浅谈总装车间柔性生产线

刘冬冬

       

浅谈总装车间柔性生产线

        图1  PBS线

        本文介绍了奇瑞公司鄂尔多斯工厂总装车间的主要工艺、机械化设备及其参数、电控系统，该车间成功解决了承载式车身和非承载式车身共线柔性化生产问题，节约了车间规划面积，节省了投资。
        奇瑞公司鄂尔多斯工厂位于鄂尔多斯东胜区装备制造基地，该工厂包含四大工艺车间以及后续座椅、物流中心等配套车间。其中，总装车间采用柔性化生产线，生产车型有P11、B14和A13等，主要工艺有油漆车身储存线、内饰线、底盘合装线、底盘线、车架线、终装线及检查线。该总装线解决了带车架的SUV和轿车混线生产的难题，并在底盘装配线上采用摩擦线，节能环保，是一条经济适用的先进生产线。
        总装工艺
        油漆车身经涂总通廊输送到油漆车身储存线区（PBS），在PBS区域按照颜色、车型分道储存，根据生产指令安排，调用不同存储道的车型至内饰线上件点，由叉式移载升降机转挂至内饰线，空滑橇返回。车身转接至内饰线后在宽推板上进行内饰工位装配，装配完成之后转接至底盘合装线进行底盘预装配，并进行由车架线转运来的车架或发动机总成的合装。合装完成之后转接至底盘线进行底盘装配，装配完成之后输送至整车下线点，转接至板链上进行终装线装配及汽油、制动液等的加注后，由操作人员将整车驾驶至检测线、淋雨线，最后驾驶至检查线进行出厂检查。总装线主要机械化设备及其参数如表所示。
        该生产线采用节能、环保设备，生产线设备基本无油污、无噪声污染。底盘装配线采用了先进的摩擦驱动系统，大大提高了工艺性，同时降低了单车耗能，降低了噪声同时避免了传统的链条润滑油污染。
        机械化设备
        1.PBS线
        PBS线（见图1）采用辊床滑橇输送机，设计满足最大车身重量500kg，储存区共7道，共储存约105台，库区可满足2h（108辆）的产量，1条倒库线。
        PBS线整个输送系统包括一套钢平台、162台标准辊床、1台下件升降机、7台非标辊床、2套塑料链板带移行机构、7台偏心升降辊床配合带式移行机构使用、5台电动移行机、6台偏心旋转辊床、5台中心旋转辊床、1套堆/拆垛机及1套电控系统。其中塑料链板在我公司总装机械化中首次采用，它由射出成形的塑料模块组合而成，塑料或不锈钢插销连接组成链板带，“砖结构”的链接模式保证强度。链板带—链轮咬合到位，保证了链板带—链轮之间的有效驱动；无需润滑，基本无需维护；拆装简便，无需特殊工具，插销用锤子即可卸除。其中标准辊床长度5300mm，橇体长度5000mm，库区储存间距5300mm，输送线之间留有维修通道，并在合适位置增加跨线踏台，辊床采用皮带式，运行速度24～36m/min。电控系统由PLC、触摸屏、操作站和远程控制模块等组成。
        整个PBS系统遵循精益设计原则，采用编码自动识别与MES系统共同满足生产管理系统的需要，并在库区布置触摸屏，通过触摸屏监视库区内车身信息，同时兼顾柔性化生产要求，满足4款以上车型共线输送。

       

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        图2  内饰线

        2.内饰线宽推板输送机
        内饰线（见图2）采用宽推板输送机，整个系统包含一台将车身从储存线转接到内饰线的叉式移载升降机、47套宽推板、2台皮带式举升台，1台链式移行机以及1套电控系统。叉式移载升降机采用皮带提升，伸缩叉采用德国进口MIAS品牌，升降速度为6～36m/min，变频调速；升降台采用德国进口PROHUB品牌皮带式升降台。宽推板框架采用方管焊接，上铺28mm厚优质压合板，每块宽推板由4个行走轮承载，上方留有透明观察口。宽推板移行一端采用地面链式移行机，另一端采用地下移行，由过渡滚床、升降滚床及旋转滚床组成。
        3.底盘线摩擦传动输送机
        底盘摩擦传动输送机全长约452m，工位间距6200mm，有效工位数20个。摩擦传动输送机包括吊挂钢结构、轨道、摩擦驱动单元、吊具以及电控系统。钢结构吊杆采用60mm×60mm×5mm的方管，所有装配线上方吊架设剪刀撑，剪刀撑采用50mm×50mm×4mm方管，吊杆长度超过2.5m设双层剪刀撑，装配线长度方向每隔6m在两侧设一对剪刀撑；一次辅梁及轨道纵梁均选用22号工字钢。工艺段驱动单元采用双摩擦驱动轮，快速段采用单摩擦驱动轮。

       

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        图3  底盘输送线

        4.底盘合装线自行小车输送机（EMS）
        该总装车间设计为承载式车身和非承载式车身共用生产线，因此在传统的总装装配线基础上增加了底盘合装线用于内饰完成之后底盘下部装配及底盘合装。合装时，自行小车吊具带着内饰完成后的车身下降，与滑橇上的底盘车架或动力总成进行合装。底盘合装线采用EMS，自行小车线包括7台自行小车、吊挂钢结构、铝合金轨道和电控系统等。轨道采用模轧高强度铝合金轨道，轨道上布置有9根滑触线，提供动力和信号，使单个吊具满足行走、上升、下降、吊臂的张开与闭合的工艺操作。底盘输送线如图3所示。
        5.车架线
        车架线采用“板链＋滚床滑橇”的形式，即工艺装配段采用3m宽板链，滑橇在其上运行，人员站在板链上进行车架或动力总成装配，过渡、移行、空滑橇返回及储存采用滚床形式。该装配线形式新颖、实用，很好地解决了承载式汽车的动力总成和非承载式汽车车架共线装配要求。工艺段板链总长为190m，有效工位30个，每工位设计承载1500kg，自动控制、连续运行。
        电控系统
        1.系统构架的组成
        系统构架由PLC、触摸屏、操作站、远程模块和变频器组成。总装车间按照集中监控、分散控制的原则将整个总装车间机械化设备的控制系统分为控制层和设备层。每个层次中使用不同的网络结构及软硬件配置，以实现控制系统功能。

       

浅谈总装车间柔性生产线

        控制层是整个控制系统的核心，主要由PLC及其网络系统组成，通过与现场数据信息进行交换，进行程序的运算和处理，实现对现场设备的控制功能；设备层是整个控制系统的关键环节，主要包括现场操作站、现场设备检测单元（接近开关、光电开关等）、现场其他输入设备和现场执行机构（如电动机、电磁阀等）等，直接或通过现场总线与控制层中的PLC相联系，将输入信号发送给PLC，将PLC输出指令发送到现场设备。
        总装车间机械化控制系统通过以太网实现与PLC之间的通信。PLC与现场模块之间的通信基于PROFIBUS或DeviceNet总线的形式，将变频器、分布式I/O以及其他模块等直接接入总线网络。为了实现机械化系统与车间内其他设备的通信，系统中将预留以太网网络接口。
        2.控制分区
        根据工艺路线功能，我们将总装输送系统按照机械化输送设备分为6个区，分别为PBS、内饰线宽推板输送机、底盘线摩擦传动输送机、EMS、车架线和板式输送机（2条），每个分区中由单独的PLC进行控制，保证各机械化设备之间的信号通信不受影响，避免因单个设备故障造成整个生产线的停线。
        3.系统设计
        （1）控制器 本系统采用SIEMENS及罗克韦尔自动化PLC产品作为车间输送设备的控制器。S7-300及1756系列具有中、大规模的程序存储容量和数据结构，主要特点有：对二进制运算具有较高的处理能力；DP主站/从站接口；可用于大规模的I/O配置；可用于建立分布式I/O结构；主线CPU选用功能强大的SIEMENS S7-315/317/416或罗克韦尔自动化的1756-L61。
        （2）触摸屏 在每单个机械化系统中至少选用一块触摸屏作为现场实时数据显示与设备操作的人机界面，采用全中文操作控制界面，操作简便，能实现各种控制和参数设定及修改功能；可通过制作画面显示工艺线路图画面，工艺线路图中的电动机、停止器等设备的运行状态；具有整条线的故障自动诊断和实时报警功能；当系统出现故障时，屏幕可自动弹出相关警告画面或警告语句，提高了系统的可维护性。
        （3）总线 现场通信采用基于PROFIBUS及DeviceNet协议的分布式I/O方案，最大限度减少接线。汽车行业要求控制器对操作工的操作指令有极其灵敏的响应速度，这就造成了现场操作箱按钮密布的情况，随之而来的是现场布接线非常复杂。采用远程I/O方式可以减少接线工作量，同时也增强了系统的可维护性与可靠性。分布式I/O完善的诊断功能和可配置特性使产品能应用于任何自动化系统中，是一种具有适合于灵活及低成本应用场合的模块化I/O。其按位模块化、高度可扩展性的优势使其广泛应用于汽车制造行业。
        （4）变频器 本系统中工艺调速设备采用SIEMENS及罗克韦尔自动化变频器作为调速装置，具有精确的控制性能，安装简便、用户友好而且具有快速的输入响应，优化的矢量控制特点使它可以应用在需要精确起/停的简单定位场合。由于内置制动单元，可实现高精度制动和最小的减速时间，使变频器在制动和减速方面，具有优良的功能品质。
        4.控制系统通用功能说明
        （1）控制功能 中控室集中起/停操作控制（预留以太网接口）；各条线的本启/停操作控制；各线自动运行控制；生产线工位的报警控制；急停控制。
        （2）联锁控制 PLC区域之间通过网桥的方式实现信息的交互，安全连锁通过硬接线的方式实施，不仅如此，还包括故障保护联锁和手动保护联锁。
        （3）维护功能 PLC站数据读写与编程；PLC站进行系统本地自检；PLC站点进行故障诊断；通信自检诊断；使用触摸屏作为人机接口；系统操作设置权限密码；提供相关的维护操作指导文件。
        （4）诊断功能 系统设备硬件故障诊断包括对计算机、外围设备、通信接口和通道等运行情况进行在线和离线诊断，故障点可诊断，故障点可诊断到各模块的输入输出点。对冗余的系统设备，当诊断到主用设备故障时，能自动发出信号并切换到备用设备。当诊断出外围设备故障时，能自动将其切换并发出信号。
        软件故障诊断能对计算机系统各软件进行在线诊断，诊断出故障软件功能块并发出报警信息。在系统进行在线诊断时，不应影响计算机系统对各设备的监控功能。
        结语
        奇瑞公司鄂尔多斯工厂的总装线是一条经济适用的装配线，尤其成功解决了承载式车身和非承载式车身共线柔性化生产问题，节约了车间规划面积，节省了投资。2011年12月底试生产时状态良好，批量生产后必将为奇瑞公司创造更大的经济效益。