整车装配自动化发展探索和实践

孙淑均王涛 AI《汽车制造业》 2022-02-22

自动化的探索和实践是汽车行业发展进步的必经之路。本文梳理了总装工程自动化所面临的问题，结合创新的实践经验，达到降低人力成本、减少劳动力匮乏的目的，进而提高品质，运行数据信息化，迎接智能制造。

总装自动化的现状和难点

纵观国内外汽车行业，一般汽车企业总装工程的自动化率在10%左右，甚至低于10%，而冲压、焊接及涂装等工程的自动化率都达到70%以上。推进总装自动化是整车制造走向智能制造的必经之路。

影响总装自动化的原因可以归纳为四个方面：

第一，自动化设备难以完全取代人工作业。在多数情况下，自动化设备控制和检测精度无法达到人手和眼的灵活程度，无法确保生产和品质的稳定，对应现场的复杂情况，尤其在多品种、柔性化及高节拍的生产线上，实现自动化的难度很高。

第二，为导入自动化设备，现有生产线改造难度大。因为控制精度目前难以匹配零件的运动状态，现有的自动化生产线大多只能在停止状态进行作业，这样需要增加停止位，占用更多的主线工位（图1），改造费用较高，改造周期较长，对现有生产影响大。

图 1 自动化的工位布局

第三，自动化设备的维护要求高。导入自动化设备后，需配备良好的日常维护保养，出现品质问题时需要快速对应。如果没有相应的技术人才储备，就容易出现因故障率高导致生产效率反而下降的情况。

第四，自动化项目投资大，收益难。每个企业投入自动化，都会考虑投入、产出、成本和收益。自动化设备投入比较高，缺乏管理会导致运行成本增加。

总装自动化突破方向

要突破上述自动化的技术和收益等方面的课题，我们分别拟定了如下突破方向。

1.解决自动化成本较高的方案

（1）优先导入可行性高、收益高的自动化项目。对总装车间多处作业系统分析，按可行性和收益性制定自动化推进MAP图。先从大件自动移载、制动盘面振自动化检测和拧紧等简单、效益高的项目做起，然后积累经验，挑战更难的项目。

（2）通过提高机器人利用率，减少其数量，降低自动化的投资。结合现场编程调整、完善布局，确保空间布局方便机器人动作灵活，实现机器人的价值最大化。

（3）应用工站式自动化，减少工位浪费。有效利用自动化停止工位，开发工站式自动化。通过调整作业编程，促使不同零件总成在一个工站内实现自动化。例如，通过机器人的立体布局，仪表板&全景天窗装配自动化集成。

2.解决自动化精度控制要求较高的方案

（1）3D相机、激光等视觉技术多方位应用，突破定位和检测精度难题。为了解决设备定位和检测精度问题，需要在视觉技术的应用上开始进行更多的尝试。对比3D相机视觉系统和激光视觉系统后，我们发现3D相机的成像灵活，但是受外界干扰较大；而激光视觉系统成像精准，但是灵活性欠缺。结合两者的优点，在不同的自动化项目中，根据现场需求独立或组合配备视觉系统，让自动化设备从单纯的PLC控制定位，到机器人动作编程配合3D相机和激光视觉的集成应用，给机器人装上了“眼睛”，解决定位和检测精度问题。

（2）人机协作机器人应用开发，扩大自动化实施范围。当总装作业太复杂，难以完全用机器人代替时，可考虑人机协作机器人的应用。对于精度要求较高的部分由人完成，把机器人从“安全围栏笼子里”解放出来，人和机器人和谐共处，让人和机器人发挥各自的优势进行作业。人机协作机器人将在涂胶、拧紧、压紧和移载等方面有更多的应用潜力（图2）。

图 2 人机协助机器人的应用

3.解决设备复杂，故障率高的方案

（1）进行系统性分析和要因保证，确保自动化可靠性精度

提升自动化的可靠性，在项目企划阶段，先做好可行性分析，充分考虑涉及的人、工艺、车体、零件、工作环境以及设备的精度波动，优先采用极差法，对影响因素进行精度分析，要求所有精度公差之和控制在标准范围内，则理论计算装配合格率为100%。如果极差法难以达到产品配合精度要求，则采用均方差法，所有精度公差平方相加后开根号，所得累计公差在允许范围内，理论计算装配合格率为99.73%，以此判断自动化精度以及项目的成立性。

在项目实施过程中，要监控各要因的精度变化，确保在其管控范围内。如果各要因在要求的范围内，而结果整体精度仍未达标，就要考虑是否有遗漏的要因，确保要因系的完整性，并在验证阶段进行反复、充分的验证，才能确保结果系的达成。在项目投入后，各项要因系的时效管理标准化，作为后续日常管理的基准。

（2）构建和完善自动化导入流程，确保问题点早期显现

自动化导入调试流程可分为六个阶段：定点静态调试、动态稳定性测试（视觉调试的关键）、小批量验证、大批量验证、试运行以及初流导入。各阶段设置不同的目标（图3），要求完成阶段调试报告，逐步推进验证过程。问题越早发现、越早对应，生产就越稳定。

图 3 各调试阶段目标和要求

总装自动化实施项目

我公司把自动化划分为四类（图4），分别是：物流自动化、搬送自动化、装配自动化和品质检查自动化。在2016～2019年的3年中，我们进行了各项自动化的突破。

图 4 总装自动化分类

（1）在物流自动化方面，除了延续100%KIT中小物料自动上线外，我们扩展了AGV的应用（图5），破解了室外定位、交通管理以及环境多样复杂（下雨、大风天气运行）等问题，极大地提升了AGV的应用场景。

图 5 室外 AGV 应用

（2）搬送自动化，是指体积大的零件或总成的自动上线、投放。在这方面，导入顶棚输送线、后座椅自动化投入、天窗和后背门自动化移载等项目（图6），逐步实现大件上线和投入的全面低成本应用，降低了工人的作业负荷。

图 6 搬送自动化

（3）在装配自动化方面，完成了3个行业首创项目量产（图7）：分别是工站式仪表板&全景天窗总成自动化、风窗与三角窗集成自动化以及发动机和变速器对接自动化。通过结合现场编程调整，做好大总成上线配合，工站式系统性布局，解决了工位占用和布局调整困难的难题；通过视觉系统的导入，解决机器人定位控制精度等难题，现在项目已投入双班满负荷生产，生产指标达成。