徐躍宏

（奇瑞汽車股份有限公司，蕪湖 241009）

1 前言

近些年隨著國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)興起，產(chǎn)銷量不斷提升，各汽車制造企業(yè)投入大量自動(dòng)化設(shè)備，興建自動(dòng)化裝配線，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，解決了勞動(dòng)力成本壓力日益增大的問題。但是作為生產(chǎn)輔助性工裝的工位器具的發(fā)展卻停滯不前，此時(shí)傳統(tǒng)工位器具需要向精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化等方向發(fā)展，從而應(yīng)對(duì)智能制造要求，同時(shí)通過提高設(shè)計(jì)水平縮短制造周期，降低制造成本。

工位器具是指企業(yè)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)（生產(chǎn)線）或倉庫中用以存放生產(chǎn)對(duì)象或工具的各種裝置。按其結(jié)構(gòu)分為轉(zhuǎn)運(yùn)器具、存儲(chǔ)器具、料筐、料車、托盤、踏臺(tái)等，按其使用區(qū)域分為物流倉儲(chǔ)器具、線側(cè)存儲(chǔ)器具、線側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)器具等。本文主要闡述的是汽車制造各工藝中線側(cè)存儲(chǔ)、線側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)等汽車零部件專用工位器具。

2 正向開發(fā)與逆向開發(fā)

目前隨著智能制造的加速發(fā)展，工位器具已經(jīng)不僅是用來簡(jiǎn)單存放零部件傳統(tǒng)意義的貨架，還要滿足準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)方式（JIT）生產(chǎn)下的精益生產(chǎn)物流需求，根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍合理設(shè)計(jì)裝箱定額，從作業(yè)和儲(chǔ)存空間、零部件防錯(cuò)性、器具結(jié)構(gòu)與自動(dòng)化設(shè)備匹配性等各個(gè)方面因素進(jìn)行規(guī)劃，整個(gè)設(shè)計(jì)過程需要融入人機(jī)工程學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械制圖、金屬結(jié)構(gòu)學(xué)等相關(guān)知識(shí)。細(xì)化工位器具開發(fā)流程和同步開發(fā)手段，對(duì)于設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化的工位器具至關(guān)重要。

2.1 正向開發(fā)

在工程技術(shù)人員的一般概念中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程是一個(gè)從無到有的過程，即設(shè)計(jì)人員首先在大腦中構(gòu)思產(chǎn)品的外形、性能和大致的技術(shù)參數(shù)等，然后通過繪制圖紙建立產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型，最終將這個(gè)模型轉(zhuǎn)入到制造流程中，完成產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)制造周期。這樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程稱為“正向設(shè)計(jì)”過程。

2.1.1 項(xiàng)目策劃

a.根據(jù)新車型或新開發(fā)零部件清單結(jié)合生產(chǎn)工藝、工藝路線等信息確定工位器具開發(fā)清單；

b.根據(jù)工藝布局圖、物流方式、開發(fā)零部件是否存在沿用等信息確定工位器具開發(fā)數(shù)量、器具外形尺寸及裝件數(shù)量等；

c.進(jìn)行數(shù)字化裝件模擬分析，整理虛擬裝件過程中差異點(diǎn)等信息。確定工位器具結(jié)構(gòu)形式，開展器具方案設(shè)計(jì)、樣件制作及評(píng)審、批量制作及使用。

2.1.2 設(shè)計(jì)階段

工程圖設(shè)計(jì)階段包括器具框架設(shè)計(jì)和器具內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

工位器具框架是零部件存放的載體，是以“鋼結(jié)構(gòu)”為主的支撐部件。根據(jù)零件大小、存放形式、裝件數(shù)量、轉(zhuǎn)運(yùn)形式等信息設(shè)計(jì)器具框架，若框架規(guī)格過多既不便于器具碼垛存放，也會(huì)增加物流存放空間。通過平臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)化框架設(shè)計(jì)可以節(jié)約器具制造成本40%～60%，還可以縮短器具制作、設(shè)計(jì)周期。

器具內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括零部件防護(hù)、定位、支撐、防錯(cuò)、自動(dòng)化設(shè)備銜接。需要結(jié)合零部件取放件方式（人工、機(jī)械手、機(jī)器人）、模夾具擺放特性（模具凹面朝上、夾具凸面朝上）、人機(jī)工程等要求設(shè)計(jì)器具內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)遵循簡(jiǎn)單化、模塊化、通用化原則。

工程分析階段對(duì)器具三維圖進(jìn)行CAE 分析，其中包括器具承載能力、DMU 仿真模擬、人機(jī)操作模擬分析，最后將器具插入數(shù)字化工廠場(chǎng)景內(nèi)，進(jìn)行三維物流仿真分析，確保各個(gè)要素合理性、安全性、經(jīng)濟(jì)性。

2.1.3 樣件制造階段

器具樣件試制是驗(yàn)證與完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)過程。樣件的試制要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行，要確保與設(shè)計(jì)圖紙一致性，以便發(fā)現(xiàn)真實(shí)存在的問題。

盡管現(xiàn)在擁有先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段，包括工程計(jì)算、工程仿真與模擬等，但器具樣件完成后的相關(guān)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)驗(yàn)證一定要進(jìn)行，因?yàn)楫a(chǎn)品的諸多細(xì)節(jié)問題在設(shè)計(jì)階段是無法提供全面數(shù)據(jù)，加入工程計(jì)算體系的。器具靜態(tài)驗(yàn)證主要包含目前的車身試制手段主要有中熔點(diǎn)、鑄鐵簡(jiǎn)易模、工序件。

根據(jù)二維圖紙進(jìn)行樣件實(shí)物制作，制作過程中涉及焊接、噴涂、機(jī)加工均要嚴(yán)格按照國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，確保實(shí)物與圖紙的一致性，比便于后期修改、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

樣件制作完成后需要進(jìn)行靜態(tài)驗(yàn)證（尺寸、形位公差、承載）和動(dòng)態(tài)驗(yàn)證、問題點(diǎn)整改，確認(rèn)最終圖紙進(jìn)行批量制作。

2.1.4 批量生產(chǎn)

樣件驗(yàn)證合格后進(jìn)行批量制作，過程確保制作的一致性。三維圖數(shù)據(jù)收集、分類，建立器具數(shù)據(jù)庫。

2.2 逆向開發(fā)

逆向工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以認(rèn)為是一個(gè)“從有到無”的過程。簡(jiǎn)單地說，逆向工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品實(shí)物或模型，反向推出產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（包括設(shè)計(jì)圖紙或數(shù)字模型）的過程，期間對(duì)已存在實(shí)物或數(shù)模進(jìn)行優(yōu)化形成新的產(chǎn)品。

數(shù)據(jù)采集是逆向工程的第一步,直接影響到是否能準(zhǔn)確、快速、完整地獲取實(shí)物的二維、三維幾何數(shù)據(jù),影響到重構(gòu)的CAD 實(shí)體模型的質(zhì)量,并最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

a.針對(duì)老車型無圖紙信息的器具通過人工測(cè)繪采集數(shù)據(jù)，通過三維設(shè)計(jì)軟件建立CAD 模型數(shù)據(jù)；

b.對(duì)已有車型器具CAD 模型根據(jù)車型平臺(tái)、零件類別等進(jìn)行歸類；

c.建立一個(gè)器具標(biāo)準(zhǔn)化的CAD 數(shù)據(jù)庫，便于后期器具新增、改造、優(yōu)化等分析參考。

3 工位器具標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

從SQCDM 5 個(gè)方面，充分考慮標(biāo)準(zhǔn)化的覆蓋深度和廣度，明確工位器具的相關(guān)設(shè)計(jì)原則。

3.1.1 配置原則

器具投入數(shù)量應(yīng)根據(jù)個(gè)車型工藝生產(chǎn)節(jié)拍制訂，一般數(shù)量應(yīng)能滿足產(chǎn)線1 天或1.5～2 小時(shí)的節(jié)拍需求，其中包括存放、周轉(zhuǎn)、周轉(zhuǎn)占用。在滿足節(jié)拍需求的前提下盡可能少投入器具數(shù)量，以便減少物流空間占用及器具投入成本。

單個(gè)器具包裝量配置原則如下。

a.用于組合或裝配工位的器具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照產(chǎn)品基數(shù)成套存儲(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)，以減少轉(zhuǎn)運(yùn)停滯時(shí)間浪費(fèi)，準(zhǔn)時(shí)轉(zhuǎn)移按量補(bǔ)充；

b.單個(gè)零件器具在滿足質(zhì)量、人機(jī)工程等前提下，盡可能提高器具容積率及裝載率，減少器具數(shù)量投入及物流轉(zhuǎn)運(yùn)頻次。

3.1.2 轉(zhuǎn)運(yùn)原則

器具常用的轉(zhuǎn)運(yùn)工具包括人工（推車）、電動(dòng)牽引車、叉車和自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（AGV）等。人工轉(zhuǎn)運(yùn)效率最低且增加人工成本，僅適用于工位間短距離轉(zhuǎn)運(yùn)；電動(dòng)牽引車和叉車相對(duì)能耗及時(shí)間浪費(fèi)較少，安全性不高且同樣需要人工成本投入；AGV 可以實(shí)現(xiàn)物流轉(zhuǎn)運(yùn)路線定制、柔性化程度高、安全高效、易實(shí)現(xiàn)物流生產(chǎn)智能化。因此器具設(shè)計(jì)時(shí)推薦多采用AGV 轉(zhuǎn)運(yùn)形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮AGV 接口。

3.1.3 柔性化原則

為滿足柔性化生產(chǎn)線需求，器具設(shè)計(jì)應(yīng)考慮同平臺(tái)車型通用化、柔性化設(shè)計(jì)。器具框架標(biāo)準(zhǔn)化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)，既滿足柔性化生產(chǎn)的需求，提高工位器具的利用率，同時(shí)可有效預(yù)留現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)空間。

3.1.4 自動(dòng)化原則

隨自動(dòng)化普及，工位器具由人工上下料轉(zhuǎn)向自動(dòng)上下料，其精度和上下料需滿足自動(dòng)化需求，這部分需與工藝部門聯(lián)合設(shè)計(jì)，達(dá)成自動(dòng)化上下料的目標(biāo)，這也是工位器具實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化最終目的和意義所在。

3.2 方案設(shè)計(jì)

工位器具的設(shè)計(jì)屬于工業(yè)設(shè)計(jì)的一種，由于在實(shí)際使用過程中主要用于放置零部件并滿足一定的使用功能，相對(duì)于模具、設(shè)備等機(jī)械設(shè)計(jì)是一種較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。過去工位器具的設(shè)計(jì)采用是現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)零部件擺放、裝配等或使用二維CAD 軟件進(jìn)行繪制的方法設(shè)計(jì)及制造工位器具，甚至通過手繪草圖進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，在設(shè)計(jì)手段上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于零部件、設(shè)備工裝的設(shè)計(jì)。但近年來隨著汽車制造企業(yè)也正處于從傳統(tǒng)行業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵階段，自動(dòng)化程度的提高，工位器具的制造成本、與自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備（生產(chǎn)線）對(duì)接以及器具對(duì)零部件質(zhì)量的影響等因素成為汽車生產(chǎn)過程中必須要考慮的問題。通過3D 數(shù)字軟件可以使企業(yè)有效地實(shí)現(xiàn)從“數(shù)字樣機(jī)”到“數(shù)字制造”的延伸?！皵?shù)字制造”在設(shè)計(jì)周期就使用人體工程學(xué)分析，對(duì)操作與維護(hù)進(jìn)行仿真，縮短制造周期，另外通過建立數(shù)據(jù)庫以便在產(chǎn)品生命周期的后續(xù)階段二次利用、改造等環(huán)節(jié)節(jié)約成本及改造周期。

將汽車零部件插入相對(duì)應(yīng)類別、平臺(tái)器具標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)器具開發(fā)原則及工藝要求進(jìn)行相關(guān)模擬分析。

通過DELMIA 軟件的數(shù)字化裝配模塊可以對(duì)多個(gè)零部件進(jìn)行數(shù)字化比對(duì)分析（圖1），利用建立好的器具數(shù)據(jù)庫對(duì)零部件進(jìn)行通用性分析，不僅可以縮短器具正向開發(fā)周期，且提高同類別、同平臺(tái)車型零件器具的通用化率。

圖1 器具通用性對(duì)比分析

人機(jī)工程分析包括人體建模、姿態(tài)分析和視野分析。

DELMIA/Human 人體模型解決方案可以提供一系列的人體仿真模擬和人性因素工具的體系結(jié)構(gòu)，提供人員及其制造、安裝、操作和維護(hù)的產(chǎn)品之間關(guān)聯(lián)，直觀、易懂，且方案最優(yōu)。

DELMIA/Human 可以對(duì)人體各種姿態(tài)進(jìn)行分析，檢驗(yàn)各種人體的可達(dá)性，裝配抓取等動(dòng)作姿態(tài)（圖2）。

圖2 DELMIA/Human可以對(duì)人體各種姿態(tài)進(jìn)行分析

DELMIA/Human 可以生成人的視野窗口，并隨人體的運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)更新，設(shè)計(jì)人員可以動(dòng)態(tài)改進(jìn)產(chǎn)品的人體工學(xué)設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)人體對(duì)器具上零部件的可視效果等（圖3）。

圖3 DELMIA/Human可以生成人的視野窗口

器具成本分析：可直接對(duì)三維實(shí)體賦予材質(zhì)及密度值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算并輸出材料詳細(xì)清單，大大提高了材料核算效率及準(zhǔn)確率，合理控制制造成本。

物流器具規(guī)劃模擬分析：傳統(tǒng)的物流規(guī)劃利用二維生產(chǎn)車間平面布局圖，通過人工計(jì)算、評(píng)估及現(xiàn)場(chǎng)模擬等方式確定物流配送形式、配送路線、節(jié)拍等數(shù)據(jù)。通過三維物流仿真方案，工程師可以直觀地進(jìn)行物流線路的分析，分析物流的瓶頸點(diǎn)，并提供柱狀圖或餅狀圖的分析工具，方便地調(diào)整物流線路和物流負(fù)荷，同時(shí)完成與自動(dòng)化設(shè)備之間的交互（圖4）。

圖4 器具與AGV交互模擬

某車型工位器具項(xiàng)目總投資為100 萬，案例具體分析如表1所示。

表1 降低投資成本案例分析

4 工位器具標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用

4.1 沖壓工藝

4.1.1 工位器具現(xiàn)狀分析

沖壓器具大多屬于專用器具，每新增一個(gè)車型都需要根據(jù)差異零部件的形狀、結(jié)構(gòu)等開發(fā)工位器具。目前汽車主機(jī)廠自制沖壓件主要為車門、發(fā)蓋、后背門、頂蓋、側(cè)圍、翼子板等內(nèi)外板件。車間物流庫區(qū)面積有限，庫區(qū)滿足新車型器具的同時(shí)，還要保證量小或停產(chǎn)車型的器具存放，物流庫區(qū)壓力大。

當(dāng)前工位器具設(shè)計(jì)思路落后，沒有適應(yīng)當(dāng)下沖壓生產(chǎn)線自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)；設(shè)計(jì)方法落后，很多器具設(shè)計(jì)都是現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)物零部件制作；沒有建立統(tǒng)一規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，種類繁多，導(dǎo)致器具投入成本及占地面積大。

4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化應(yīng)用

規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化：根據(jù)車型平臺(tái)、零部件大小等因素建立3種頂蓋器具標(biāo)準(zhǔn)（A型、B型、C型），減少同類零件器具的規(guī)格種類，減少庫房倉儲(chǔ)面積（表2）。

表2 標(biāo)準(zhǔn)化頂蓋器具

結(jié)構(gòu)柔性化：器具由標(biāo)準(zhǔn)框架、承載支架、自動(dòng)擺桿3 部分組成（圖5）。標(biāo)準(zhǔn)框架有A、B、C 3 種尺寸規(guī)格，自動(dòng)擺桿為通用標(biāo)準(zhǔn)件安裝在承載支架上，承載支架螺接在標(biāo)準(zhǔn)框架底部，根據(jù)不同平臺(tái)頂蓋尺寸可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)滿足零件存放要求（圖6），提升器具的柔性化程度。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)化頂蓋器具爆炸圖

圖6 可調(diào)節(jié)支撐組件

改進(jìn)前：發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板多采用單面懸掛疊加存放形式，由于內(nèi)板零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)疊加較為緊密，80～100 件裝件定額僅僅利用了掛桿的一半尺寸，器具容積率較低；由于零部件重心偏心，器具在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中易側(cè)翻；懸掛桿為焊接連接，無法適用不同發(fā)蓋內(nèi)板的懸掛點(diǎn)，柔性化程度低；改進(jìn)后：采用雙面取放零件提高器具的容積率，重心平衡提高轉(zhuǎn)運(yùn)過程中穩(wěn)定性；通過不同車型發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析可知懸掛孔X/Y位置有差異，懸掛桿組件與器具背框采用螺接形式，X/Y向可以調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)不同車型發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板的要求，提高器具柔性化程度（圖7）。

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)

4.2 焊裝工藝

4.2.1 現(xiàn)狀分析

焊裝車間零部件品種多，形狀各異，工藝布局復(fù)雜，這對(duì)物流是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。焊裝生產(chǎn)線一般根據(jù)1、2、3級(jí)總成進(jìn)行生產(chǎn)線工藝布局。車間內(nèi)零部件主要由外協(xié)件分總成、自制沖壓件、機(jī)物料標(biāo)準(zhǔn)件組成，具有很強(qiáng)的配合性、集散性和均衡性，隨著焊裝車間新車型增加、節(jié)拍提升、工藝優(yōu)化，需要結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、尺寸標(biāo)準(zhǔn)化、高柔性化、操作便捷的工位器具應(yīng)對(duì)焊裝高效、繁雜的物流配送瓶頸。

4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)化

焊裝車間傳統(tǒng)物流工藝為工位上所需每一種零部件都在線側(cè)配備工位器具（料箱或料架），隨著車型不斷增加及差異件種類增加，線側(cè)無法滿足焊裝柔性化生產(chǎn)下物流器具存放需求，且增加員工取件距離。

a.建立整合器具框架標(biāo)準(zhǔn)（4 種規(guī)格：800 mm×700 mm×1 350 mm、1 100 mm×700 mm×1 350 mm、1 200 mm×700 mm×1 350 mm、1 500 mm×700 mm×1 350 mm）（圖8）。

圖8 PC區(qū)整合料車結(jié)構(gòu)

b.根據(jù)每個(gè)焊接工位零部件裝配工藝清單，將小件集中放置在整合料車內(nèi)，滿足JIT 物流配送要求，小車內(nèi)部零部件擺放形式有懸掛、料盒存放等，便于員工取放。

4.2.3 零件防錯(cuò)

前風(fēng)擋下橫梁下端板OP10 焊接完成后需要打VIN（車輛識(shí)別碼）號(hào)，零部件輸送至OP20 工位過程中需要防止VIN 號(hào)劃傷并保證零件排序輸送，需要防錯(cuò)措施。

前風(fēng)擋下橫梁下端板OP20 器具采用雙滑車軌道，零件用掛鉤通過滑車從一側(cè)輸送至下一工位，人工取件后空鉤從另一根軌道返回上一工位（圖9）。

4.3 總裝工藝

4.3.1 成套配裝系統(tǒng)（Set Parts Supply，SPS）

目前汽車生產(chǎn)裝配線通常需要滿足至少2 款以上車型混線生產(chǎn)，在工位數(shù)不變前提下，線邊有限物料存儲(chǔ)空間成為限制生產(chǎn)線柔性化和生產(chǎn)效率的瓶頸。同時(shí)不同車型差異件較多，原有物流模式極易產(chǎn)生錯(cuò)裝、漏裝等質(zhì)量問題，如圖10所示。

圖10 未實(shí)施SPS時(shí)生產(chǎn)線

豐田汽車推出一種新的基于配套的物料處理系統(tǒng)成套配裝系統(tǒng)，以降低裝配領(lǐng)域的復(fù)雜性并提高質(zhì)量，其優(yōu)勢(shì)如下（圖11）。

圖11 實(shí)施SPS后的生產(chǎn)線

a.將零部件分揀與裝配作業(yè)分離，使工人更專注于裝配作業(yè)，減少了人工失誤；

b.取消了線側(cè)的固定物料器具，改為流動(dòng)性隨行料車，不僅緩解線側(cè)物料存儲(chǔ)空間壓力，還避免差異件錯(cuò)裝、漏裝發(fā)生，從而提高裝配質(zhì)量。

SPS 系統(tǒng)核心區(qū)在物料分揀區(qū)，通過制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)的相互銜接，MES 系統(tǒng)自動(dòng)將生產(chǎn)訂單信息分解為車型生產(chǎn)信息，SPS 系統(tǒng)將主動(dòng)獲取的車型信息分解為詳細(xì)的裝配物料清單（BOM）清單，并以亮燈的形式告知物流分揀作業(yè)人員正確取料。操作者依據(jù)亮燈指示，可以輕松、準(zhǔn)確的在物料分揀區(qū)零部件料架上取出零部件并放置在SPS 小車上。在零部件料架投料端同樣采用指示燈進(jìn)行指示投料。物流分揀作業(yè)人員使用掌上電腦（PDA）工具掃描零部件包裝上的二維碼，SPS 系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別零部件信息并點(diǎn)亮相應(yīng)物料的投料口指示燈。物料投料端和取料端均采用亮燈指示模式。投完料或取完料后，人工撥動(dòng)料架上的撥燈系統(tǒng)開關(guān)熄滅指示燈，確認(rèn)投料與取料的正確性。

SPS 臺(tái)車由SPS 小車和AGV 2 部分組成。AGV負(fù)責(zé)將SPS 小車按照事先規(guī)劃路線輸送到指定工位再將空的SPS 小車返回至物料分揀區(qū)。物流分揀作業(yè)人員從料架上將取出的零部件擺放在SPS小車配餐托盤上固定的位置，每臺(tái)SPS 小車擺放一臺(tái)份當(dāng)前車型工位所需裝配的零部件（圖12）。

圖12 SPS物流上件

4.3.2 AGV 物流模式

AGV 柔性化技術(shù)理論在生產(chǎn)中體現(xiàn)在物流領(lǐng)域與裝配領(lǐng)域，分別去實(shí)現(xiàn)物流無人化和制造柔性化，同時(shí)提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性，同時(shí)提高生產(chǎn)效率。

物流過程分為裝卸物流、一次物流和二次物流。

a.裝卸物流：原材料或半成品從卸貨區(qū)輸送到倉儲(chǔ)區(qū)階段；

b.一次物流：由倉儲(chǔ)區(qū)輸送到分揀區(qū)，出庫、搬運(yùn)、自動(dòng)補(bǔ)料階段；

c.二次物流：由分揀區(qū)輸送到生產(chǎn)線，進(jìn)行生產(chǎn)線的上線階段。

物流無人化的具體實(shí)施：叉車AGV 取代原有的人工叉車，實(shí)現(xiàn)料盤、料架的自動(dòng)叉取，進(jìn)入倉儲(chǔ)區(qū)；叉取式AGV 或后牽引式AGV 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工拆包、篩選、補(bǔ)料，從倉儲(chǔ)區(qū)放入分揀區(qū)，同時(shí)將分揀區(qū)空的容器返回倉儲(chǔ)區(qū)；潛伏式牽引類AGV與SPS 臺(tái)車配合可視化的揀選系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量和追溯，輸送到生產(chǎn)線，再配合上線機(jī)構(gòu)，進(jìn)行上線。

AGV 牽引揀選SPS 臺(tái)車進(jìn)入分揀區(qū)，結(jié)合可視化揀選系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)零件智能化的揀選，之后AGV 將SPS 輸送到裝配區(qū)，人工進(jìn)行定點(diǎn)裝配（AGV 與定點(diǎn)臺(tái)車組成裝配平臺(tái)，以此完成裝配），隨后由AGV 將裝配成品輸送到上線區(qū)或存儲(chǔ)區(qū)，完成自動(dòng)下線，再返回到分揀區(qū)，完成整個(gè)裝配的周轉(zhuǎn)循環(huán)。

4.4 自動(dòng)化取件

自動(dòng)化取件是通過機(jī)器人將零件從工位器具中取出，以機(jī)器人取料代替人工取料，解決人工取件節(jié)拍高和人機(jī)工程不佳等缺點(diǎn)。

自動(dòng)化取件的成功率與零件在生產(chǎn)線旁的絕對(duì)姿態(tài)緊密相關(guān)。目前階段為機(jī)器人抓手采用固定軌跡從工位器具內(nèi)抓取零件，由于機(jī)器人取件采取固定軌跡，對(duì)零件姿態(tài)要求較高，因此工位器具公差及零件在工位器具內(nèi)的活動(dòng)空間均較小，防止零件在物流過程中的竄動(dòng)影響零件姿態(tài)及抓件。

a.頂蓋外板器具采用自動(dòng)擺桿壘垛存放零件，滿足機(jī)器人抓具Z向取件。零件在器具內(nèi)滿足X/Y向±5 mm 公差。器具內(nèi)部支撐立柱采用活動(dòng)連接，可滿足多種車型頂蓋，柔性化程度高，如圖13所示。

圖13 沖壓頂蓋外板器具自動(dòng)化取件

b.器具有托盤小車輸送至線邊工位，器具在托盤小車內(nèi)滿足X/Y向±5 mm 公差，如圖14所示。

圖14 沖壓頂蓋外板器具

c.托盤車與工位地面定位機(jī)構(gòu)通過導(dǎo)軌、導(dǎo)向板、導(dǎo)向滑輪、感應(yīng)開關(guān)、夾緊氣缸等使其精確定位在線邊工位上，如圖15所示。

圖15 線邊工位定位機(jī)構(gòu)

a.天窗器具采用自動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)壘垛存放零件，滿足取料機(jī)械抓手Z向取件。天窗在自動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上對(duì)角定位銷定位，零件在器具內(nèi)滿足X/Y向±1 mm 公差，如圖16所示。

圖16 天窗器具線邊站點(diǎn)

b.器具有托盤小車輸送至線邊工位，器具在托盤小車內(nèi)滿足X/Y向±5 mm 公差；

c.托盤車與工位地面定位機(jī)構(gòu)通過導(dǎo)軌、導(dǎo)向板、導(dǎo)向滑輪、感應(yīng)開關(guān)、夾緊氣缸使其精確定位在線邊站點(diǎn)。由于總裝車間多車型混線生產(chǎn)，每個(gè)站點(diǎn)存放不同車型的天窗，取料機(jī)械手根據(jù)系統(tǒng)輸入自動(dòng)按車型抓取天窗，如圖17所示。

圖17 總裝天窗自動(dòng)化取件

自動(dòng)化取件的成功率與零件在生產(chǎn)線旁的絕對(duì)姿態(tài)緊密相關(guān)。自動(dòng)化取件分為2 個(gè)階段，現(xiàn)階段多采用固定軌跡從工位器具內(nèi)抓取零件，由于機(jī)器人取件采取固定軌跡，對(duì)零件姿態(tài)要求較高，工位器具自身尺寸公差及零件在器具內(nèi)的活動(dòng)空間較小，以防止零件在輸送過程中的竄動(dòng)影響零件姿態(tài)及抓件。因此固定軌跡取料模式下工位器具制作成本及維護(hù)成本較高。

第2 階段為機(jī)械手采取活動(dòng)軌跡抓取零件，即自動(dòng)化視覺取料。機(jī)器人抓手上集成攝像頭，在視覺系統(tǒng)的輔助下從工位器具內(nèi)抓取零件。其工作流程為抓取零件前，由攝像頭先對(duì)零件特征點(diǎn)（一般選取零件尖角和銷孔等易于識(shí)別的特征點(diǎn)）進(jìn)行拍照并與視覺系統(tǒng)內(nèi)零件的標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)值進(jìn)行比對(duì)，引導(dǎo)機(jī)械手調(diào)整位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的抓取。與固定軌跡取料模式相比，視覺抓件模式對(duì)零件姿態(tài)要求相對(duì)較低，對(duì)器具尺寸公差和零件間隙的要求更低，有利于降低工位器具的制作及維護(hù)成本，因此自動(dòng)化視覺系統(tǒng)取料模式將是未來發(fā)展趨勢(shì)。

5 結(jié)束語

隨著制造過程能力不斷提升，價(jià)值鏈中的供應(yīng)鏈瓶頸逐漸顯現(xiàn)。企業(yè)對(duì)供應(yīng)鏈協(xié)同的認(rèn)知度會(huì)越來越強(qiáng)，也會(huì)越來越重視。因此，企業(yè)越早看到這個(gè)瓶頸，越早打破這個(gè)瓶頸，制造業(yè)升級(jí)的效益會(huì)越好。將制造業(yè)引入供應(yīng)鏈協(xié)同的時(shí)代，配合完成制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家2025 的宏偉目標(biāo)發(fā)揮出供應(yīng)鏈應(yīng)有的作用。