數字化在汽車涂裝生產線的應用與未來發展趨勢

楊磊　王海軍　牛利超

摘 要：隨著科技的不斷發展，數字化技術逐漸滲透到汽車涂裝生產線中，大大提高了生產效率和質量。在汽車制造過程中，涂裝生產線是非常重要的組成部分，它不僅影響著汽車外觀的質量，還關乎到汽車的防腐和耐磨性能。本研究探討了數字化在汽車涂裝生產線中的應用與未來發展趨勢。首先，介紹了汽車涂裝生產線的相關內容，接著分析了汽車涂裝生產線中的常見問題，基于此，進一步提出了數字化技術在汽車涂裝生產線的應用路徑，并展望了數字化技術在汽車涂裝生產線中的未來發展趨勢。

關鍵詞：數字化 汽車涂裝 生產線 發展趨勢

1 引言

汽車制造業作為國民經濟的重要支柱，其生產效率和產品質量直接影響到經濟的發展。涂裝作為汽車制造過程中的一個關鍵環節，其生產效率和質量控制尤為重要。傳統的涂裝生產線往往依賴人工操作，存在著生產效率低下、產品質量不穩定等問題。目前，數字化技術已經成為了推動工業現代化的重要力量，因此，如何將數字化技術引入到汽車涂裝生產線中，提高生產效率和質量，成為當前研究的熱點問題。

2 汽車涂裝生產線的工藝流程

汽車工件涂裝之前需提前進行預處理，處理步驟包括除油、除銹、磷化、鈍化等，通過上述步驟去除工件表面的油污、銹跡、雜質等，從而增加工件涂層的附著力。涂裝前，工件需要經過靜電除塵處理，去除表面的灰塵、雜質等，保證涂層的均勻性。工件經過前處理和靜電除塵后，相關人員需要對其進行噴涂處理。汽車工件需根據不同的工藝要求選擇不同的噴涂方式和涂料，如手動噴涂、自動噴涂、粉末噴涂等。相關人員完成噴涂作業后，就要對工件進行加熱固化處理。通過這一流程使涂料在工件表面形成一層均勻、光滑、耐磨的涂層，然后在對工件進行冷卻處理。完成所有的涂裝作業之后，相關人員需對工件的表面進行檢查，確保工件表面的涂層質量和外觀符合設計要求。因此，汽車涂裝生產線是一個復雜的過程，需經過多個步驟和環節，每個環節都需要嚴格的質量控制和技術要求，最終才能確保生產的產品質量和性能符合高標準要求。

3 傳統汽車涂裝生產線的常見問題

3.1 線邊物料配送缺乏時效性

汽車工件涂裝過程中，相關人員要及時將產品物料清單上的原物料和包裝材料等全部放在生產線上，只有保證線邊物料配送的時效性，才能使裝配生產實現標準化。然而，部分汽車制造企業在生產過程中，為了避免影響生產會提前將物料超額放在生產線旁邊，雖然這種做法能夠確保物料的充足性，但降低了使用率。并且無論是將物料放在倉庫還是生產線旁邊，都容易造成積壓。既會影響到汽車生產企業的資金流動，也會影響到車間的現場管理[1]。

3.2 車間信息采集缺乏時效性

汽車工件涂裝生產線對時效性要求較高，如果生產過程中采集到的數據缺乏實效性，就無法為車間生產和管理工作的時效性提供保障。一般情況下，汽車涂裝生產車間都會安裝監控系統，就是為了能夠實施采集相關數據，通過這些數據就能對生產工程中的異常情況做出判斷。然而，部分汽車生產制造企業涂裝生產線的數據采集缺乏時效性，這樣一來采集到的數據就不能作為生產任務分配、質量分析和產量分析的參考依據，相關人員也無法根據采集到的數據分析和統計庫存量，對汽車涂裝生產線的穩定性也會造成干擾。

3.3 車身信息跟蹤缺乏時效性

車身信息跟蹤的主要目的是為了對汽車工件的生產過程進行動態化管理，通過車身信息跟蹤能夠隨時掌握工件加工的具體位置、狀態以及數量等數據，相關人員根據跟蹤數據也能判斷出產品的生產數量和質量，從而分析生產進度，合理控制物料質量。然而，部分汽車生產加工企業的車身信息跟蹤系統不夠完善，采集到的跟蹤信息缺乏時效性，即便是將這些數據和監控數據全部傳送至數據庫中，也無法為工件的生產流程優化提供有效信息[2]。

4 數字化在汽車涂裝生產線的應用路徑

4.1 利用數字化技術提高汽車涂裝生產線的自動化水平

第一，通過數字化技術對汽車涂裝生產線的涂層厚度進行智能化控制。在數字化技術的支撐下，相關人員可以通過儀器對涂裝生產線的涂層厚度進行實時監控，一旦涂層厚度不均勻，生產線就能自動對涂料的噴涂量進行調整，從而確保汽車工件涂層厚度的均勻性。

第二，通過數字化技術對涂裝輸送控制系統進行自動化設計。傳統涂裝生產線上的電氣控制系統基本上都是采用集中控制，雖然這種方式能夠簡化控制流程，但是卻存在很多弊端，如：配電柜的管理難度大、導線數量多且縱橫交錯、增加了調試維護難度等。應用數字化技術就可以將PLC技術作為電氣控制的核心，采用總線模塊和變頻器等分散控制代替傳統的電控柜和電纜，然后再通過以太網實現全面監控和數據管理，保證監控系統和生產線數據管理數據的實時傳輸。

第三，利用數字化技術對涂裝生產線實現智能化管理調度、數據采集和智能維保。該技術實現過程中，可以利用云計算、大數據、物聯網等技術將涂裝生產線的智能管理系統與汽車生產制造企業的管理系統連接在一起，從而實現對生產線的智能化運營管理。例如：將物聯網技術應用在涂裝生產線中，就能對整個生產線上的所有設備和傳感器進行遠程監控，實時監測設備的運行狀態和參數，自動調整設備的運行狀態。還可以利用數字化孿生技術在虛擬環境中模擬涂裝生產線的運行狀態和各種參數，實現涂裝生產線的數字化孿生[3]。

第四，利用數字化技術實現涂裝生產線輸送控制系統的自動化建設?；溯斔蜋C是汽車涂裝生產線最主要的輸送設備，主要是由帶式滾床、摩擦滾床、移行機、旋轉機、升降機等設備組成。這些設備在運行階段都是根據生產需求按照一定的生產節拍和路線完成輸送，從而將車身的前處理、PVC噴涂、中涂、烘干等全部工藝環節連接起來。升降機是涂裝生產線非常重要的設備之一，包括升降裝置、滾床、升降架定位器等結構。為了確保升降機的平穩啟動和停車，升降裝置使用變頻控制，而變頻控制方式為速度閉環矢量控制。同時還要使用光電傳感器、接近傳感器及限位開關等對升降機斷帶、人員誤闖、升降極限位等進行故障監測。當出現故障時，PLC將停止運行并關閉電機制動，同時將報警信息上傳到監控系統。在涂裝車間中，所有的設備都通過現場分布式工業現場總線相連，PLC通過執行用戶程序來控制設備的運行和故障保護功能。PLC通過連接工業以太網，將設備的運行狀態和故障信息發送給中央監控系統，實現設備的自動化控制和遠程監控。中央監控系統可以對整個涂裝車間的生產過程進行實時監控和管理，確保生產過程的順利進行。

4.2 利用數字化技術提高汽車涂裝生產線的柔性化水平

第一，車身自動識別系統。相關人員只需在滑撬或者車身上安裝識別標簽，然后在車間的固定位置增設讀寫站，就能自動對車體進行識別和跟蹤。在這個過程中涉及到的識別介質主要包括鋼條碼、條形碼和射頻識別標簽。

鋼條碼采用的識別原理主要是將之前的十進制識別碼轉化成二進制之后，再用鋼板將其沖壓成數據孔，就成為了鋼條碼。讀取裝置上都專門安裝了激光傳感器，只有傳感器獲取了讀取指令，就會利用傳感器讀取鋼條碼，然后在利用編碼規則將二進制轉化為傳統的十進制識別號，從而獲得車體信息。

另外兩種識別系統分別是條形碼和射頻識別標簽（RFID）。條形碼的識別原理是利用不同寬度的黑條和空白按照特定的編碼規則排列而成。一旦條形碼掃描器的光線能夠照射到條形碼上并向外反射時，光線就能直接照射到光電轉換器上。光電轉換器再結合不同強度的光線將其轉化為電信號，通過芯片進行數據處理得到條碼信息[4]。

射頻識別標簽則采用電磁感應的方式實現數據的讀取和寫入操作。射頻識別標簽進入到讀取裝置的磁場中后，就能接受射頻信號，還可以通過感應電流的能量發送芯片中的信息。射頻識別標簽也能具備主動發送信號的功能，能夠自主讀取和解碼裝置相關信息，即可獲取存儲在標簽中的相關信息。

值得一提的是，與其它兩種識別系統相比，鋼條碼識別系統具有出色的耐高溫性能，可以在惡劣的生產環境下持續穩定地工作。此外，鋼條碼識別的使用壽命較長且穩定性強，尤其適用于涂裝車間內局部工藝段高溫、高濕、易爆的生產環境。然而，由于鋼條碼標簽無法實現數據存儲功能，需要將車身條碼和相關路由、質量等信息存入數據庫并檢索數據庫來實現車體信息的查詢和修改操作。因此，相對于成套進口的識別系統而言，鋼條碼識別系統在識別成功率、運行穩定性以及造價成本方面均具有顯著優勢。

第二，識別系統架構設計。服務器將PLC發送的車體信息、質量信息、滑橇號等存儲到數據庫中，以便后續的報表和質量追蹤使用?，F場操作屏通過PLC進行參數設置或生產控制，同時顯示PLC的報警信息和網絡故障等信息，以便相關人員及時處理故障。涂裝生產線存儲區排序需要從ERP獲取車體的批次和順序信息，根據批次號和順序號實現車體排序。此外，在下線口識別站點將下線車輛的信息發送到ERP，以便物料配送和查看生產計劃的完成情況。在車間的分道點，識別系統服務器計算當前車輛的路由信息并發送給輸送系統，輸送系統再結合信息選擇輸送路徑，確保生產線的自動化運行。機器人通過自動噴漆線和涂膠線入口的識別系統就能掌握車型和顏色等信息，然后在根據這些信息自主調整工作模式。

4.3 利用數字化技術提高汽車涂裝生產線的管理水平

第一，在汽車涂裝生產線中，應用ANDON系統可以為相關人員提供可視化生產信息，工作人員就能第一時間掌握設備故障信息，并向設備維護人員請求幫助。利用該系統還能及時掌握生產計劃、車數生產信息等方面的資料。該生產線的操作流程中的作業人員只需要工位拉繩就能直接激活該系統，隨后該系統就會通過指示燈和提示音樂的方式提醒管理人員，隨后管理人員在根據提示內容做出回應。最后，技術人員再根據相關數據對系統的呼叫次數和生產線的停運時長進行全面分析，這樣才能全面發現并解決問題[5]。

第二，設計ANDON系統。該系統設計階段，需在所有崗位的兩側增設拉線開關，同時還要增加到位停線和緊急停線的功能。該系統可以自動將生產過程中的信息向外進行傳遞，相關人員只需通過車間內的LED屏就能快速判斷出停線的具體位置，從而制定相應的補救措施。

此外，ANDON系統還具備監控功能。通過該系統的服務器實時采集相關數據，然后在將這些數據傳輸至后臺的數據庫中。相關的技術人員只需通過數據就能判斷出車間生產線運行的具體情況。如果工位的生產物料補充不及時，技術人員只需要操作按鈕，物流區就能通過LED屏了解哪個工位缺乏物料，系統還會通過語音的方式給予相應的提醒。除此之外，ANDON系統將所有與生產線相關的數據采集之后自動保存和備份，能夠為后期數據的使用和查詢提供便利條件。與此同時，該系統還可以為相關人員提供報表來保存各種參數和監控數據，如：用戶參數設置報表、監控報表等。

5 汽車涂裝生產線數字化建設未來的發展趨勢

汽車涂裝生產線應用數字化技術后，一方面要朝著智能化和精細化的方向發展，汽車涂裝生產線的智能化建設能夠為相關企業帶來更多的發展機遇。智能化精細化發展階段，汽車涂裝生產線就能對產銷流程進行全面把控，還能增強涂裝生產階段的可控性，避免生產線受到過多人工因素的干預，也能保證相關數據采集的時效性，同時還能自動生成生產計劃和進度計劃。智能化涂裝生產線的識別系統未來可以直接與工廠的ERP系統對接，各項功能也能覆蓋至銷售環節和售后環節，生產線就能根據產品的訂單和銷量完成自動編制生產計劃，促使所有與訂單信息相關的數據流通與各個生產環節，從而提高汽車生產制造企業的生產效率[6]。

另一方面汽車涂裝生產線應用數字化技術之后，要朝著節能環保的方向發展。例如：在數字化技術的支撐下通過實時監控設備和機器的運行狀況，可以更有效地管理能源使用，減少不必要的能源浪費。相關領域還可以通過數字化技術實現生產資源的優化配置和循環利用。例如，通過精確的數據分析制定更加合理的生產計劃，降低庫存和物流成本，還要實現廢料回收和再利用，提高資源利用效率。除此之外，汽車生產制造企業還可以利用數字化技術緩解涂裝生產線對環境造成的污染。如：通過優化涂料的使用和降低廢氣、廢水和廢渣的產生，利用數字化技術提高生產線設備的運行效率，減少故障率和停機時間，進一步降低環境負擔，從而減少對環境造成的負面影響。

6 結語

總而言之，數字化技術正在為汽車涂裝生產線帶來巨大的變革和機遇。應用數字化技術不僅能夠提高汽車涂裝生產線的自動化水平、管理水平和柔性化水平，促使涂裝生產線實現精準控制和高效運行，還能使汽車涂裝生產線朝著智能化精細化和節能環保的方向發展。在數字化技術的支撐下，汽車涂裝生產線的改革和優化既能提高汽車生產制造企業的生產效率，也對整個行業的可持續發展能起到積極作用。

參考文獻：

[1]宋洪成，徐娟娟.汽車涂裝生產線電氣自動化控制系統研究[J].時代汽車，2020，（22）：148-149.

[2]馬雁楠.汽車涂裝生產線優化研究[J].現代工業經濟和信息化，2020，10（06）：48-49+78.

[3]潘雷亮，徐士杰.汽車涂裝生產線規劃設計 [J]. 設備管理與維修，2019，（02）：158-159.

[4]馬一鳴.汽車涂裝生產線新技術的應用及發展 [J]. 時代汽車，2018，（09）：126-127.

[5]尹志勇.汽車涂裝生產線的柔性化關鍵技術研究[D].鎮江：江蘇大學，2018.

[6]韓達，王銳，魏宏基.數字化在汽車涂裝生產線的應用與發展[J].汽車工藝師，2016，（08）：66-70.