現(xiàn)代汽車車身制造新技術(shù)

1、現(xiàn)代汽車車身制造新技術(shù)上海大眾汽車有限公司摘要：本文教要介紹了POLO車身生產(chǎn)所使用的新的制造技術(shù)。關(guān)鍵詞：激光焊 機(jī)器人應(yīng)用 涂膠技術(shù) 壓鉚技術(shù) FIS 鍍鋅板焊接Abstract: This paper describes the new technologies in the manufacturing car body of “POLO”.Key words: laser welding ;welding robot; painting glue ; press rivet; FIS; welding the galvanized steel plate隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇和用戶對(duì)于汽車

2、性能要求的提高，現(xiàn)代汽車制造技術(shù)已經(jīng)有了飛躍式的發(fā)展，本文以POLO兩廂和三廂車中應(yīng)用的制造技術(shù)為例簡(jiǎn)要介紹一下車身制造技術(shù)的最新進(jìn)展情況，希望與國(guó)內(nèi)同仁相互交流，共同促進(jìn)中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展。1 激光焊應(yīng)用 激光焊接技術(shù)是一項(xiàng)集光學(xué)、機(jī)械制造、電器自動(dòng)控制等多項(xiàng)技術(shù)于一體的復(fù)雜工藝技術(shù)，它具有眾多傳統(tǒng)焊接方法無(wú)法比擬的顯著優(yōu)點(diǎn)：激光束功率密度很高，速度快，效率高。激光焊縫窄，熱影響區(qū)很小，由此產(chǎn)生的熱變形和熱損傷少，焊縫強(qiáng)度大，工件變形很小。焊接裝置與焊接零件無(wú)機(jī)械接觸，可降低對(duì)工件的污染。方便進(jìn)行異種金屬焊接。激光焊縫組織均勻，晶粒很小，氣孔少，夾雜缺陷少，因而在力學(xué)性能、抗蝕性能和電磁學(xué)性

3、能上都要優(yōu)于常規(guī)焊接方法。能精確控制能量輸出。零件設(shè)計(jì)時(shí)，焊接邊緣減小，大大節(jié)約板材并減輕了車身重量。1.1     激光焊接基本原理簡(jiǎn)介 根據(jù)所采用的激光介質(zhì)，可區(qū)分為：固體激光器，液體激光器和氣體激光器。固體激光器發(fā)出的激光可以通過光纜進(jìn)行傳輸，所以更適合工業(yè)應(yīng)用。固體激光器，采用Nd：YAG（釔鋁石榴石，參入了釹）作為激光介質(zhì)。由激光燈發(fā)出的燈光直接或通過反射器反射到激光棒上，激發(fā)棒中的釹，激光棒便開始發(fā)射光線。光線經(jīng)過諧振器“振蕩”，獲得良好的平行性，成為激光光束。激光通過輸出鏡從激光器中射出，由光速導(dǎo)向鏡組控制其走向，然后聚焦到工件上。在激光焊

4、接過程中，當(dāng)激光束觸及金屬材料時(shí)，其熱量通過熱傳導(dǎo)傳輸?shù)焦ぜ砻婕氨砻嬉韵赂钐?。在激光熱源的作用下，材料熔化、蒸發(fā)，并穿透工件的厚度方向形成狹長(zhǎng)空洞，隨著激光焊接的進(jìn)行，小孔沿兩工件間的接縫移動(dòng)，進(jìn)而形成焊縫。激光焊接的顯著特征是熱影響區(qū)小，以及功率密度高。1.2     激光焊在車身上的主要應(yīng)用激光焊及激光釬焊由于其焊縫外形美觀、穿透力強(qiáng)、熱影響區(qū)小、母材燒損少、焊接強(qiáng)度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在轎車制造企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。激光焊目前不僅僅應(yīng)用于單件成形中，在車身的總成中也大量應(yīng)用。在車型中，激光焊技術(shù)首次成功應(yīng)用于前后縱梁等沖壓?jiǎn)渭Ｋ捎貌煌搴?/p>

5、材料對(duì)接后再?zèng)_壓成形，從而達(dá)到了不同承載不同板厚的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)又由于零件一次沖壓成形免去了多個(gè)沖壓零件拼焊所造成的積累誤差，大大提高了零件的尺寸精度。另外，由于減少了部分車身拼焊而降低了制造成本，所以在一定程度降低了車身重量。在中前后縱梁、柱、前地板、四門內(nèi)板等零件都采用了不同板厚材料激光焊后一次沖壓成形的技術(shù)。在車身總成焊接中主要應(yīng)用激光焊和激光釬焊，在白車身上，激光焊首次成功應(yīng)用于車頂與側(cè)圍的拼焊，取代了通常的電焊及銅釬焊，從而解決了車頂漏水的問題，提高了車身制造精度，并大大節(jié)省了返工時(shí)間；激光釬焊技術(shù)成功應(yīng)用于后蓋外板上下板間的拼焊，解決了后蓋外板形狀復(fù)雜給沖壓帶來(lái)的困難。在中激光焊的

6、應(yīng)用增加到底板與側(cè)圍和側(cè)圍于車頂橫梁的焊接，而在上海大眾的新項(xiàng)目中激光焊的應(yīng)用已增加到底板和側(cè)圍的分拼焊接中。激光焊的大量增加一方面增加了車身的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)也對(duì)沖壓零件和夾緊技術(shù)（零件間理想匹配要求為）和設(shè)備的維護(hù)提出了較高的要求。因?yàn)槿绻g隙過大，能量無(wú)法集中于板材，而產(chǎn)生板材未熔化。如果間隙過小，高溫下產(chǎn)生的鋅蒸氣無(wú)法排出，只能通過熔池排出，產(chǎn)生大量氣孔，激光焊縫外觀如圖所示。車頂和側(cè)圍之間以及后蓋外板的上板和下板之間采用激光釬焊。激光釬焊采用CuSi3作為填料，它能有效補(bǔ)償由于高溫下鋅層蒸發(fā)而引起焊縫及附近區(qū)域的防腐蝕性能下降。激光釬焊屬于高溫釬焊，釬料的熔點(diǎn)大于900。釬焊焊縫外觀

7、如圖2所示，由圖可以看出，激光釬焊焊縫隙比較平滑。在POLO車身上，激光釬焊焊縫應(yīng)用于車頂和側(cè)圍之間，從而取消了以往車型的附加的裝飾飾條。POLO車身激光焊縫位置如圖3所示。 1.3     定位夾具由于焊接零件之間的間隙要保持在0.10.2mm，所以對(duì)夾具的要求提高。在POLO240中采用了一種整體夾緊技術(shù)，如圖4所示。它在相配合的零件邊緣全部接觸面夾緊，激光焊沿著夾具的上邊緣施焊。但由于此種夾具接觸面過大，無(wú)法保證零件間的充分配合，因此焊接效果尚需改善。在POLO241中為解決此問題采用了分體式夾緊的技術(shù)，即在每條激光焊縫兩側(cè)采用獨(dú)立的夾頭

8、，同時(shí)對(duì)于夾緊點(diǎn)的位置也做了優(yōu)化，因此取得了較好的效果。為了在夾緊時(shí)不損傷車頂和側(cè)圍，在POLO中采用了“軟夾具”，如圖5所示。它是由固定在夾具型面中的吸盤構(gòu)成，在夾緊時(shí)充入壓縮空氣，吸盤與零件接觸，達(dá)到不損傷零件的目的。但是這種夾具只能應(yīng)用于輔助夾緊，不能起定位作用。在POLO中仍舊采用了GEO概念，所有夾頭和夾具安裝在框架上，框架先到位，然后，夾頭夾緊零件。2 機(jī)器人在車身的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于整車制造中。機(jī)器人操作與人工操作相比較，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：工藝過程穩(wěn)定。工藝質(zhì)量高。重復(fù)精度高?？蛇M(jìn)行復(fù)雜的工藝操作?？蛇m應(yīng)惡劣工作環(huán)境。缺點(diǎn)是：投資大。要求專業(yè)編程人員。維護(hù)費(fèi)用高。機(jī)器人操作與

9、傳統(tǒng)設(shè)備，如固定焊機(jī)相比較，具有下列優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)柔性加工，當(dāng)進(jìn)行兩種以上車型共線生產(chǎn)時(shí)，投資大大降低。在整車制造的4大車間：沖壓、車身、油漆和總裝車間中，機(jī)器人可用于搬運(yùn)、焊接、涂敷和裝配工作。工業(yè)機(jī)器人可和不同的加工設(shè)備配合，幾乎可以做整車生產(chǎn)中的所有工作。利用機(jī)器人可以大大提高生產(chǎn)節(jié)拍減少工位，提高車身質(zhì)量。目前世界上應(yīng)用比較廣泛的包括FANUC、ABB和KUKA等公司的機(jī)器人。在桑塔納系列轎車制造中，采用了ABB公司的機(jī)器人；在上海帕薩特和波羅的制造中，采用了KUKA公司的機(jī)器人；在上海別克和賽歐的制造中，采作了FANUC公司的機(jī)器人；在上海帕薩特和波羅的制造中，采用了SEF公司的機(jī)器人

10、進(jìn)行激光焊接。機(jī)器人搬運(yùn)。由機(jī)器人操縱專用抓手或者吸盤，來(lái)抓取零件，將零件移動(dòng)位置。機(jī)器人可以快捷、準(zhǔn)確地移動(dòng)大型零件，放置到位，而不會(huì)損壞零件表面。例如，在沖壓生產(chǎn)線各壓機(jī)間采用機(jī)器人來(lái)搬運(yùn)零件，可以加快節(jié)拍，避免人員受傷的危險(xiǎn)，進(jìn)行全封閉生產(chǎn)。機(jī)器人點(diǎn)焊。由機(jī)器人操縱各種點(diǎn)焊焊鉗，實(shí)施點(diǎn)焊焊接。機(jī)器人可以操縱大型焊鉗，對(duì)地板等零件進(jìn)行點(diǎn)焊，或者進(jìn)行復(fù)雜位置的焊點(diǎn)的焊接。通過換槍站可以更換焊鉗，進(jìn)行各種位置的點(diǎn)焊。焊點(diǎn)的質(zhì)量高，而且質(zhì)量穩(wěn)定。焊接速度快，例如在補(bǔ)焊時(shí)，在一個(gè)工位內(nèi)，在節(jié)拍為128s內(nèi)，由5臺(tái)機(jī)器人可以焊接多達(dá)190個(gè)焊點(diǎn)。機(jī)器人弧焊。由機(jī)器人操縱弧焊焊炬，可以很方便地進(jìn)行仰焊

11、、立焊等各種位置的弧焊。通過傳感器，可以跟蹤焊縫，控制弧長(zhǎng)。但是機(jī)器人弧焊對(duì)零件匹配要求較高，當(dāng)零件間縫道不均勻或者不平整時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷。激光焊接。由機(jī)器人操縱激光加工鏡組，進(jìn)行激光焊接。激光源可以采用CO2激光器或者YAG激光器。激光焊接設(shè)備很復(fù)雜，要求機(jī)器人重復(fù)精度較高，一般要高于±0.1mm。機(jī)器人螺栓焊接。由機(jī)器人操縱螺栓焊槍，可以進(jìn)行空間全方位的螺柱焊接。例如，在一個(gè)工位內(nèi)，在節(jié)拍為150s內(nèi)，由4臺(tái)機(jī)器人可以焊接90個(gè)螺栓。機(jī)器人粘結(jié)劑和密封劑的涂敷。點(diǎn)焊膠、支撐膠、PVC密封等通過機(jī)器人操縱涂敷槍可以精確地控制粘結(jié)劑流量，進(jìn)行各種復(fù)雜的形狀和空間位置的涂敷。涂敷速

12、度且穩(wěn)定。機(jī)器人裝配。由機(jī)器人抓取零件，精確地裝配到位，尤其在總裝車間裝配前后風(fēng)窗玻璃，能夠保證裝配質(zhì)量。機(jī)器人還可以進(jìn)行卷邊、測(cè)量、檢驗(yàn)和自動(dòng)噴漆等。機(jī)器人通過串口，經(jīng)過Interbus， Profibus等工業(yè)總線連接到PLC上，與流水線設(shè)備、加工設(shè)備、工位安全設(shè)備等構(gòu)成一個(gè)整體，協(xié)同工作。但是，目前各個(gè)公司的機(jī)器人都需要各自不同的編程語(yǔ)言和不同的外設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，造成應(yīng)用時(shí)必須由專門的程序員編程，必須通過專門的轉(zhuǎn)換接口才能連接其他公司的外設(shè)。這些在一定程度上制約了機(jī)器人的推廣應(yīng)用。3 涂膠在車身中的應(yīng)用POLO車身車間的各個(gè)工藝塊地板、側(cè)圍、四門兩蓋以及總拼調(diào)整，均大量采用了涂膠工藝。車身車間所

13、采用的膠水從功能上可以分為：密封膠、折邊膠、點(diǎn)焊膠、支撐減振膠；從主基材上可分為：橡膠類、環(huán)氧類、塑溶膠。各種膠在車身中應(yīng)用能夠進(jìn)一步提高車身的安全性、舒適性、耐久性，同時(shí)也滿足了經(jīng)濟(jì)和環(huán)保上日益提高的要求。這些產(chǎn)品具有以下共性：1）   附著在油面鋼板上。2）   良好的耐水洗脫性。3）   固化于電泳烘房?jī)?nèi)或中頻加熱裝置中。4）   產(chǎn)品對(duì)后續(xù)的油漆工藝無(wú)不良影響。車身車間采用的膠水及其有關(guān)性能見表1。表1序號(hào)編號(hào)膠桶體積/L功能涂膠方式單泵/雙泵熱膠/冷膠主基材工藝塊1AMV 167 N6120點(diǎn)焊/折邊手工

14、/自動(dòng)單泵/雙泵冷膠環(huán)氧類地板/側(cè)圍2AKD 464 00120密封手工雙泵熱膠橡膠類地板3AKD 465 F0120密封手工雙泵熱膠塑溶類地板4AMV 167 W6050點(diǎn)焊/折邊手工單泵/雙泵熱膠環(huán)氧類總拼/四門兩蓋5AMV 153 W2420/200減振手工/自動(dòng)雙泵熱膠橡膠類側(cè)圍/四門兩蓋6AKL 450 F4020減振手工單泵冷膠橡膠類車頂天窗31      涂膠設(shè)備涂膠泵 POLO 車身車間全部采用德國(guó)SCA公司的涂膠設(shè)備，根據(jù)膠水的性能將涂膠泵分為熱膠泵和冷膠泵；按照膠桶的體積將涂膠泵分為20L、50L和200L；按照膠桶的數(shù)量將

15、涂膠泵分為單泵和雙泵。圖6、圖7為車間所采用的涂膠設(shè)備部分照片。自動(dòng)涂膠槍和手工涂膠槍 自動(dòng)涂膠所采用的涂膠泵同手動(dòng)涂膠的是一樣的。對(duì)于自動(dòng)涂膠，我們采取的解決方案是：在自動(dòng)焊接工位內(nèi)，安裝涂膠槍，槍的位置是保持靜止的，其出膠的控制與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)，而工位內(nèi)的機(jī)器人抓取零件按照涂膠軌跡移動(dòng)，從而完成整個(gè)涂膠過程。圖8為自動(dòng)涂膠方式中涂膠槍的照片。32      膠水有效期及更換管理（見表2）表2序號(hào)/類別AMV 167 N61AKD 464 001AKD 465 F01AMV 167 W60AMV 153 W24AKL 450 F40保存溫

16、度/20231025555153010252025使用溫度/<40-409035503565-4090約20有效期/月最多66最多43664 車身總成打孔整形技術(shù)應(yīng)用為提高總裝車間后燈、前橋支撐、后橋支撐等需精確定位的部位的定位精度，避免沖壓和車身累積誤差的影響，車身設(shè)計(jì)采用了在車身總成進(jìn)行打孔的技術(shù)。前后橋采用機(jī)械固定式打孔技術(shù)，在車身總拼和后蓋生產(chǎn)線對(duì)后燈匹配區(qū)域采取了ISRA打孔整形工藝，從而克服了累計(jì)制造公差的影響，達(dá)到了該安裝孔位在整車上±0.20mm的苛刻設(shè)計(jì)公差要求?？偝纱蚩渍渭夹g(shù)的原理及設(shè)備。總成打孔整形技術(shù)是德國(guó)大眾PP-V的一項(xiàng)專利，主要由ISRA測(cè)量系統(tǒng)

17、、打孔整形槍及SEF機(jī)器人組成。ISRA是一種新型的測(cè)量技術(shù)，它包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（照相機(jī)等），數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（PC等），數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)匹配形面進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采樣，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)采樣數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行比較分析，從而決定最佳的位置、角度及方向，并將結(jié)果反饋給SEF機(jī)器人，由SEF機(jī)器人控制打孔整形槍（見圖9）完成在零件上的打孔整形過程。由于SEF機(jī)器人具有比普通機(jī)器人高得多的精度（±0.1mm），從而保證了整套系統(tǒng)的高精度。打孔整形槍壓力及速度需要根據(jù)板厚及孔的大小進(jìn)行復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)方程式計(jì)算，從而保證零件順利地從槍的沖模中脫出，控制回彈變形。5 柔性化生產(chǎn)為了降低投資，節(jié)省空間，POLO兩廂

18、車和三廂車大量使用了柔性化生產(chǎn)技術(shù)。POLO柔性化主要由兩部分組成：一是夾具的柔性化，即同一夾具可用于不同車型的生產(chǎn)，如POLO底板、側(cè)圍、四門兩蓋和總拼都采用了這種技術(shù)；另一種是不同車型采用不同的獨(dú)立的夾緊系統(tǒng)，但通過轉(zhuǎn)臺(tái)或移動(dòng)臺(tái)共用機(jī)器人和焊接設(shè)備；如POLO底板2、側(cè)圍和四門等。6 夾具模塊化/RPS系統(tǒng)和Passat 一樣，POLO的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也采用RPS系統(tǒng)（統(tǒng)一定位點(diǎn)系統(tǒng)）。由于從單件到車身、油漆和總裝統(tǒng)一定位，從設(shè)計(jì)、制造到檢驗(yàn)統(tǒng)一車身坐標(biāo)，在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)規(guī)定了車身零件的定位點(diǎn)并且制訂了需要檢驗(yàn)的車身制造尺寸，以及車身和總裝需控制的功能尺寸，從而大大地方便了質(zhì)量控制檢驗(yàn)，確保了車身的

19、制造和裝配精度。同時(shí)工裝夾具也基本實(shí)現(xiàn)模塊化，從夾具轉(zhuǎn)盤、夾緊組支座，到定位銷、Tucker夾頭基本實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。這種標(biāo)準(zhǔn)化一方面加快了設(shè)計(jì)和制造的進(jìn)度，同時(shí)也有利于產(chǎn)品改型后的重新改造利用。7 TOX壓鉚連接技術(shù)的原理及特點(diǎn)7.1 TOX壓鉚連接技術(shù)的原理及特點(diǎn)TOX壓鉚連接技術(shù)是由于表面鍍層材料的廣泛應(yīng)用及異種材料連接的需要而研制、開發(fā)的一種新的連接技術(shù)。它采用如圖10所示TOX專利的氣液增力缸，通過6×105Pa或 10×105Pa的空氣壓力產(chǎn)生22000kN的工作壓力，使用如圖11所示的TOX專利連接模，形成如圖12所示的鉚接點(diǎn)。鉚接點(diǎn)上連接材料相互鑲嵌的，底部既無(wú)

20、棱邊也無(wú)毛刺，避免了應(yīng)力集中，可承受很高的動(dòng)載荷。連接過程無(wú)熱輸入，連接點(diǎn)處的材料表面鍍層也不會(huì)被破壞，同時(shí)避免了焊接飛濺及焊接變形，可實(shí)現(xiàn)多層材料、不同板厚、不同材質(zhì)的連接。在施壓過程中，采用“軟到位技術(shù)”及“增力自適應(yīng)技術(shù)”，大大節(jié)省了能耗，降低了噪聲并延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命。7.2 TOX壓鉚連接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1）   無(wú)熱輸入，不損傷材料表面，不產(chǎn)生焊接變形及焊接飛濺。2）   可實(shí)現(xiàn)多層板連接。3）   可實(shí)現(xiàn)異種材料連接。4）   氣動(dòng)控制清潔無(wú)噪聲。5）   連接強(qiáng)度達(dá)到點(diǎn)焊連接強(qiáng)度。6）&

21、#160;  節(jié)約能耗，降低成本。7.3 TOX壓鉚連接技術(shù)在POLO緊湊型轎車中的應(yīng)用在POLO車型中，我們采用如圖10所示的TOX槍在前蓋及后蓋中廣泛使用了TOX壓鉚連接技術(shù)，以TOX鉚接點(diǎn)完全取代了點(diǎn)焊連接。生產(chǎn)過程無(wú)飛濺、無(wú)煙塵、無(wú)噪聲，生產(chǎn)效率達(dá)到點(diǎn)焊速度（每點(diǎn)約3s），并且連接點(diǎn)質(zhì)量穩(wěn)定可靠，不受電極頭磨損情況的影響，效果非常好，如圖13及圖14所示。8 中頻感應(yīng)加熱傳統(tǒng)加熱方法是在車身四門中使用折邊膠并采用烘房進(jìn)行加熱，但采用烘房加熱有占用面積大和加熱時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。中頻感應(yīng)加熱是一種采用渦流效應(yīng)利用逆變?cè)碓谥蓄l下（約15Kh）對(duì)折邊區(qū)域進(jìn)行快速加熱的處理方式。整個(gè)加熱

22、過程分為三部分：加熱、保溫和冷卻，分別約需10s、20s、3s，整個(gè)過程可在1min左右完成，這與傳統(tǒng)烘箱的約20min時(shí)間相比是個(gè)很大的進(jìn)步。9 雙面鍍鋅在POLO車身中，大量使用了雙面鍍鋅板，雙面鍍鋅一方面增加了車身的防腐能力，但在另一方面也對(duì)焊接提出了較高的要求。對(duì)于點(diǎn)焊，由于功率大約增加10%20%，對(duì)能源的需求增加了，同時(shí)由于鋅蒸氣的產(chǎn)生（對(duì)于人身健康非常有害），車身必需采用更大容量的通風(fēng)系統(tǒng)。對(duì)于弧焊，為避免鋅蒸氣大量產(chǎn)生和破壞鍍鋅表面，大量使用MIG釬焊（熔化溫度低），而不是傳統(tǒng)的CO2焊。對(duì)于激光焊，為了獲得良好的焊接質(zhì)量，必須在設(shè)計(jì)時(shí)在沖壓件上增加工藝鋅蒸氣逸出點(diǎn)。10 先進(jìn)

23、的電氣技術(shù)總線系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在車身車間的應(yīng)用。在車身車間的生產(chǎn)設(shè)備中，隨著自動(dòng)化程度越來(lái)越高，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)（如：變頻器、現(xiàn)場(chǎng)總線等）應(yīng)用在生產(chǎn)設(shè)備中，且生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制顯得越來(lái)越重要。在本文中簡(jiǎn)單介紹Interbus總線和以太網(wǎng)在車身車間的應(yīng)用。10.1  Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)在車身車間生產(chǎn)線的電氣控制中，傳統(tǒng)方式為可編程控制器（PLC）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接線的控制方法，這種方式存在以下缺點(diǎn)：1）   布線工作量大，控制設(shè)備的控制點(diǎn)相互之間需并行布線。2）   安裝、調(diào)試復(fù)雜，對(duì)電纜的要求高。3）   故障診斷和查找困難

24、，維護(hù)不便。隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，輸入/輸出點(diǎn)越來(lái)越多，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制的缺點(diǎn)越來(lái)越明顯。從20世紀(jì)80年代中期逐步發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，克服了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制方式的上述缺點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)通過一條總線代替點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制中的并行電纜，將分散在現(xiàn)場(chǎng)的輸入/輸出連接到一起，不論控制設(shè)備的類型，如：可編程控制器的型號(hào)和制造商?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制的并行布線相比，具有如下特點(diǎn)：1）   低電纜費(fèi)用，在規(guī)劃、安裝調(diào)試時(shí)節(jié)約時(shí)間，并且由于電纜的數(shù)量大大減少，也減小了控制柜的空間。2）   現(xiàn)場(chǎng)總線的自診斷功能，大大縮短故障維護(hù)時(shí)間。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于

25、汽車、造紙、紡織及機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)，近兩年國(guó)內(nèi)新的汽車生產(chǎn)線已開始大量采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，但目前國(guó)內(nèi)的應(yīng)用仍大多集中在生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng)。目前在世界上應(yīng)用比較廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)有：Interbus、Profibus、DeviceNet等幾種，但在汽車行業(yè)生產(chǎn)線控制中，特別在歐洲，主要使用Interbus總線系統(tǒng)。上海大眾從Passat項(xiàng)目開始，在沖壓、車身、油漆、總裝各車間中廣泛采用lnterbus系統(tǒng)。其中，在車身車間，從單機(jī)設(shè)備到整個(gè)生產(chǎn)線的控制，全部采用lnterbus總線的控制方式?？偩€電纜在車身車間采用光纜，每根總線電纜包括進(jìn)線和回線兩根光纜。Lnterbus總線系統(tǒng)是

26、一個(gè)數(shù)據(jù)環(huán)結(jié)構(gòu)，總線適配控制板插接在控制柜可編程控制器底板的插槽中。總線適配控制板通過分散分布的帶有l(wèi)nterbus總線接口的I/O設(shè)備控制數(shù)據(jù)與外設(shè)之間的傳輸，采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)可以使數(shù)據(jù)的接收和傳送同時(shí)進(jìn)行。Lnterbus總線具有很強(qiáng)的診斷能力，可顯示總線中故障的位置和故障代碼信息，同時(shí)在運(yùn)行中對(duì)總線系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，在新版的lnterbus中甚至可以檢測(cè)I/O故障。單工位的lnterbus總線系統(tǒng) 圖15為單個(gè)手工電氣工位的lnterbus結(jié)構(gòu)配置圖，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的lnterbus系統(tǒng)。從圖中可以看出，lnterbus系統(tǒng)是一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)的環(huán)路系統(tǒng)，其中模塊A11A12安裝在控制柜中，主要連接設(shè)備

27、啟動(dòng)、斷開以及人員/設(shè)備安全相關(guān)的輸入/輸出。模塊盒XL20安裝在工位上，主要連接現(xiàn)場(chǎng)的輸入/輸出，如：控制夾頭打開/閉合的信號(hào)。模塊A11和模塊XL20為遠(yuǎn)程總線模塊。遠(yuǎn)程總線模塊將從總線適配控制板出發(fā)的遠(yuǎn)程總線段相互連接到一起，同時(shí)與本地的I/O模塊連接。整條自動(dòng)生產(chǎn)線的lnterbus總線系統(tǒng) 整條自動(dòng)生產(chǎn)線的lnterbus總線系統(tǒng)比單工位的系統(tǒng)復(fù)雜得多，但其基本結(jié)構(gòu)是一樣的。在整條自動(dòng)生產(chǎn)線中，lnterbus總線通過I/O模塊將各工位夾具的傳感器/執(zhí)行器信號(hào)、機(jī)器人控制柜、自動(dòng)焊工位的焊接控制器/涂膠設(shè)備/抓手、操作面板等具有總線能力的裝置連接到一個(gè)系統(tǒng)中，可編程控制器通過總線系統(tǒng)

28、實(shí)現(xiàn)整條生產(chǎn)線的控制。10.2  車身車間現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)場(chǎng)控制中也開始大量應(yīng)用，上海大眾從Passat項(xiàng)目開始，在車身車間開始使用焊接控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。從POLO項(xiàng)目開始，在車身車間中開始使用以太網(wǎng)系統(tǒng)。1021     焊接控制器網(wǎng)絡(luò)不同生產(chǎn)廠商的焊接控制器網(wǎng)絡(luò)會(huì)有所不同。在POLO項(xiàng)目中，使用的是MedWeld3005電阻焊接控制器。一臺(tái)主機(jī)最多可以連接30臺(tái)焊接控制器，主機(jī)可以通過以太網(wǎng)卡連接到下述的以太網(wǎng)中。通過軟件MedView （oderWebView）的支持，可實(shí)現(xiàn)以下功能：1）  

29、以從焊接控制器上載焊接參數(shù)到主機(jī)中，進(jìn)行焊接參數(shù)的備份；也可在主機(jī)上修改焊接參數(shù)并下載到相應(yīng)的焊接控制器中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)網(wǎng)的焊機(jī)進(jìn)行集中編程。這樣可以嚴(yán)格保證工藝參數(shù)的安全。2）   可以對(duì)指定焊接控制器的焊接過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并指定時(shí)間段對(duì)焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，有利于對(duì)焊接質(zhì)量的控制與跟蹤。3）   可以對(duì)聯(lián)網(wǎng)焊接控制器進(jìn)行報(bào)警與故障的監(jiān)控與收集，從而縮短故障的排除時(shí)間，并對(duì)故障類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。1022     Ethernet以太網(wǎng)和辦公室中的局域網(wǎng)相類似，在Ethernet網(wǎng)絡(luò)中，機(jī)器人控制器、Interbus主控

30、板、西門子可編程控制器、焊接控制器網(wǎng)絡(luò)主機(jī)和其他總線能力的工藝設(shè)備通過RJ45接口連接開關(guān)模塊OSM的作用與辦公網(wǎng)絡(luò)中的HUB類似，在POLO車身項(xiàng)目中，只使用OSM TP62和OSMTP53，每個(gè)模塊最多可連接6個(gè)RJ45接口。在相關(guān)軟件的支持下，對(duì)聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)類似焊接控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份、集中編程、運(yùn)行監(jiān)控等功能，并可與管理級(jí)主機(jī)和工廠的辦公網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理。11              EIS系統(tǒng)111 &#

31、160;    概述FIS（Fertigungsinformations-und Steuerungssystem）是一個(gè)生產(chǎn)信息控制系統(tǒng)，它可以用來(lái)派發(fā)生產(chǎn)程序，提供工作指令，給系統(tǒng)/機(jī)器控制（PLC）提供信息支持，控制生產(chǎn)進(jìn)程和支持質(zhì)量控制。FIS是大眾集團(tuán)（VW）的一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，應(yīng)用于其遍布世界各地的工廠。112      背景上海大眾已經(jīng)于2001年成功地在汽車三廠Passat車間實(shí)施了FIS系統(tǒng)，而上海大眾分別于2002年和2003啟動(dòng)了POLOVW240和VW241的生產(chǎn)，由于VW240/241車身

32、裝備了天窗，有4種車型的變化，加上油漆十幾種顏色的排列組合，完全靠人工識(shí)別組織生產(chǎn)顯然無(wú)法滿足現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)的要求；與此同時(shí)，隨著汽車消費(fèi)市場(chǎng)的發(fā)展和消費(fèi)者觀念的更新，即時(shí)訂單化生產(chǎn)方興未艾，實(shí)施科學(xué)的生產(chǎn)控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。113      FIS的核心 FIS系統(tǒng)具備了包括從德國(guó)大眾狼堡主機(jī)系統(tǒng)INFAS接收車輛訂單，在工廠生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)控制，協(xié)調(diào)外部倉(cāng)庫(kù)和供應(yīng)商，到通過檢測(cè)點(diǎn)ZP8整車出廠給銷售運(yùn)輸公司的全部功能。1131     訂單管理上海大眾FIS服務(wù)器從INFAS源系統(tǒng)接收新訂單，現(xiàn)有訂單的

33、更改，取消及車輛交出后訂單的刪除。反饋信息給INFAS（被選的和重要的車輛狀態(tài)信息）。此模塊包括所需的數(shù)據(jù)庫(kù)管理能力。1132     數(shù)據(jù)捕捉點(diǎn)的工作過程在生產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)線上，車輛的識(shí)別是通過條形碼（TPS標(biāo)簽或M1標(biāo)簽）或移動(dòng)數(shù)據(jù)裝置進(jìn)行的，數(shù)據(jù)被傳輸?shù)皆谏a(chǎn)區(qū)級(jí)的PLC，車間底層控制系統(tǒng)或記錄數(shù)據(jù)裝置。當(dāng)處于生產(chǎn)線上某一車身的信息被讀入，此數(shù)據(jù)則被送到FIS系統(tǒng)，所設(shè)置的車輛狀態(tài)將被記入FIS數(shù)據(jù)庫(kù)中。一個(gè)FIS車輛的狀態(tài)可啟動(dòng)FIS系統(tǒng)內(nèi)部不同的操作。如打印輸出，將傳輸格式傳到其他系統(tǒng)或把信息傳到外部供應(yīng)商處。若目標(biāo)資源如打印機(jī)被鎖定，F(xiàn)IS系統(tǒng)將

34、自動(dòng)轉(zhuǎn)到系統(tǒng)裝配時(shí)預(yù)定的備份資源上。1133     控制室操作系統(tǒng)FHLEITFHLEIT包括了所有的系統(tǒng)功能以便處理在中心控制室的全套FIS系統(tǒng)。主要功能有：1）   鎖定/解鎖系統(tǒng)資源（設(shè)備，邏輯數(shù)據(jù)渠道）。2）   報(bào)表或標(biāo)簽的再打?。ㄈ糇詣?dòng)打印有誤時(shí)）。3）   模擬數(shù)據(jù)捕捉點(diǎn)。4）   車輛狀態(tài)的預(yù)設(shè)定。5）   對(duì)應(yīng)生產(chǎn)日程的處理。6）   車輛銷毀。7）   系統(tǒng)監(jiān)控等。1134  

35、;   標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表提供車輛的相關(guān)信息（車輛信息、車的原始信息），換班報(bào)表，生產(chǎn)報(bào)表（用戶可選參數(shù)）和檢測(cè)點(diǎn)ZP8的報(bào)表。114               工廠系統(tǒng)規(guī)則圖16顯示了FIS系統(tǒng)與其相關(guān)系統(tǒng)的接口。 115               系統(tǒng)實(shí)施1151  &#

36、160;  FIS系統(tǒng)在汽車一廠整體實(shí)施方案FIS系統(tǒng)在汽車一廠的啟動(dòng)時(shí)間定于2002年12月份。鑒于新油漆車間將在2003年4月份投產(chǎn)，在2002年12月份FIS系統(tǒng)只能限于支持車身車間、舊油漆車間和總裝車間的生產(chǎn)流程。為此，上海大眾決定FIS將不被用于控制舊油漆車間的生產(chǎn)流程。由此來(lái)看，F(xiàn)IS系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行將分為兩個(gè)階段，見圖17。第二階段又可被分為兩個(gè)分階段。實(shí)施階段1：舊油漆車間的運(yùn)行和新油漆車間的模擬運(yùn)行 實(shí)施階段2a：一定時(shí)期內(nèi)新舊油漆車間同時(shí)運(yùn)行 實(shí)施階段2b：具備FIS支持的新油漆車間 1152     FIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)捕捉點(diǎn)在數(shù)據(jù)