关于我国汽车生产自动化装配技术发展的探讨

李新 时鑫

摘要：随着中国汽车行业的发展，汽车的生产规模迅速扩大，自动化技术与设备正在汽车制造行业得到越来越广泛的应用，许多国内汽车制造企业纷纷在自己的生产线上使用了机器人、传感、监控系统等技术。与人力资源相比，自动化系统可以承受更高难度、高强度的劳动，能够执行更高精确度的工作，在工作中更准确、更安全。那么汽车生产自动化技术的发展成为了世界瞩目的焦点之一。

关键词：汽车生产;自动化技术;发展

自动化是国内汽车制造业发展的趋势，面对这个情况，汽车行业应该要形成完整的自动化生产模式。自动化生产是指生产过程中有机器人作业，每一个工序都有机器人和自动化设备完成。汽车的自动化生产具有较强的稳定性，可以减少人工成本，提高汽车的质量和生产效率，在整个汽车行业发展的过程中，自动化生产是有益无害的，可以说汽车制造业在今后将成为自动化的主力市场之一，在汽车生产过程中，原来的准备、车身焊接、装配检查无一不应用到工业机器人、监控系统等自动化技术与设备。

一、回顾我国汽车生产自动化技术的发展历程

技术的价值是需要在行业中应用才能体现出来。自动技术在汽车行业应用的演变也是自动化技术发展的缩影，回顾自动化技术在汽车行业的发展，对把脉未来汽车行业对自动化技术的需求有着积极的作用。40到60年代初，市场需求动力主要表现在提高资源有效利用，减轻劳动强度，提高产品质量及适应批量生产的需求。该阶段表现为单机自动化阶段，主要特点体现在各种单机自动化加工设备的出现，并不断扩大应用向着工业自动化纵深方向发展。从60年代到70年代初，市场竞争加剧，要求产品更新，产品质量高，同时适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。在这阶段自动化进入了以生产线为标志的时期，在单机自动化的基础上，各种组合机床、组合生产线出现，软件数控系统也出现并用于机床行业。我国汽车行业基本以继电器控制技术为主，生产主要应用组合機。

由于市场环境的变化，多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重，要求自动化技术向其广度和深度发展，进而表现出各相关技术融合的趋势，并发挥其整体的最佳效能。因此在70到80年代初期，顺序逻辑受到了追捧，通过应用顺序逻辑改造部分控制系统老旧和逻辑比较复杂的设备。这一时期半导体技术的学习和应用逐渐形成热潮。这一时期，随着总线高调进入市场的同时，PLC、变频器、位置控制及A/D技术被引进到汽车行业。80年代中期，我国汽车行业逐渐引进了数控技术，数显、数控、机器人及加工中心代表了数控技术的自动化发展水平。发那科、西门子系统在我国汽车行业占据了较大的市场份额，国内汽车行业用户通过不断引进和改造大批数控设备、加工中心，至今在汽车行业的部门发动机生产以加工中心为主题设备，形成加工中心柔性生产线，为汽车产品的快速更新换代奠定了设备技术基础。作为数控技术的延伸，机器人技术也越来越多的被应用到整车制造中。这时期的机器人被应用在汽车行业的车身焊接、涂胶、喷漆、搬运等领域中。从上世纪90年代后期开始，随着互联网技术的发展，汽车行业逐步兴起应用网络信息技术。

二、汽车生产自动化技术的最新发展及方向

汽车生产自动化现代测量技术应高精度、高速度、多功能、在线检测的需求，不断取得新的发展与突破。目前自动化技术发展的一个主要趋势，是控制器功能的集成化，以及通讯的集成化。长久以来，由于技术的限制，在一个自动化技术中需要使用多种，来自多个厂商的专一功能的控制设备。相应地在通讯上，有一般控制任务的现场总线;用于安全控制的安全总线;用于运动控制的通讯。这样集成得到的系统，复杂性高，无论系统集成商，还是设备使用维护方，除了掌握各种不同的技术外，还必须适应不同厂商产品的不同设计习惯，不同的软件编制风格。还有，不同系统之间的接口和通讯进一步增加了系统的复杂性。而且从一定程度上，降低了系统的性能。现在，集成了上述几个和全部控制功能的控制器越来越多。比如集成了一般控制功能和安全控制功能的PLC，集成了PLC功能和运动伺服控制功能的基于PC 的控制器，等等。同时在通讯领域也在发生重大变化，以太网借着在一般网络上取得的巨大成功，已经在工业领域逐步深入，开始牢牢确立自己的地位。集多种通讯功能于一身的以太网产品已经出现，随着技术的逐渐成熟，产品的逐渐丰富，以太网技术是目前能够看到的一统江湖的通讯网络。

汽车行业自动化技术的快速应用和发展来源于以下动力：

1.劳动生产率的要求。越来越高的劳动生产率要求，减少的人需要用自动化设备替代。

2.汽车控制自动化。汽车产品技术的日新月异，越来越朝智能化、舒适化发展，这就要求制造和测试汽车的设备也更加智能化和自动化。

3.品质标准提升。汽车行业对汽车品质的安全性、制造质量、环境要求越来越高，也催生了设备自动化检测技术和制造技术的提升。

4.成本需求。由于汽车产能的快速发展，逐步使市场出现过剩。因此，要提升竞争力，必须尽量降低成本。而降低成本的重要途径之一，就是提升制造效率，摊薄制造成本。这也拉动了自动化技术的快速发展。

三、汽车自动化技术发展阶段特征

随着生产需求及环境的变化，自动化技术也在不断的发展与完善。反过来，自动化技术的每一次前进推动着生产应用的变革。在建设资源节约型社会的今天，生产方式正在悄然的发展改变，用户对于自动化的需求已经从单一产品提供形式向着整体解决方案的方式转变。从节能、环保、信息化、物联网到生产保障、生产安全，乃至整个制造业升级，其需求本质都是解决方案式的服务，这也成为当前自动化市场发展的主要特征。

用户对解决方案式服务的需求代表着我国工业生产将进入整体工厂阶段，这个阶段代表着目前设备技术的最高水平。以汽车行业为例，该阶段要求自动化技术能力应该满足：

（1）具备高产能的特点;

（2）工厂工艺总体设计，各工序全面兼顾，实现工序之间的内在无缝衔接，大幅度的提升制造质量;

（3）柔性化生产线，缩短产品更新换代改造的周期;

（4）信息技术成为设备技术的基础载体，实现信息实时传递，通过中央控制室监视、控制、追溯及管理;

（5）应用物联网技术，使车型混流生产做到井然有序;

（6）精益生产，实现生产组织、物流配送等以最经济的方式完成生产全过程。

整体工厂解决方案的发展需求与我国“自动化与信息化”融合的发展趋势相匹配。目前，主流自动化企业在提供整体解决方案上抢先一步。西门子早在几年前推出了全集成自动化软件TIA，是业内首个采用统一的工程组态软件和软件项目环境的自动化软件，借助该全新的工程技术软件平台，用户可以快速直观的开发和调试自动化系统。TIA博途采用新型、统一软件框架，用户可在同一开发环境中组态西门子所有的可编程控制器、人机界面和驱动装置。在控制器、驱动装置和人机界面之间建立通信时的共享任务，可大大降低连接和组态成本。

有专家说，在整体解决方案能力上外资品牌处于领先的地位，随着国内厂商技术水平的不断提升，也涌现了优秀的解决方案提供者。因此，对用户而言，在能够满足应用的条件下，国内厂商在成本上的优势往往是吸引用户的关键。

四、电气自动化在汽车性能设计上的应用

近些年，我国的经济取得了很大的发展，但是伴随着汽车数量的增加与路况复杂程度的不断提高，驾驶的难度也越来越高，并且开始逐渐融入人类的能力范畴。当前，汽车驾驶自动化的实现主要借助于计算机技术及控制技术来实現。现在，汽车的竞争已经进入了白热化的状态，汽车生产厂家都下大力气在汽车性能的提升上，其中自动化就是它发展的一个重要方向。驾驶者可以在计算机的协助下将驾驶工作逐渐转移到用自动化技术来实现，通过厂商的大力发展，自动化技术在提升道路利用率，降低车辆的制造成本及燃油消耗方面都取得了进展与突破，收获了可观的经济效益。

五、汽车生产安全技术

随着汽车的速度越来越快以及道路越来越拥挤，驾驶的安全性已经成为汽车厂商首要考虑的问题。汽车制造设备，尤其是冲压设备，都是安全等级要求极高的设备，一直以来也是安全控制产品的主要应用领域，从很多安全产品和应用中，都能明显看到这一点。由于法律和文化等诸多方面的原因，欧洲的安全技术和产品一直处于领先，应用也最为成熟和广泛。在我国，安全一直被放在很高的位置，但多数停留在“对人进行安全教育”的层面，认为安全事故的主因在人，把对技术措施的改进放在第二位。但是国外，尤其是欧洲多年推行安全技术，事故率大大降低。这一事实说明安全事故的预防也是一个技术问题，技术性的措施比对人的教育更加重要。可喜的是，目前安全技术在国内的应用日益广泛。虽然我国强制性的推行国际安全技术标准，但大多汽车制造厂对安全技术有比较严格的要求，带动了安全技术在国内机器制造行业的应用。而且，随着美国和日本逐渐重视安全技术，使得美国和日本的电气控制巨头们也推出了诸多具有竞争力的安全产品。对安全技术的应用有了更大的推动作用。一般来说，安全控制系统应该包括安全输入设备，安全控制电气元件。其中，安全P L C 是在应用中值得重点关注的产品。所谓安全PLC，就是专门为条件苛刻的任务或安全相关的应用而设计的PLC，在其失效时不会对人员安全或过程安全带来危险。在一台安全PLC根据要求达到了特定的可靠性/故障概率等级时，就意味着它具有广泛的自诊断能力，可以监测各个方面的硬件状态、程序执行状态和操作系统状态。此外，安全PLC 还必须能够执行标准机构认证的必须的故障安全动作，而这些故障安全动作都是根据特定的原则设计，并满足国际安全标准中定义的要求。另外，安全PLC 还可能包括警卫保护预警和权限管理的内容，用来保护安全PLC 不受来自外界的干扰。同时，都试图将安全PLC 与其他机械安全产品一起构成完整的机械安全解决方案。

六、总结

汽车制造企业纷纷在自己的生产线上使用了机器人、传感、监控系统等技术，与人力资源相比，自动化系统可以承受更高难度、高强度的劳动，能够执行更高精确度的工作，本文主要讨论了我国汽车生产自动化装配技术的发展现状及存在的问题，主要从发展背景及历程、未来的发展方向及应用、电气自动化以及安全技术等方面进行了研究分析，最后得出自动化系统在工作中更准确、更安全，未来汽车生产自动化技术的发展成为了世界瞩目的焦点之一。

参考文献：

[1] 白文亭 汽车自动化迎来集成化时代 电气时代 2009年底9期.

[2] 黄正夏 电动汽车 21世纪汽车工业的发展方向 当代经济 2003.5.9.

[3] 肖红亮 自动化技术在汽车中的应用 百家论剑 2012.01.

（作者单位：北京机械工业自动化研究所有限公司）