【智能物流】汽车制造业物流新技术的应用探索

2020 年 5 月 19 日 产业智能官

文｜深圳市今天国际物流技术股份有限公司

何敏、田晓美

本文主要针对一汽无锡柴油机工厂对自动化产线物流技术进行的新探索进行了介绍，通过将物料的自动化加工、零配件供给及线边仓储暂存进行系统整合，实现柴油机零配件统一调度和智能控制。其中，桁架机器人的应用，使得整个产线生产连贯有序且实现了厂区生产的自动化控制，并使智能物流与智能制造协同配合发展。

目前，桁架机器人在机加工自动上下料、流水线自动上下料等场合下均有非常广泛的应用。桁架机器人具备自动控制、信息交互、可重复编程、多自由度等特点，特别适用于多品种、大批量的柔性化作业，能够有效提高生产效率和自动化程度。另外，桁架机器人定位精度高，在设备衔接处货物搬运能够实现完美对接，这为智能物流系统奠定了良好的基础。

汽车制造业具备自动化、集成化、智能化等特点，桁架机器人在汽车制造物流系统当中也可以发挥重要作用，本文主要介绍了一汽无锡柴油机工厂对自动化产线物流技术进行的探索和实践经验。

一、产线自动化配送

一汽无锡柴油机惠山工厂的柴油机发动机生产工艺流程，如图1。

从图1可见，发动机整个生产流程比较简单，发动机的零配件从产线的上游到下游，依次组装完成，生产无循环流程。虽然发动机生产流程简单，但是物流配送也存在一些挑战。比如，发动机零配件抓取精度高，要求物流搬运设备具备较高的输送和定位精度。另外，发动机零配件种类多样，要求物流设备针对不同的零配件设计载具，导致物流设备通用性较差。

一汽无锡柴油机生产车间平面布局图，如图2。

柴油机生产车间智能物流配送区域大致包括：缸盖立体库暂存区、缸体立体库暂存区、缸盖外装线、缸体外装线、发动机总装线、飞轮曲轴换盘线以及其它零配件拣选线。缸体与缸盖的配送均采用桁架机器人在线配送。飞轮、曲轴、端盖及其它零部件都依靠AGV搬运配送。

在图2中，设备Ⅰ～Ⅳ均为桁架机器人。其中，桁架机器人Ⅰ和Ⅳ负责缸体换线，桁架机器人Ⅱ和Ⅲ负责缸盖换线。缸体与缸盖根据产线的需求，实现自动叫料、出库/下线、配送、上线等功能。缸体在外装线上线后，依次经过各组装工位完成组装。缸体外装线完成后，缸体通过桁架机器人Ⅳ输送到总装线上线。同理，缸盖通过桁架机器人Ⅱ和Ⅲ完成在总装线的上线动作。根据缸盖与缸体外装线的生产节拍，控制物流输送节拍，保证缸盖在总装线上线后直接与缸体装配。在整个生产流程中，桁架机器人实现的动作包括缸体与缸盖下线、输送、上线等。装配线上其它零配件的配送由AGV完成，而零配件上线则需要借助关节机械手或人工处理。桁架机器人作为物流设备的使用，使得整个产线连贯有序且实现了厂区生产的自动化控制。

二、立体仓库设计

由于缸体与缸盖的机加工生产节拍与柴油机生产节拍不匹配，缸体与缸盖经过数控中心加工完成后需要暂存。根据实际生产工艺需求，设计了如图3的缸盖自动化立体暂存仓库。

自动化立体仓库设备包括：堆垛机、货架、输送机、关节机器手、桁架机器人等。该立体仓库实现了缸盖的自动入库、自动出库、自动配送、安全防护等功能。

自动入库：机加下线的缸盖通过滚筒输送线配送到抓取工位E，关节机器手借助视觉定位系统准确将缸盖抓取到B工位码盘，完成自动码盘动作。自动码盘完成后，仓储控制系统通过信息交互，下达指令，完成实托盘自动入库。

自动出库：缸盖外装线下达叫料申请后，仓储管理系统生成出库任务，仓储控制系统判断出库方式：a.实托盘借助堆垛机、输送系统等将实托盘输送到拆盘工位A，关节机器手自动拆盘，将单个缸盖送达桁架机器人抓取工位C/D，完成出库动作。b.机加下线缸体通过关节机器手由E工位抓取到C/D工位，等待桁架机器人抓取，完成出库动作。

自动配送：缸盖到达C/D工位后，仓储控制系统借助交互信息下达配送指令，桁架机器人抓取缸盖，运送到装配线指定工位。桁架机器人定位精度高，通过与装配线配合，可实现缸盖自动上料。

安全防护：桁架机器人与关节机器手在运行空间上虽然有重合，但是通过继电器硬连接，实现桁架机器人与关节机器手的信号交互，保证两设备始终不干涉，确保设备运行安全。另外，桁架机器人与关节机器手在其运行范围内均安装安全护栏，保证人员通行安全。

图4为桁架机器人设计图，从中可以看出桁架机器人主要机构包括：机架、夹具、Z轴、水平轴、运动机构、安全维修护栏等。

图5为桁架机器人运动机构图，从中可以发现，桁架机器人实现了货物立体化输送，将货物通道与人行通道分离，从而提高了厂房空间利用率。桁架机器人借助PLC与上位系统通讯，实现零件统一调度搬运。

另外，该设备与自动化立体库的有效结合，降低了物料无效搬运时间，充分体现了汽车行业精益制造思想。桁架机器人搭起了自动化立体仓库和自动化生产线之间的桥梁，实现了智能物流、智能制造协同配合。

桁架机器人在一汽无锡柴油机工厂中的成功应用，使其厂内生产线实现了多种零配件的自动供给，对厂内物流实现高度自动化乃至无人化有着重要意义。

三、总结

一汽无锡柴油机惠山工厂将物料的自动化加工、零配件供给及线边仓储暂存等进行系统整合，实现了柴油机零配件统一调度和智能控制。该系统基于桁架机械人、立体仓库物流设备、关节机器手、AGV、RFID等多项物流模块，实现了生产过程的高度自动化，提高了物流周转效率，同时实现了对系统内物料的全程监控和高效管理。

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