2023年生产执行系统在汽车行业中的应用.doc

　在上次的讨论中从大体上去讨论了汽车行业的生产的大的架构。要真正了解和分析汽车行业的生产执行系统仍然需要汽车制造行业的工艺，其特点，对不同的厂商还有不同的需求。 　　汽车总装厂通常有4大车间，或3 大车间，即冲压车间，焊装车间，涂装车间和总装车间，另一个重要的车间是动力总成车间。其中焊装，涂装，总装及动力总成的工艺是最复杂的4个局部。 　　1〕冲压工艺的特点及制造执行系统的需求 　　冲压或板料冲压是使金属板料在冲模中承受压力而被切离或成形的加工方法。日常生活用品，女口铝锅、饭盒、脸盆等就是采用冷冲压的加工方法制成。例如制造饭盒，首先需要切出长方形并带有4个圆角的坯料(行家称为“落料〞)，然后用凸模将这块坯料压入凹模而成形(行家称为“拉深〞)。在拉深工序，平面的板料变为盒状，其4边向上垂直弯曲，4个拐角的材料产生堆聚并可看到皱褶。采用冷冲压加工的汽车零件有：发动机油底壳，制动器底板，汽车车架以及大多数车身零件。这些零件一般都经过落料、冲孔、拉深、弯曲、翻边、修整等工序而成形。为了制造冷冲压零件，必须制备冲模。冲模通常分为2块，其中一块安装在压床上方并可上下滑动，另一块安装在压床下方并固定不动。生产时，坯料放在2块冲模之间，当上下模合拢时，冲压工序就完成了。冲压加工的生产率很高，并可制造形状复杂而且精度较高的零件。 　　冲压车间通常都是由一些大的冲压机器组成，几个机器组成一个小的生产线，生产定型的冲压件。在自动化程度比拟高的工厂，不同机器之间的传输及装卸料都是采用自动传输带来实现，但在国内一些厂中，仍然采用的是人工操作的模式。由于冲压车间的机器生产是依据模具来进行，相对工艺比拟固定，简单，所以从生产执行系统的角度比拟简单。一般可以从以下几个方面考虑： 　　1．方案的执行  　　2．生产过程中每个设备的生产过程质量的控制与分析  　　3．设备有效作业率，即设备OEE 的实时监视和分析  　　4．设备开启/停止/运行的作业指导与安全指导，检查  　　5．能源的控制 　　2〕白车身生产工艺的特点及制造执行系统的需求 　　白车身制造的根本过程就是采用机器人(或者手动加机械手辅助)的手段，传输、抓取、夹持离散的钣金和冲压件并将其焊接成复杂的白车身结构。白车身焊装过程的操作工序繁多，工艺内容复杂，它是汽车制造企业最为关心的工艺领域之一，据统计，一个轿车车的白车身在焊装过程中要经历3000-5000 个点焊步骤，用到100 多个大型夹具，500~800 个定位器，许多工艺信息都和零部件的三维几何特性密切相关，这给车身焊装工艺参数选择、工艺流程规划、车身焊装的质量控制甚至车身设计都带来很多挑战。如何管理好数以千计的焊点，保证无漏焊、重焊，是白车身工艺规划的难点。总体来说，白车身工艺的特点和开展趋势如下： 　　〔1〕工艺越来越复杂和先进。为了实现汽车轻量化，更多类型的材料被应用到白车身制造中来，这无疑增加了焊接工艺的难度；减少焊点数量并广泛使用先进的激光焊接技术正成为车身焊接技术的开展方向。 　　〔2〕制造过程属于高度资本密集类型，在夹具以及传输、夹持零件所需的自动化设备，进行焊接作业的机械手，验证质量所需的测量/测试设备等领域投资庞大。 　　〔3〕大量使用机器人和自动化技术。为了保证焊装工艺的节拍和白车身的整体质量，国外已经实现白车身焊接工作量的90％以上由机器人完成，机器人的控制、自动化和编程过程相当复杂。 　　〔4〕对产品设计和工艺规划的质量要求很高。为了保证高可靠性，要求超过95％的实际制造过程被模拟和仿真，并要求精确的设备设计、模拟和精确的生产节拍，从而缩短调试与试运行时间。 　　〔5〕为了追求现有资本设备的价值最大化，白车身混线生产的要求日趋明显，对标准化和柔性的要求更高。这要求实现模块化和标准化的焊接工位、标准化驱动柔性制造、采用新的工具和手段增加制造柔性、机器人之间的分工协作和共享轿车平台。 　　焊装车间生产执行系统的信息集成点从目前来说还是比拟少，主要是焊装的操作根本上是由焊装机器人自动来实现的。目前的工艺水平，焊装机器人根本上是按照模具焊接固定的焊点。但从总的开展方向来说，焊装的工艺要支持混线生产，这对生产执行系统的要求将会越来越高。总体来说，焊装的生产执行系统的执行特点为： 　　1．车身上线，分配车身号，作为车身在焊装及涂装，到总装的跟踪的唯一的代码。车身号的分配不要求很长， 一般00000~99999循环使用即可，当然这和整个工厂的生产能力有关。 　　2．车身VIN码的分配，通常车身VIN码的分配及打印〔在车身上打钢印〕在总装开始的局部，局部车厂考虑到在总装打钢印破坏了涂装的漆层，容易生锈，所以把此工艺放在车身车间。VIN码在不同的地点生成，生产执行系统的控制将有所不同。但可以从以下两个角度去考虑： 　　a. 在VIN码生产或分配时，相关的特性不分配，因为从以前汽车制造系统来说，VIN一分配，车辆的所有特性，包括配置，发动机类型，变速箱类型，颜色等都确定了。可以从信息系统的角度考虑先有VIN码，在生产过程中根据生产方案的要求分配特性，但这种模式对于相关的信息系统的修改可能比拟大，不仅仅在生产执行系统方面。 　　b. 在车身车间就确定一辆车的特性，这种模式的缺点是对于后续的生产的序列的〔排程〕调整的空间比拟小。因为在这种模式下，一辆车上线后其所有特性就得到确定。但这种模式适合按照4S店或客户的订单进行的拉动生产模式。对于紧急订单的处理的灵活性差点。但目前这是使用比拟多的模式。 　　3．焊接过程的机器人的控制，对于只能机器人，可以由生产执行系统直接根据所生产车辆的特性的要求，发布生产控制指令给机器人，如焊点的位置，大小，模具的使用等。在这种模式下，将会到达焊装的混线生产 　　4．按照焊装设备的特点和状态，负荷量，调整焊装生产路线及路由。最大化焊装设备的生产效率。 　　5．车身车间安灯系统的集成。 　　6．焊装质量的控制与分析，实时采集焊装设备的参数及质检参数，实时进行质量分析，如SPC分析及控制。 　　7．焊装人工补焊跟踪及控制 　　8．大件物料需求的拉动开始，向供给商或ERP将向供给商发布大件详细物料的需求信息 　　9．焊装设备的有效作业率的分析，有助于最大化焊装设备的生产效率和提高产品的质量，更能灵活的控制生产方案的执行。 　　10．白车身汇报及白车身存储，白车身的存储区〔WBS〕的管理对于灵活调整生产方案有很大的帮助。但目前WBS的可调配能力没有PBS强。 　　3〕涂装生产工艺特点及制造执行系统的需求 　　应该还说每个厂家都有自己的涂装工艺，多少有一些区别，主要是由于采用不同的设备，材料等，其相应的工艺也不相同。目前的涂装工艺，不仅要考虑到技术水平及涂装质量，本钱，还要考虑到节能，环保等多方面的因素。 　　汽车涂装车间，其设计特点是除了电泳涂漆工位外，一般均采用平行的地面输送设备来运送车身。为保证轿车的油漆质量， 油漆车间均采用恒压设计，进入车间空气由空气交换器加热并经过充分的过滤净化。地面输送设备皆是动力驱动的氯丁二烯橡胶滚轮输送设备，以及双轨摩擦接触式的地面输送设备。而且，在整个预处理和涂漆工位内，都应由白车身焊接车间装上导板，车身经由高空通道进入油漆车间后，直接下降至滚动输送设备上，再送往多层仓库。在车身堆积、贮放和提取上，也是由车间中央控制室来操纵，而整个车间操作进而再由中央控制室全盘掌控，控制屏上的一系列灯光那么可显示出各操作工位的工作现状。 　　汽车涂装大致有以下几个过程：前处理工序〔预清洗、脱脂、磷化和吹净〕，之后转到电泳涂装工序〔电泳、后冲洗、烘干〕，再在流水线上进行连续的车身密封工序后，转到底漆涂装工序〔下裙部喷漆、擦净、喷漆、通廊、流平、烘干〕，再转到面漆涂装工序〔打磨、预留段处理、擦净、喷漆、通廊、流平、烘干〕，最后车身经检验工序后，转入涂装车身存储区，再转入总装车间。 　　原材料的配料控制——油漆配料间的内墙四周一般在离地0.6m高度处装设25mm宽的接地铜带，所有油漆桶都与其连接，配料间所有电器〔包括 〕均为防爆型，并必须在墙角设置喷淋装置，一旦油漆管路爆裂便可立即冲洗；同时，配料间内还要将一定容量的油漆桶贮放在成排架子上，用气压起重机贮放和提取油漆桶，通过升降机将油漆桶送往油漆混合室。 　　车身前处理工序——车身前处理是轿车涂装生产的关键工序，包括预清洗、脱脂、磷化和吹净等内容。 　　① 按生产方案提取各种车型的车身，并由双轨地面输送设备送到清洗工位，先在清洗平台上人工刷洗，再通过积放式悬挂输送机带着滑撬送至涂装车间； 　　② 前处理为喷淋式，车身的壳体内装有特殊辅助装置，使车门始终保持半开状态，方便溶液喷淋和水冲洗；进入清洗处理的车身，先在20米左右长的生产线内进行化学清洗除锈，生产线上部一般均装有排气天篷罩，用于抽取清洗过程中产生的烟雾，车间管理人员应定期更换天篷罩以保证车身涂装清洁； 　　③ 车身在磷化处理时，行李箱和发动机罩处于翻开状态，使磷化溶液能充分喷淋到金属外表，磷化生产线一般均安装在地面上，内有均匀分布在特殊结构坑道的加工槽。各槽应与车间地面相平，车身经过预冲洗、碱液清洗、第一次/第二次冲洗、磷酸处理、第三次冲洗和最后一次清洗后，可到达车身吹干的效果； 　　④ 磷化处理槽的底部呈锥形，以便沉淀和去除淤渣，将锥体中的淤渣移到沉淀池沉淀，澄清的磷酸盐溶液流回处理槽供回收，磷化处理溶液使用前应加热到130℃左右，与磷化隧道平行的磷化枯燥炉一般长度为80米左右，并安装在地面上，以便车身在通过输送线到枯燥炉前有前后各15℃的倾斜，以便除去车身壳体凹坑中的残留水分； 　　⑤ 在枯燥炉顶部的空气加热器上需装备空气流量恒温控制调节阀，车身应在枯燥炉120℃左右的温度中枯燥30分钟，车身外表吹干便可防止磷酸盐结晶，从而不致于令其影响车身的油漆质量。 　　车身电泳涂装工序——车身电泳为轿车涂装生产的关键工序，包括电泳、后冲洗、烘干等工序。 　　① 电泳线一般都装有厚膜阴极电泳，车身在电泳后采用喷淋方式冲洗，再在车间二层上进行烘干，故电泳生产线的悬链一般由高9m左右升至15m左右，车身需爬高6m左右； 　　② 烘干后的车身由悬链下坡至一层，再由升降机将车身放入地面的滑撬输送系统，经枯燥炉出来到达冷却工位，车身由输送设备送到电泳工段，在枯燥炉和电泳工段之间，一般设有两条临时贮放车身的输送线； 　　③ 烘干的车身经过冷却以后亦可绕过这两条输送线直接到电泳池去，车身从地面轨道经过升高的输送机，运送到架空轨道，由输送架用吊钩把车身吊起，接通辅助电极，经架空轨道送往电泳池。 　　④ 电泳涂漆池一般用钢板制成，池内外应装有走道，四侧有窗，便于车身电泳涂漆质量的检查，通常车身电泳涂漆在 200伏左右电压，和500安培左右电流的情况下进行操作，并采用分解式导电控制装置使油漆不断循环；电泳涂漆的油漆温度应严格控制，当温度超过21℃时油漆将不能很好地粘附于金属外表；因此，车间屋顶的电泳涂漆油漆循环系统应装有管形冷却器；这样车身通过时，池内的油漆温度通过加热器保持恒定，使油漆继续循环不致产生沉淀； 　　⑤ 经过电泳涂漆的车身先用自来水进行喷淋冲洗后，再用脱除矿质的水进行喷淋冲洗，冲洗产生的污水通过斜槽流入车间地面下淤渣处理槽；在污水流经淤渣处理斜槽时，通过参加添加剂使杂质浮起，并用撇沫器撇除，这样污水便能直接进入下水道。 　　车身清洗后再进入到高空的烘干炉内，烘干的车身还需用人工操纵的空气吹净设备吹净。此烘干炉采用空气加热器加热，一般长约100米，是用10厘米厚两层镀锌钢板中间隔一层保温材料的保温板制成，车身通过此炉的时间为80分钟，其中至少有15分钟要处于175℃左右的温度环境，从而到达车身电泳的良好效果。 　　车身底部密封工序——车身底部密封是轿车涂装生产的一般工序，该工序操作顺序如下： 车身底部密封就是将从烘干炉出来的，进入冷却隧道用高速空气进行冷却的车身，将在架空的输送设备上翻转后，送到地面输送设备