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某汽配企業(yè)智能生產(chǎn)與現(xiàn)場作業(yè)管控應(yīng)用實踐
本文來源:發(fā)布時間：2022-08-29閱讀:
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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、長城等客戶批量供貨，并與國內(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)計研發(fā)周期較長、生產(chǎn)效率不高、質(zhì)量檢測以人工為主、信息化集成度不高等狀況，不能很好地滿足客戶對高品質(zhì)、低成本、及時交付等方面的需求，改變生產(chǎn)制造模式，建立智能生產(chǎn)與現(xiàn)場作業(yè)管控方式，已迫在眉睫。
01
智能生產(chǎn)與現(xiàn)場作業(yè)管控總體規(guī)劃
智能生產(chǎn)方案構(gòu)架如圖所示：
02
實施與運(yùn)行情況
（1）MES實施與運(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)，實現(xiàn)車間可視化與生產(chǎn)作業(yè)監(jiān)控，對車間生產(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)計劃排產(chǎn)方式，提高計劃編制效率、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.按計劃組織物料配送，提升物料計劃與生產(chǎn)計劃的協(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，實現(xiàn)產(chǎn)品單件追溯。
D.及時、準(zhǔn)確地對生產(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)已實現(xiàn)生產(chǎn)管理、工藝控制防錯、設(shè)備管理、報表管理等基礎(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)備的實時狀態(tài)（如編輯狀態(tài)、自動運(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（可以實時反饋當(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反饋機(jī)床當(dāng)前的坐標(biāo)情況，包括：絕對坐標(biāo)、機(jī)床坐標(biāo)、相對坐標(biāo)、剩余移動量等）；報警信息（實時反饋機(jī)床是否報警、報警號）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，實現(xiàn)與MES系統(tǒng)的集成應(yīng)用，進(jìn)行設(shè)備稼動率及故障報警類別分析，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
對設(shè)備實時狀態(tài)、設(shè)備產(chǎn)量計數(shù)、設(shè)備運(yùn)行與生產(chǎn)相關(guān)的工藝參數(shù)、設(shè)備報警進(jìn)行實時采集和分析。
③設(shè)備看板模塊設(shè)備3D狀態(tài)看板
實時設(shè)備稼動、設(shè)備實時狀態(tài)、設(shè)備報警等信息及時展示，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%，單個焊點時間不超過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)用自動壓力調(diào)節(jié)抓手對產(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)拍時間可控制在15s。如圖所示。
③換熱器全自動裝配機(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)計需求組裝成一個有機(jī)的整體，組裝難點有：a、自動排管難度極大。b.組裝機(jī)需實現(xiàn)0.4s/根極高速排管難度較大，目前現(xiàn)有的組裝機(jī)的排管時間為1s/根。c.組裝區(qū)需實現(xiàn)20分鐘快速換型，目前換型時間為2小時。
換熱器全自動裝配機(jī)集成了上下料機(jī)器人、伺服傳感等高端自動化設(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，解決了翅片報廢問題，實現(xiàn)了翅片0報廢；通過參數(shù)一鍵切換實現(xiàn)換型，換型時間控制在10min內(nèi)。
全自動裝配機(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
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。根據(jù)生產(chǎn)需要，增加/減少工位，方便靈活。拆裝移動方便，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功能，保證不會有插錯的現(xiàn)象，只要能插進(jìn)去絕對不會錯，氣路也采用快速接頭方式，保證快速連接，每個模塊單獨(dú)開發(fā)，通過航空插頭和快速氣動接頭連接，同時可實現(xiàn)切換產(chǎn)品時一鍵切換。生產(chǎn)線整體及模塊化設(shè)計如圖所示：
B.工位顯示
十個裝配工位各配一個17寸的觸摸顯示屏，能夠顯示作業(yè)指導(dǎo)書，同時下方顯示防錯參數(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)書存儲至相應(yīng)的位置，品番切換時，作業(yè)指導(dǎo)書根據(jù)需要及時切換。
C.下線工序功能
下線工位配有一個掃碼槍，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空調(diào)上的條碼，然后進(jìn)行裝箱，掃描過程中識別空調(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應(yīng)的所收容的空調(diào)的條碼。配置觸摸屏，顯示錯誤的條碼信號或者正確的條碼信息。NG時蜂鳴器和紅燈報警提示。
D.標(biāo)簽打印系統(tǒng)
不合格品下線時，打印機(jī)自動打印不合格標(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)品實現(xiàn)關(guān)聯(lián)，返修的信息（主要是零部件和ID）存儲至工裝RFID中，不合格條碼失效，正常進(jìn)行各檢測工位的檢測，返修的產(chǎn)品條形碼上增加“F”。
⑤視覺傳感在線檢測設(shè)備
視覺傳感在線檢測設(shè)備屬于機(jī)器人檢測、故障診斷系統(tǒng)，用來全方位在線檢測錯裝、漏裝情況，與追溯系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，保存檢測結(jié)果便于追溯。電動空調(diào)系統(tǒng)至少有50個檢測點，傳統(tǒng)機(jī)械檢具檢測對人員操作和檢具的要求非常高，因檢測不當(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技術(shù)，由機(jī)器人攜帶視覺檢測頭采集產(chǎn)品信息進(jìn)行分析比對并記錄產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)，使用視覺傳感在線檢測設(shè)備可將因檢測不當(dāng)導(dǎo)致的裝車不良降低至0，同時在換熱器生產(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設(shè)備，如圖所示。
03
場景的經(jīng)濟(jì)性和可推廣性
（一）場景的經(jīng)濟(jì)性
空調(diào)總成生產(chǎn)線效率提升，以總裝七號線為例，自項目正式立項至今，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）場景的可推廣性
（1）全過程在線檢測的推廣應(yīng)用
運(yùn)用空調(diào)性能及外觀在線檢測，減少產(chǎn)品異響及外觀等問題的流出。在性能測試工位進(jìn)行模塊化設(shè)計，實現(xiàn)各個電機(jī)自由調(diào)整運(yùn)行順序以及運(yùn)行時間，同時檢測設(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需求，風(fēng)速傳感器，可以檢測各個風(fēng)門的出風(fēng)狀態(tài)，判別風(fēng)門是否運(yùn)轉(zhuǎn)到位，同時為了滿足通用化的需求，振動傳感器和風(fēng)速傳感器均可以快速調(diào)整位置，方便產(chǎn)品品番切換。
在外觀檢測工位進(jìn)行機(jī)器人在線視覺檢測設(shè)計，該系統(tǒng)主要對產(chǎn)品的外觀進(jìn)行檢測，提前設(shè)置好產(chǎn)品的基準(zhǔn)，通過實時照片與基準(zhǔn)照片的對比，可以對產(chǎn)品的錯漏裝進(jìn)行系統(tǒng)自動檢測，通過編程設(shè)計，可對不同產(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)行對比，防止錯漏裝不良的流出。電動空調(diào)系統(tǒng)在線性能檢測試驗、自動防錯裝配、換熱器芯體和B型管等關(guān)鍵零部件尺寸和性能的100%在線檢測的創(chuàng)新應(yīng)用，為整個裝備制造業(yè)在線檢測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
運(yùn)用柔性裝配線、上下料機(jī)器人、傳感檢測、視覺系統(tǒng)及控制等手段，實現(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)、全自動裝配機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人（帶視覺檢測）、在線檢測氦檢漏設(shè)備等高自動化程度的設(shè)備，實現(xiàn)了換熱器生產(chǎn)的減人增效。在總成裝配線上應(yīng)用自動供釘系統(tǒng)、自動涂油系統(tǒng)、自動對插接頭、機(jī)器人影像對比系統(tǒng)等自動化裝置，實現(xiàn)空調(diào)裝配節(jié)拍的降低。項目多出采用機(jī)器人，改善人員工作條件，減輕勞動強(qiáng)度，相關(guān)技術(shù)和解決方案能夠在焊接、搬運(yùn)、檢測等工作環(huán)境差、重復(fù)性作業(yè)條件中推廣應(yīng)用。
04
下一步提升計劃
