。對(duì)于距離較長(zhǎng)的設(shè)備連接，需要使用中繼器進(jìn)行信號(hào)的放大，中繼器會(huì)將兩個(gè)以上的現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行連接，這樣的目的是為了拓展網(wǎng)絡(luò)的成功度，提供信號(hào)之間的緩沖，起到隔離的效果。圖2展示了在現(xiàn)場(chǎng)的PLC設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的連接情況，每一個(gè)PLC都為其配置了工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)光纖進(jìn)行連接，PLC通過(guò)ProfiNet連接交換機(jī)和上位機(jī)；現(xiàn)場(chǎng)ET200通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接PLC。讓信號(hào)在總線上進(jìn)行傳輸時(shí)，信號(hào)的強(qiáng)弱度會(huì)隨著距離的增加而發(fā)生變化，當(dāng)把另一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到總線上時(shí)，會(huì)出發(fā)信號(hào)反射，從而對(duì)信號(hào)產(chǎn)生較大的影響。因此對(duì)于一定長(zhǎng)度的總線，需要從設(shè)備、分支電路以及長(zhǎng)度等多個(gè)方面進(jìn)行考慮。

3.2系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

對(duì)于整條輸送線而言，主要負(fù)責(zé)輸送車(chē)身在內(nèi)飾線積和精飾線的輸送，且在輸送的過(guò)程中，要保證汽車(chē)總裝的安裝工作已經(jīng)完工。如車(chē)輪安裝、固定部位安裝、特定工序的安裝等。系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，都是在PLC的總體控制下進(jìn)行，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的通信和信號(hào)的傳輸，以保證系統(tǒng)的整體運(yùn)行效果。3.2.1生產(chǎn)計(jì)劃接收。中控室的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)接收MES系統(tǒng)發(fā)出的生產(chǎn)計(jì)劃，并將生產(chǎn)計(jì)劃存放在本地的數(shù)據(jù)庫(kù)中，MES系統(tǒng)有專門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)存放生產(chǎn)平臺(tái)，當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，中控室數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器會(huì)將MES系統(tǒng)中存放的計(jì)劃進(jìn)行傳輸，通過(guò)socket接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的存儲(chǔ)。然后將生產(chǎn)計(jì)劃的信息存儲(chǔ)到服務(wù)器的特定位置下。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器存放生產(chǎn)計(jì)劃后，WinCC服務(wù)器會(huì)根據(jù)車(chē)間的生產(chǎn)需要，向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提取生產(chǎn)幾乎，并將生產(chǎn)計(jì)劃傳輸?shù)絇LC中。3.2.2生產(chǎn)計(jì)劃更改。通過(guò)WinCC開(kāi)發(fā)的界面，查看生產(chǎn)計(jì)劃。該生產(chǎn)計(jì)劃包含計(jì)劃和運(yùn)行的批次。計(jì)劃批次表示將沒(méi)有下載的PLC中的數(shù)據(jù)存放到服務(wù)器中，然后通過(guò)人工方式調(diào)整生產(chǎn)隊(duì)列；運(yùn)行批次表示將下載完成的PLC加入到正在生產(chǎn)的隊(duì)列中，需要注意的一點(diǎn)是運(yùn)行批次不允許隨意修改生產(chǎn)隊(duì)列。沒(méi)有下發(fā)到PLC生產(chǎn)批次的用戶，需要通過(guò)調(diào)整次序的方式變更隊(duì)列中數(shù)據(jù)的位置，讓數(shù)據(jù)可以完成上移、下移、刪除、添加、更改的功能。手動(dòng)調(diào)整生產(chǎn)隊(duì)列，需要有管理員的同意，具有權(quán)限的管理人員，會(huì)自動(dòng)調(diào)整隊(duì)列，并記錄調(diào)整的時(shí)間，并將信息統(tǒng)一保存在操作日志中，方便日后的追蹤管理。

4結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)總線的自動(dòng)輸送與控制系統(tǒng)，需要有工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)以及PLC等的集成，讓管理部門(mén)進(jìn)行在線監(jiān)督控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層的有效監(jiān)督和控制。車(chē)間的數(shù)據(jù)管理體系要時(shí)刻與其他控制體系進(jìn)行有效連接，從而發(fā)揮出重要的作用。現(xiàn)在實(shí)時(shí)通信的效果很好，對(duì)于一些老舊落后的電纜線，可以進(jìn)行取代，以減輕裝配難度，保證裝配的質(zhì)量。發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量在汽車(chē)整車(chē)制造中地位非常重要，各個(gè)工序之間的配合默契度直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)總裝的質(zhì)量。因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總裝線進(jìn)行自動(dòng)化控制設(shè)備的研究，可以有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)效率，為汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展注入新動(dòng)力。

作者:臧程程 單位:豪邁集團(tuán)股份有限公司