数字化在汽车涂装生产线的应用与未来发展趋势

杨磊　王海军　牛利超

摘 要：随着科技的不断发展，数字化技术逐渐渗透到汽车涂装生产线中，大大提高了生产效率和质量。在汽车制造过程中，涂装生产线是非常重要的组成部分，它不仅影响着汽车外观的质量，还关乎到汽车的防腐和耐磨性能。本研究探讨了数字化在汽车涂装生产线中的应用与未来发展趋势。首先，介绍了汽车涂装生产线的相关内容，接着分析了汽车涂装生产线中的常见问题，基于此，进一步提出了数字化技术在汽车涂装生产线的应用路径，并展望了数字化技术在汽车涂装生产线中的未来发展趋势。

关键词：数字化 汽车涂装 生产线 发展趋势

1 引言

汽车制造业作为国民经济的重要支柱，其生产效率和产品质量直接影响到经济的发展。涂装作为汽车制造过程中的一个关键环节，其生产效率和质量控制尤为重要。传统的涂装生产线往往依赖人工操作，存在着生产效率低下、产品质量不稳定等问题。目前，数字化技术已经成为了推动工业现代化的重要力量，因此，如何将数字化技术引入到汽车涂装生产线中，提高生产效率和质量，成为当前研究的热点问题。

2 汽车涂装生产线的工艺流程

汽车工件涂装之前需提前进行预处理，处理步骤包括除油、除锈、磷化、钝化等，通过上述步骤去除工件表面的油污、锈迹、杂质等，从而增加工件涂层的附着力。涂装前，工件需要经过静电除尘处理，去除表面的灰尘、杂质等，保证涂层的均匀性。工件经过前处理和静电除尘后，相关人员需要对其进行喷涂处理。汽车工件需根据不同的工艺要求选择不同的喷涂方式和涂料，如手动喷涂、自动喷涂、粉末喷涂等。相关人员完成喷涂作业后，就要对工件进行加热固化处理。通过这一流程使涂料在工件表面形成一层均匀、光滑、耐磨的涂层，然后在对工件进行冷却處理。完成所有的涂装作业之后，相关人员需对工件的表面进行检查，确保工件表面的涂层质量和外观符合设计要求。因此，汽车涂装生产线是一个复杂的过程，需经过多个步骤和环节，每个环节都需要严格的质量控制和技术要求，最终才能确保生产的产品质量和性能符合高标准要求。

3 传统汽车涂装生产线的常见问题

3.1 线边物料配送缺乏时效性

汽车工件涂装过程中，相关人员要及时将产品物料清单上的原物料和包装材料等全部放在生产线上，只有保证线边物料配送的时效性，才能使装配生产实现标准化。然而，部分汽车制造企业在生产过程中，为了避免影响生产会提前将物料超额放在生产线旁边，虽然这种做法能够确保物料的充足性，但降低了使用率。并且无论是将物料放在仓库还是生产线旁边，都容易造成积压。既会影响到汽车生产企业的资金流动，也会影响到车间的现场管理[1]。

3.2 车间信息采集缺乏时效性

汽车工件涂装生产线对时效性要求较高，如果生产过程中采集到的数据缺乏实效性，就无法为车间生产和管理工作的时效性提供保障。一般情况下，汽车涂装生产车间都会安装监控系统，就是为了能够实施采集相关数据，通过这些数据就能对生产工程中的异常情况做出判断。然而，部分汽车生产制造企业涂装生产线的数据采集缺乏时效性，这样一来采集到的数据就不能作为生产任务分配、质量分析和产量分析的参考依据，相关人员也无法根据采集到的数据分析和统计库存量，对汽车涂装生产线的稳定性也会造成干扰。

3.3 车身信息跟踪缺乏时效性

车身信息跟踪的主要目的是为了对汽车工件的生产过程进行动态化管理，通过车身信息跟踪能够随时掌握工件加工的具体位置、状态以及数量等数据，相关人员根据跟踪数据也能判断出产品的生产数量和质量，从而分析生产进度，合理控制物料质量。然而，部分汽车生产加工企业的车身信息跟踪系统不够完善，采集到的跟踪信息缺乏时效性，即便是将这些数据和监控数据全部传送至数据库中，也无法为工件的生产流程优化提供有效信息[2]。

4 数字化在汽车涂装生产线的应用路径

4.1 利用数字化技术提高汽车涂装生产线的自动化水平

第一，通过数字化技术对汽车涂装生产线的涂层厚度进行智能化控制。在数字化技术的支撑下，相关人员可以通过仪器对涂装生产线的涂层厚度进行实时监控，一旦涂层厚度不均匀，生产线就能自动对涂料的喷涂量进行调整，从而确保汽车工件涂层厚度的均匀性。

第二，通过数字化技术对涂装输送控制系统进行自动化设计。传统涂装生产线上的电气控制系统基本上都是采用集中控制，虽然这种方式能够简化控制流程，但是却存在很多弊端，如：配电柜的管理难度大、导线数量多且纵横交错、增加了调试维护难度等。应用数字化技术就可以将PLC技术作为电气控制的核心，采用总线模块和变频器等分散控制代替传统的电控柜和电缆，然后再通过以太网实现全面监控和数据管理，保证监控系统和生产线数据管理数据的实时传输。

第三，利用数字化技术对涂装生产线实现智能化管理调度、数据采集和智能维保。该技术实现过程中，可以利用云计算、大数据、物联网等技术将涂装生产线的智能管理系统与汽车生产制造企业的管理系统连接在一起，从而实现对生产线的智能化运营管理。例如：将物联网技术应用在涂装生产线中，就能对整个生产线上的所有设备和传感器进行远程监控，实时监测设备的运行状态和参数，自动调整设备的运行状态。还可以利用数字化孪生技术在虚拟环境中模拟涂装生产线的运行状态和各种参数，实现涂装生产线的数字化孪生[3]。

第四，利用数字化技术实现涂装生产线输送控制系统的自动化建设。滑撬输送机是汽车涂装生产线最主要的输送设备，主要是由带式滚床、摩擦滚床、移行机、旋转机、升降机等设备组成。这些设备在运行阶段都是根据生产需求按照一定的生产节拍和路线完成输送，从而将车身的前处理、PVC喷涂、中涂、烘干等全部工艺环节连接起来。升降机是涂装生产线非常重要的设备之一，包括升降装置、滚床、升降架定位器等结构。为了确保升降机的平稳启动和停车，升降装置使用变频控制，而变频控制方式为速度闭环矢量控制。同时还要使用光电传感器、接近传感器及限位开关等对升降机断带、人员误闯、升降极限位等进行故障监测。当出现故障时，PLC将停止运行并关闭电机制动，同时将报警信息上传到监控系统。在涂装车间中，所有的设备都通过现场分布式工业现场总线相连，PLC通过执行用户程序来控制设备的运行和故障保护功能。PLC通过连接工业以太网，将设备的运行状态和故障信息发送给中央监控系统，实现设备的自动化控制和远程监控。中央监控系统可以对整个涂装车间的生产过程进行实时监控和管理，确保生产过程的顺利进行。

4.2 利用数字化技术提高汽车涂装生产线的柔性化水平

第一，车身自动识别系统。相关人员只需在滑撬或者车身上安装识别标签，然后在车间的固定位置增设读写站，就能自动对车体进行识别和跟踪。在这个过程中涉及到的识别介质主要包括钢条码、条形码和射频识别标签。

钢条码采用的识别原理主要是将之前的十进制识别码转化成二进制之后，再用钢板将其冲压成数据孔，就成为了钢条码。读取装置上都专门安装了激光传感器，只有传感器获取了读取指令，就会利用传感器读取钢条码，然后在利用编码规则将二进制转化为传统的十进制识别号，从而获得车体信息。

另外两种识别系统分别是条形码和射频识别标签（RFID）。条形码的识别原理是利用不同宽度的黑条和空白按照特定的编码规则排列而成。一旦条形码扫描器的光线能够照射到条形码上并向外反射时，光线就能直接照射到光电转换器上。光电转换器再结合不同强度的光线将其转化为电信号，通过芯片进行数据处理得到条码信息[4]。

射频识别标签则采用电磁感应的方式实现数据的读取和写入操作。射频识别标签进入到读取装置的磁场中后，就能接受射频信号，还可以通过感应电流的能量发送芯片中的信息。射频识别标签也能具备主动发送信号的功能，能够自主读取和解码装置相关信息，即可获取存储在标签中的相关信息。

值得一提的是，与其它两种识别系统相比，钢条码识别系统具有出色的耐高温性能，可以在恶劣的生产环境下持续稳定地工作。此外，钢条码识别的使用寿命较长且稳定性强，尤其适用于涂装车间内局部工艺段高温、高湿、易爆的生产环境。然而，由于钢条码标签无法实现数据存储功能，需要将车身条码和相关路由、质量等信息存入数据库并检索数据库来实现车体信息的查询和修改操作。因此，相对于成套进口的识别系统而言，钢条码识别系统在识别成功率、运行稳定性以及造价成本方面均具有显著优势。

第二，识别系统架构设计。服务器将PLC发送的车体信息、质量信息、滑橇号等存储到数据库中，以便后续的报表和质量追踪使用。现场操作屏通过PLC进行参数设置或生产控制，同时显示PLC的报警信息和网络故障等信息，以便相关人员及时处理故障。涂装生产线存储区排序需要从ERP获取车体的批次和顺序信息，根据批次号和顺序号实现车体排序。此外，在下线口识别站点将下线车辆的信息发送到ERP，以便物料配送和查看生产计划的完成情况。在车间的分道点，识别系统服务器计算当前车辆的路由信息并发送给输送系统，输送系统再结合信息选择输送路径，确保生产线的自动化运行。机器人通过自动喷漆线和涂胶线入口的识别系统就能掌握车型和颜色等信息，然后在根据这些信息自主调整工作模式。

4.3 利用数字化技术提高汽车涂装生产线的管理水平

第一，在汽车涂装生产线中，应用ANDON系统可以为相关人员提供可视化生产信息，工作人员就能第一时间掌握设备故障信息，并向设备维护人员请求帮助。利用该系统还能及时掌握生产计划、车数生产信息等方面的资料。该生产线的操作流程中的作业人员只需要工位拉绳就能直接激活该系統，随后该系统就会通过指示灯和提示音乐的方式提醒管理人员，随后管理人员在根据提示内容做出回应。最后，技术人员再根据相关数据对系统的呼叫次数和生产线的停运时长进行全面分析，这样才能全面发现并解决问题[5]。

第二，设计ANDON系统。该系统设计阶段，需在所有岗位的两侧增设拉线开关，同时还要增加到位停线和紧急停线的功能。该系统可以自动将生产过程中的信息向外进行传递，相关人员只需通过车间内的LED屏就能快速判断出停线的具体位置，从而制定相应的补救措施。

此外，ANDON系统还具备监控功能。通过该系统的服务器实时采集相关数据，然后在将这些数据传输至后台的数据库中。相关的技术人员只需通过数据就能判断出车间生产线运行的具体情况。如果工位的生产物料补充不及时，技术人员只需要操作按钮，物流区就能通过LED屏了解哪个工位缺乏物料，系统还会通过语音的方式给予相应的提醒。除此之外，ANDON系统将所有与生产线相关的数据采集之后自动保存和备份，能够为后期数据的使用和查询提供便利条件。与此同时，该系统还可以为相关人员提供报表来保存各种参数和监控数据，如：用户参数设置报表、监控报表等。

5 汽车涂装生产线数字化建设未来的发展趋势

汽车涂装生产线应用数字化技术后，一方面要朝着智能化和精细化的方向发展，汽车涂装生产线的智能化建设能够为相关企业带来更多的发展机遇。智能化精细化发展阶段，汽车涂装生产线就能对产销流程进行全面把控，还能增强涂装生产阶段的可控性，避免生产线受到过多人工因素的干预，也能保证相关数据采集的时效性，同时还能自动生成生产计划和进度计划。智能化涂装生产线的识别系统未来可以直接与工厂的ERP系统对接，各项功能也能覆盖至销售环节和售后环节，生产线就能根据产品的订单和销量完成自动编制生产计划，促使所有与订单信息相关的数据流通与各个生产环节，从而提高汽车生产制造企业的生产效率[6]。

另一方面汽车涂装生产线应用数字化技术之后，要朝着节能环保的方向发展。例如：在数字化技术的支撑下通过实时监控设备和机器的运行状况，可以更有效地管理能源使用，减少不必要的能源浪费。相关领域还可以通过数字化技术实现生产资源的优化配置和循环利用。例如，通过精确的数据分析制定更加合理的生产计划，降低库存和物流成本，还要实现废料回收和再利用，提高资源利用效率。除此之外，汽车生产制造企业还可以利用数字化技术缓解涂装生产线对环境造成的污染。如：通过优化涂料的使用和降低废气、废水和废渣的产生，利用数字化技术提高生产线设备的运行效率，减少故障率和停机时间，进一步降低环境负担，从而减少对环境造成的负面影响。

6 结语

总而言之，数字化技术正在为汽车涂装生产线带来巨大的变革和机遇。应用数字化技术不仅能够提高汽车涂装生产线的自动化水平、管理水平和柔性化水平，促使涂装生产线实现精准控制和高效运行，还能使汽车涂装生产线朝着智能化精细化和节能环保的方向发展。在数字化技术的支撑下，汽车涂装生产线的改革和优化既能提高汽车生产制造企业的生产效率，也对整个行业的可持续发展能起到积极作用。

参考文献：

[1]宋洪成，徐娟娟.汽车涂装生产线电气自动化控制系统研究[J].时代汽车，2020，（22）：148-149.

[2]马雁楠.汽车涂装生产线优化研究[J].现代工业经济和信息化，2020，10（06）：48-49+78.

[3]潘雷亮，徐士杰.汽车涂装生产线规划设计 [J]. 设备管理与维修，2019，（02）：158-159.

[4]马一鸣.汽车涂装生产线新技术的应用及发展 [J]. 时代汽车，2018，（09）：126-127.

[5]尹志勇.汽车涂装生产线的柔性化关键技术研究[D].镇江：江苏大学，2018.

[6]韩达，王锐，魏宏基.数字化在汽车涂装生产线的应用与发展[J].汽车工艺师，2016，（08）：66-70.