汽車生產(chǎn)過程中的車體跟蹤及控制

ainet.cn 2009年01月06日

以可編程控制器為代表的自動化技術在汽車生產(chǎn)過程中的應用，使得生產(chǎn)過程始終處于高效、合理的狀態(tài)，并連續(xù)不斷地制造出符合用戶訂單的汽車。但是，隨之而來的問題卻是：如何確保一輛汽車的不同部件在不同的工位按需生產(chǎn)，并最終匹配地拼裝成一輛整車？筆者認為，不同型號的車輛及其各種部件在生產(chǎn)過程中的匹配生產(chǎn)和跟蹤是自動化技術所面臨的新課題。

隨著國內汽車生產(chǎn)廠生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，車型翻新的周期也不斷加快，多種車型共線生產(chǎn)的狀況也越來越普遍。越來越多的生產(chǎn)管理人員開始關注這樣的生產(chǎn)信息：一輛某種型號的車體在生產(chǎn)過程中的加工狀態(tài)和位置、匹配于該車體的各種部件的生產(chǎn)狀態(tài)和分布位置，以及部件的最終匹配安裝是否成功。為了實現(xiàn)以上生產(chǎn)信息的顯示，人們很自然地想到可以使用可編程控制器和傳統(tǒng)的人機界面軟件來跟蹤車體的生產(chǎn)。但是，無論是可編程控制器還是人機界面軟件，對于大規(guī)模的車體跟蹤都顯得數(shù)據(jù)存儲不靈活、柔性化不高。通用電氣公司汽車工業(yè)部基于以往的工程實例和項目經(jīng)驗提出的“車體跟蹤及控制系統(tǒng)”即是提供如上生產(chǎn)跟蹤信息的、基于Windows和CIMPLICITY Tracker軟件平臺的一個解決方案。這里以兩個汽車生產(chǎn)過程中的實例來說明車體跟蹤的意義及實際的解決方案。

    焊接車間車身側圍與車身底盤的匹配
    焊接車間的總拼工段是整個車間工藝最復雜、自動化程度要求最高的一條生產(chǎn)線。在此工段，車身底盤和車身側圍被焊接在一起，形成了白車身雛形。通常，該工段由傳送帶和若干臺焊接機器人組成。
總拼工段的工藝流程如下（圖1）：車身側圍被預先制作、存放在緩沖區(qū)內，當車身底盤被傳送帶送到焊接工位時，相應的車身側圍也應被送到該工位以完成拼裝焊接操作。
    采用傳統(tǒng)的PLC可以實現(xiàn)總拼工段的自動控制，其具體思路如下（圖2）：車身側圍緩沖區(qū)按車型劃分成若干條緩沖鏈，每條緩沖鏈存放一種車型的側圍部件。當車身底盤到達焊接工位時，底盤上的條碼標識被條碼掃描器讀出，焊接工位的可編程控制器由此獲知車身的型號。車身型號也被發(fā)送到側圍緩沖區(qū)的PLC，由該PLC根據(jù)收到的車身型號釋放相應的側圍緩沖鏈，向焊接工位輸送正確的側圍部件。
    以上控制方案的不足之處在于：側圍緩沖區(qū)需要為每種車型分配緩沖鏈，其構造比較復雜。控制系統(tǒng)不能為較多的車體預先緩存其側圍部件，并完成排序，阻礙了總拼工段的工作節(jié)拍的提高。此外，生產(chǎn)管理人員也需要一種圖形化的界面，以隨時查看側圍緩沖區(qū)的部件分布及其排序狀況。為了實現(xiàn)圖形監(jiān)控的要求，側圍緩沖區(qū)的每個存儲單元內所存放的側圍部件的型號數(shù)據(jù)應該堆積在PLC的寄存器中，并上傳給監(jiān)控計算機（圖3），這對PLC的數(shù)據(jù)存儲內存和網(wǎng)絡的通訊能力也提出了較高的要求。
    如果有一種新的控制方案能夠讀取即將到達總拼工段的車身的型號、提前為車身側圍排序，將三條側圍緩沖鏈減少為一條，并可方便地在計算機上存儲、顯示緩沖區(qū)的車身側圍分布情況及其匯總信息，那將提高總拼工段的生產(chǎn)節(jié)拍，提供更直觀、形象的生產(chǎn)監(jiān)控畫面。

    WBS和PBS緩沖區(qū)的控制
    柔性化的汽車生產(chǎn)要求每輛車體在生產(chǎn)過程中佩帶一個標識本車體生產(chǎn)信息的標簽（RF Tag或條型碼），該標簽記錄了本車體的車型、顏色、選裝件、內飾選項及交貨日期等車身屬性數(shù)據(jù)。
當白車身佩帶標簽離開焊接車間，進入白車身緩沖區(qū)WBS (White Body Storage)后，白車身在此根據(jù)車身顏色及車輛換躒掌謚匭屢判潁罾硐氳吶判蚪峁牽航換躒掌誚艫摹⑾嗤丈某堤灞懷勺樗屯推岢導?，已趴N岬某堤謇肟推岢導浜螅唇?SPAN lang=EN-US> PBS (Painted Body Storage)緩沖區(qū)（圖4）。車體在此根據(jù)車型、內飾選項、交貨日期及總裝車間的生產(chǎn)負荷再次重新排序，排序后的車體被送往總裝車間完成內飾、儀表盤及發(fā)動機的安裝。
    由此可見，WBS和PBS是整車生產(chǎn)過程中的兩個重要緩沖區(qū)。這兩個緩沖區(qū)的控制效果也影響了油漆車間的原料消耗和總裝車間的生產(chǎn)效率。通常，WBS和PBS都采用立體車庫式的存儲模式（圖5），每個存儲單元的存車和取車操作由堆垛機按照預先設立的規(guī)則來完成。
那么，由WBS緩沖區(qū)取車送往油漆車間的操作應符合如下規(guī)則：必須將至少三輛以上的相同顏色的車體排成一組，送往油漆車間；必須將交貨日期還剩一周的車體送往油漆車間；在此緩沖區(qū)的車體排序不考慮車型、內飾選項等車身數(shù)據(jù)。
    由PBS緩沖區(qū)取車送往總裝車間的操作應符合如下規(guī)則：確保送往總裝車間的車體所需安裝的部件不能處于缺料狀態(tài)；根據(jù)不同的車型所需的勞動強度，將不同車型的車體交叉排序送往總裝車間，使得總裝車間的工人的勞動負荷處于均衡狀態(tài)；在此緩沖區(qū)的車體排序不考慮車身顏色。
    這兩個緩沖區(qū)的控制難點在于：需要建立緩沖區(qū)的車體跟蹤的數(shù)據(jù)模型，該數(shù)據(jù)模型應該記錄緩沖區(qū)內和離開緩沖區(qū)的車身隊列中每個車身標簽數(shù)?？刂瞥绦驊搹臄?shù)據(jù)模型中讀取數(shù)據(jù)，獲知車體在緩沖區(qū)內和緩沖區(qū)出口處的分布，并根據(jù)預先設定的算法從緩沖區(qū)選出合適的車體。
    如果采用傳統(tǒng)的PLC控制，緩沖區(qū)的跟蹤數(shù)據(jù)模型勢必要建立在PLC的數(shù)據(jù)寄存器中，這將占用大量的PLC數(shù)據(jù)寄存器。設想一下，緩沖區(qū)內有100個存儲單元，每個存儲單元所存放的車體的標簽數(shù)據(jù)需占用30個字，那么建立該數(shù)據(jù)模型需要占用3000個數(shù)據(jù)寄存器。然后，PLC中的控制程序需要使用查詢、比較等指令完成車體的選擇。車體排序的算法由PLC中的梯形圖程序來實現(xiàn)（圖6），這對擅長處理邏輯運算的PLC來說，并不是一件簡單的任務。
    這種控制方案的缺點在于：PLC的數(shù)據(jù)存儲區(qū)容量有限，所建立的跟蹤數(shù)據(jù)模型規(guī)模有限；利用PLC程序比較難于實現(xiàn)按車身屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)計車體分布情況；車體排序算法完全由PLC梯形圖程序來實現(xiàn)，修改算法和增加算法都比較困難。