广汽本田汽车制造总装车间自动化浅析

19510.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.063广汽本田汽车制造总装车间自动化浅析费劲，刘德志（广汽本田汽车有限公司总装部，广东广州510700）摘要：文章主要研究汽车制造总装车间的设备自动化，就总装车间自动化设备特点、难点进行分析和阐述，并提出相应自动化实现途径和案例，最后对总装车间后续自动化发展趋势进行展望。关键词：汽车制造；总装车间；自动化中图分类号：U466文献标识码：A文章编号：1671-7988(2019)09-195-04BriefprobeintoautomationinthefieldofautomobilemanufacturingassemblyprocessFeiJin,LiuDezhi(GuangqiHondaAutomobileCo.,Ltd.AssemblyFrameDivision,GuangdongGuangzhou510700)Abstract:Thispapermainlystudiestheequipmentautomationinthefieldofautomobilemanufacturingassembly,Thecharacteristicsanddifficultiesofautomationequipmentinassemblyfieldareanalyzedandexpounded,Meanwhile,thewaysandcasesofrealizingautomationareputforward,Finally,thefuturedevelopmentdirectionofautomationinassemblyfieldisprospected.Keywords:Automobilemanufactory;assemblingdepartment;AutomationCLCNO.:U466DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2019)09-195-041汽车生产中总装车间特点汽车装配主要由冲压、焊装、涂装和总装四大工艺车间组成。总装车间的任务是将车体所有零件装配到白车身上，不同车型零件点数不一，一般在1000点以上(单个零件及总成件)。装配工作主要以流水线方式组织，每个流水线岗位完成固定工作内容，装配节拍主流在30-70JPH（台/小时）之间[1]。总装车间这种装配零件多、形状各异、功能不同，而生产工位总是处于流水线移动状态下的特点，决定了它主要以人工装配为主，事实上，总装车间的工人数量总是全工艺各车间中最多的[2]。2总装车间自动化水平现状总装车间设备主要有流水线输送设备，如：积放式、摩擦式吊具线，滑板线、板链线等，以及实现某种单一功能的单机设备，如：液体加注，铭牌打刻，防盗登录等，和为降低人体作业强度，辅助人工搬运的各种大零件气动辅具，如：电池、座椅、车门辅具等。近年来在品质提升、人员效率提升、操作负荷减轻、作业环境改善等需求指引下，结合技术的发展，尤其是随着机器人等工业自动化设备的普及，各个汽车制造公司都在大力开展自动化改造和提升，目前主流汽车行业新工厂在冲、焊、涂车间的自动化程度普遍达到80%-90%，但总装车间由于其工艺特点和限制条件，却只能将自动化程度提升到8-15%。3总装车间自动化实施的难点结合自动化设备特点，就广汽本田的实际情况，总装车间实施自动化的难点主要有以下几个方面。3.1作业内容多样化冲压主要以板材冲压成型为主，焊装以白车身焊接为主，作者简介：费劲，博士研究生，总装部部长，高级工程师，就职于广汽本田汽车有限公司。汽车实用技术196涂装以白车身喷涂为主，其作业内容均相对比较集中，各工序、各工位之间作业内容基本一致，所以自动化设备一旦在技术上获得突破，在一个工序实现，就很容易在整个车间全工序展开。而总装车间的作业内容涉及非常多，主要由：螺栓拧紧、密封塞安装、饰件胶条安装、插头连接等等，即使是同样的内容，其安装零件、位置不同，也会有很大差异。如果采用设备作业，必须针对某一个特定工程内容进行分析，并采取特有的设计方案，才有可能实现自动化装配[3]。3.2装配配合柔性程度高由于总装车间主要工作是白车身之外零件的装配，其中的线束、胶钉、饰件、液体管路等全都是柔性部件，无法像刚性部件一样把持和安装。与车身的配合常常是过盈配合，安装的力度需要人手感觉，而这种柔性、模糊的判断恰恰是机器人等设备相比于人的弱项。3.3相对装配位置关系不确定性大首先，如焊装车间，其自动化工位采用的是“静止-移动”，间歇式的搬运流动方式，其自动化装配工作都是在车体静止的情况下完成的。而所有总装车间采用的都是流水线的输送方式，每个工位和每个工位之间都是连续的，产品车在连续的输送线上流动，在每个工位上都不会静止停留，如果要实现在流动的车体上完成零件的装配，就需要设备保持与车体绝对的跟随，绝对的相对静止，但每一条生产线上分布着多个岗位，当任何一个岗位出现异常，如装配流岗，需要暂停进行异常处理的时候，生产线都会停止，这时设备与车体的随行就会被打破，自动化装配工作就无法进行。而如果选择将车体静止下来，设备再进行自动化作业，为保持与生产线的联接，就需要设置静止车位、快进快出车位，造成车位的数量损失。其次，类似于焊装车间，其白车身部件在输送载具（如滑橇等）上固定是依靠高精度的夹具定位、固定的，其精度可以保证设备作业的准确性和一致性。总装车间的载具在设计时，一般并不会考虑如此高的精度，而且车体在载具上并不会严格定位、固定（主要基于成本考虑），如此到达每个工位的车体在三维位置上就会有所偏差，这种偏差（一般会达到5mm以上），对自动化安装来讲是难以克服的。3.4旧生产线改造难度大新建工厂可以在规划阶段考虑在自动化设备布局，相当于在一张白纸上绘制蓝图。而在旧生产线上改造，既要考虑改造后的效果，又要确保现有生产不被影响，而且旧生产线规划是并未预留自动化设备的空间，要在现有空间、配合条件下设计自动化设备，其难度就成倍加大了。综上，在总装车间，尤其是在已经建成的总装车间提升自动化水平，难度还是比较大的。当然，也并不是说完全没有可能。在规划自动化设备的时候，务必要考虑总装车间的特点，结合现有生产线的实际情况，采取提升定位精度，消除定位误差的方法，针对要实现自动化装配的零件特点，设计自动化设备。4广汽本田总装车间自动化项目介绍为解决上述难点问题，广汽本田总装车间通过采取集约化设备布置方式，使自动化设备最小化占用车位。同时，导入视觉引导等技术，配合机器人等自动化设备，吸收不同载具、不同车体的重复定位误差，实现了部分零部件装配自动化，下面介绍几个成功案例。4.1集约化设备布置方式主要是通过工程调整，将部分自动化安装工程整合在一个或几个连续工位，不仅可以实现自动化装配，还可以减少对生产线工位的需求。如图1所示，原有生产线轮胎安装①、备胎投入②、车身加强剂涂布③、前/后挡玻璃安装④、⑤分布在不同位置，相关设备、物流、操作人员占用生产线7个车位。图1原有设备布局如图2所示通过工程集约化调整，将以上工程全部集中在一个区域，并实现自动化安装，轮胎自动安装和备胎自动投入①，车身加强剂自动涂布②，前后挡玻璃自动安装③，只占用5个有效车位，不仅吸收了因自动化而增加的静止车位和快进快出车位，而且还释放了2个有效车位，为生产线更多改善提供了可能。图2集约化布置自动化设备4.2视觉引导技术与机器人结合通过摄像头拍摄图像，寻找特征点，再进行计算，对比与基本图像之间的位置关系，计算出三维移动量，将结果传输给机器人，指挥其进行位置调整，就如同赋予了机器人眼睛，可以适应柔性化的零件，且不再需要非常准确的定位精度。如图3所示案例，要实现车门防水胶自动涂布，但由于费劲等：广汽本田汽车制造总装车间自动化浅析197原有车门载具并未考虑精确定位，车门在其上放置的定位精度不高，不同载具、不同车门之间的位置关系差异较大，且在6个自由度（x、y、z、Rx、Ry、Rz）都有偏差，最大偏差可达移动量50mm，旋转量3°。图3车门及吊具如图4所示通过导入视觉引导技术，以双目视觉配合线激光的方式，以双目2D相机进行x、y、Rz精定位，以3D线激光进行Rx、Ry、Z精定位。最终克服车门工件的位置偏差，引导机器人对车门进行涂胶，确保轨迹正确。图4车门视觉定位原理该项目中视觉定位技术、载具夹紧技术等已经申请相应专利。在广汽本田总装车间实现产品车前后挡玻璃的自动安装的案例中，项目的难点在于玻璃安装的精度要求非常高的（±0.5mm），光靠机械定位是比较难实现如此高的精度要求。为此，项目组导入了3D激光线束扫描技术，对机器人自动安装进行引导。图5车体窗框视觉定位如图5所示，激光器发出线束投射到车身门框上，在门框轮廓上反射线束被相机传感器捕捉，通过测量投射激光与接收激光之间的距离—基成长T，根据三角测量的原理，就可以计算出激光投射部位的空间位置，通过对窗框一段距离的连续扫描，将其空间位置拟合在一起，就可以形成窗框轮廓整体的空间位置，再与基准模板位置进行比较，就可以计算出此次车体偏移的空间量，针对这偏移空间量进行补偿，就可以引导安装机器人将玻璃准确的安装到车身门框上。5总装车间自动化趋势和关键技术5.1视觉技术的发展目前视觉技术已取得突飞猛进的发展，在硬件上，摄像头像素已普遍提升至500万甚至1000万以上，拍摄精度越来越高[4]，而随着各种LED光源的发展和普及，通过红外、频闪等打光策略，可以对各种复杂环境应用场合的目标物体进行全方位无死角的图像还原。在软件方面，各种算法层出不穷，双目、激光扫描等应用方式越来越稳定，可以解决大部分工业应用痛点[5]。而随着深度自我学习系统的导入，使视觉系统在使用中，通过获取的大量数据、图像，可以逐步自我优化参数，并针对个别非人工试教的变化点，自我拟合策略进行适应，大大提升系统的准确度和适应性。视觉引导系统就像给机器人装上了一对“眼睛”，在机器人精度高，重复度好的特点基础上，增加了整体系统的柔性，恰好可以解决总装自动化应用需求的问题[6]。另外，视觉技术还可以大量应用于总装现场的各检查确认环节，如车身间隙、段差检查，零件漏装检查，零件规格检查等，提升制造过程的工序保证能力。5.2协作机器人传统概念的机器人在安全方面对人是不友好的，为确保安全，必须将机器人活动区域用围栏隔开。但在总装车间，很多装配环节是需要人和设备共同配合的，如机器人负责粗重零件的拿取，人负责装配位置确定并固定，这些场合就需要机器人在安全方面变得对人友好，可以与人协调，一起完成工作。图6人机协作示意图图7人机协作实例如图6、7所示，协作机器人的诞生恰恰满足了此类需求，由于其安全设计的独特性，使得机器人可以与人在同一空间汽车实用技术198配合作业，不再需要围栏围蔽。这样的特点正好契合总装车间的需求，在重物搬运、精细作业等环节，可以替代人工的一部分作业内容，有着广阔的应用空间[7]。5.3可穿戴外骨骼机器人总装车间的特点，决定了其自动化水平肯定是要低于其余领域的，虽然随着上述技术的发展，自动化水平提升有着突飞猛进的发展，但仍有大量的工作需要人手完成。随着国家法律法规对职业健康保护方面越来越严格，操作者对这方面的需求也越来越迫切。如何让操作者更为轻便、舒适的作业，降低其作业强度，也是总装车间自动化设备发展的一个大的趋势。在这方面，可穿戴外骨骼机器人开拓了新的方向[8]。通过这种设备的穿戴，为人工提供额外的助力，如图8所示，降低了人工重物搬运的负担，如图9所示减轻了特殊作业姿势下的疲劳强度。类似案例已经可以在宝马全球各工厂中看到。图8可穿戴外骨骼机器人降低负重图9可穿戴外骨骼机器人降低特殊姿势疲劳强度6结论通过机器人、视觉引导等技术的导入与逐渐成熟，与总装车间固有的特点有机的结合起来，已经在现场实现了过往很多无法想象的技术应用。总装车间作为操作人员最多的领域，其应用自动化以提升效率的需求和潜力是非常大的，今后随着视觉、协作机器人、可穿戴外骨骼机器人等技术的快速发展，总装车间自动化必将迎来更广阔的发展空间[9]。参考文