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21世紀初，中國政府提出了自動(dòng)化和信息化兩化融合的智能化發(fā)展理念，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能制造的概念逐漸清晰。2015年5月發(fā)布的《中國制造2025》行動(dòng)綱領(lǐng)，其中心主題是通過(guò)智能的數據整合管理實(shí)現全生命周期的綠色制造，發(fā)展可持續的循環(huán)經(jīng)濟，要實(shí)現這一目標，其基礎是信息技術(shù)的企業(yè)管理(IT)、車(chē)間管理(OT)和物聯(lián)網(wǎng)(CT)3T融合(見(jiàn)圖1)。

圖1  物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng )造了3T融合的發(fā)展理念

       中國制造業(yè)目前總體發(fā)展水平不均衡，其中汽車(chē)行業(yè)因為這幾年的井噴式發(fā)展，新建工廠(chǎng)在環(huán)保上實(shí)現跨越發(fā)展的情況下，高端沖焊生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)于幾年前實(shí)現了高度的自動(dòng)化和數據化，具備了發(fā)展智能化的初步基礎。涂裝作為復雜的散裝化學(xué)品施工車(chē)間，在自動(dòng)化和數據化上存在很大的技術(shù)發(fā)展瓶頸，因為涉及節能環(huán)保、職業(yè)衛生、安全以及企業(yè)成本管理的巨大需求，涂裝車(chē)間智能制造發(fā)展需求尤為迫切。隨著(zhù)近兩年涂裝自動(dòng)化作業(yè)比例逐步提高，以及生產(chǎn)、能源和環(huán)保數據采集技術(shù)的發(fā)展，涂裝智能制造的課題也開(kāi)始被推向前臺。

涂裝自動(dòng)化作業(yè)技術(shù)的智能化發(fā)展

       相比于其他專(zhuān)業(yè)，在涂裝車(chē)間采用自動(dòng)噴涂，除了可以提升效率、穩定質(zhì)量外，更有消除污染工位作業(yè)、提高涂料利用率和實(shí)現節能環(huán)保的價(jià)值?，F有汽車(chē)涂裝生產(chǎn)線(xiàn)底部密封絕大多數都通過(guò)改造實(shí)現自動(dòng)化，粗細密封和油漆內噴也成為主流新建線(xiàn)的標配。采用車(chē)底密封機器人，可以使送排風(fēng)量降低80%。在普遍已經(jīng)實(shí)現機器人外噴的基礎上采用機器人內噴涂料，在節約涂料、減少風(fēng)量和減少污染的同時(shí)可實(shí)現80%以上的循環(huán)風(fēng)應用，既穩定施工參數又使得噴漆室排風(fēng)量大幅減少，使得新建涂裝生產(chǎn)線(xiàn)得以實(shí)現所有噴漆(包含水性漆)廢氣的全部?jì)艋幚?，該成套方案比人工噴涂解決策略的整體能耗和排放降低了60%以上。機器人內表面涂膠和噴涂如圖2所示。

圖2  機器人內表面涂膠（左）和噴漆（右）

       目前新建的涂裝生產(chǎn)線(xiàn)，在上述PVC和噴涂作業(yè)采用機器人作業(yè)的基礎上，也在不斷優(yōu)化機器人的作業(yè)方式、延伸機器人的應用范圍，如在不開(kāi)門(mén)的情況下實(shí)現折邊膠機器人作業(yè)，采用機器人噴涂LASD提高環(huán)保和輕量化水平，在油漆噴涂上采用STOP-GO的方式提升涂膜質(zhì)量的一致性，消除所有在線(xiàn)人員補漆檢查工位。標桿水平的涂裝線(xiàn)除了作業(yè)上大批量應用機器人外，在白車(chē)身焊縫質(zhì)量的檢查、車(chē)身吹凈和擦凈、自動(dòng)水洗、卸遮蔽等輔助工作也逐步采用機器人代替工人進(jìn)行操作(見(jiàn)圖3)。這樣高水準的60JPH規?；垦b車(chē)間，機器人數目往往達到百臺以上，系統復雜程度也大幅度提升。在單獨局部區域的機器人管理上，離線(xiàn)仿型和簡(jiǎn)化仿型技術(shù)都在不斷完善，但尚沒(méi)有形成統一的智能系統?，F有的系統，因為生產(chǎn)需求復雜、各機器人區域功能各異，在產(chǎn)品導入時(shí)會(huì )形成巨大的調試災難，迫切需要發(fā)展自動(dòng)作業(yè)程序生成和優(yōu)化的智能技術(shù)。

圖3  自動(dòng)擦凈機器人（左）和自動(dòng)卸遮蔽機器人（右）

其他涂裝設備的智能化發(fā)展

       除了機器人大批量應用外，因為提升質(zhì)量、降低能耗和強化管理等方面的需求，涂裝車(chē)間其他設備系統也在逐步向精細控制的智能化方向發(fā)展，本文在此舉例說(shuō)明。

       原來(lái)的電泳整流系統多分是2～3段控制，而車(chē)身內外腔的復雜情況和陽(yáng)極的分片控制之間存在很大的矛盾，經(jīng)常帶來(lái)膜厚一致性差的難題。目前新建的一些工廠(chǎng)，采用多段整流單獨控制陽(yáng)極(IGBT)(見(jiàn)圖4)，實(shí)現質(zhì)量目標的設定。某工廠(chǎng)采用IGBT系統后在內腔電泳效果更好的基礎上，同比實(shí)現能源節約30%及材料節約10%的效果。

       輸調漆系統，以往存在一個(gè)顏色生產(chǎn)時(shí)，其余顏色系統都按照生產(chǎn)狀態(tài)要求循環(huán)的情況，既浪費能源又不利于油漆壽命。隨著(zhù)電動(dòng)泵技術(shù)的發(fā)展，輸調漆系統的管理更加智能化(見(jiàn)圖5)，可以根據噴涂的需要確定系統的運行程度，設置符合生產(chǎn)要求的啟動(dòng)模式和維持運行的待機模式，對涂料質(zhì)量、設備壽命和能源降耗等均有好處。

圖5  輸調漆電動(dòng)泵智能管理系統

       車(chē)身物流方面，近年來(lái)也發(fā)展了各種識別系統，在工廠(chǎng)設計中也力求集中儲存，但仍然存在調度難題。目前也有的汽車(chē)工廠(chǎng)，將立體庫(見(jiàn)圖6)從白車(chē)身、油漆車(chē)身儲存為主逐步發(fā)展到涂裝車(chē)間儲存區，未來(lái)解決了出入庫的瓶頸難題后，可進(jìn)一步用立體庫統一所有的儲存、排空和編組區域，使得車(chē)身存取更加智能化。

圖6  電泳車(chē)身立體庫存儲

設備自動(dòng)診斷技術(shù)的智能化發(fā)展

       隨著(zhù)現代化涂裝車(chē)間大量精密自動(dòng)化設備的應用，以及涂裝設備工作環(huán)境的特殊情況，涂裝車(chē)間日常設備管理面臨的挑戰越來(lái)越大，自動(dòng)診斷、管理設備狀態(tài)的智能技術(shù)(見(jiàn)圖7)受到空前的重視，目前杜爾等公司都開(kāi)發(fā)了此類(lèi)系統，正在進(jìn)行可靠性的調試研究，有望在近兩年應用于國內的新建高端涂裝車(chē)間中。

圖7  設備狀態(tài)的自動(dòng)診斷和智能管理

數據采集發(fā)展的迫切需求

       對于涂裝車(chē)間智能化來(lái)說(shuō)，多種數據的準確有效采集才是未來(lái)智能化發(fā)展的瓶頸。相比于以前的手工作業(yè)參數統計的難題，自動(dòng)化系統在末端都集成了越來(lái)越的數據采集系統，可以基于現在的分散智能系統對參數進(jìn)行管理，未來(lái)可以持續發(fā)展更上層的集成智能參數優(yōu)化系統。機器人參數采集和控制如圖8所示。

圖8  機器人參數采集和控制

       隨著(zhù)外觀(guān)更加數據化、準確化評判的需求及跨國汽車(chē)集團顏色開(kāi)發(fā)系統的建立，顏色開(kāi)發(fā)、零部件匹配、外觀(guān)理論完善和日常管理等方面，已經(jīng)成功形成了數據化的采集、傳輸和評價(jià)系統?？照{系統的參數采集和自動(dòng)控制、顏色數字化采集管理系統如圖9和圖10所示。

圖9  空調系統的參數采集和自動(dòng)控制

圖10  顏色數字化采集管理系統

       在日常質(zhì)量管理方面，已有的涂裝制造車(chē)間采用了自動(dòng)化的濕膜在線(xiàn)檢測和干膜離線(xiàn)抽樣的外觀(guān)數據采集系統，消除了人為外觀(guān)評價(jià)的數據采集量小、誤差大和評價(jià)滯后等諸多問(wèn)題。機器人自動(dòng)檢測外觀(guān)如圖11所示。

圖11  機器人自動(dòng)檢測外觀(guān)

       節能環(huán)保是目前汽車(chē)涂裝行業(yè)被重視的熱點(diǎn)，可以說(shuō)目前汽車(chē)涂裝行業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)的目標，就是如何在達到不斷提高的環(huán)保要求前提下盡量保持原有質(zhì)量水準，但能源和環(huán)保數據的采集管理是現階段的難點(diǎn)。已有廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)了給排水的職能管理系統(見(jiàn)圖12)，正在逐步推廣完善。在廢氣有組織排放檢測和在線(xiàn)檢測逐步完善的同時(shí)，無(wú)組織排放的數據采集系統也開(kāi)始進(jìn)入系統研究，無(wú)組織排放數據采集中出現了一臺監測儀器多個(gè)點(diǎn)分別收集檢測的新數據采集技術(shù)(見(jiàn)圖13)。

圖12  用于前處理和污水管理的智能給排水管理系統

虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展

       涂裝車(chē)間自動(dòng)化、數據化、信息化以及系統集成化技術(shù)應用，必然會(huì )隨著(zhù)大環(huán)境陸續提升，但要真正形成智能制造系統，還需要基于這些基礎完善虛擬制造技術(shù)。國內外的工程設計公司，已經(jīng)在這方面努力提升，在工廠(chǎng)設計中研究全仿真技術(shù)，力求模擬真實(shí)的生產(chǎn)情況。未來(lái)按此建設涂裝車(chē)間，在產(chǎn)品設計時(shí)，可以將數據導入虛擬車(chē)間進(jìn)行虛擬調試，得出分析結果和生產(chǎn)數據，這種方式的SE分析結果可以更好的優(yōu)化產(chǎn)品數據，經(jīng)過(guò)產(chǎn)品優(yōu)化后形成車(chē)間運行程序，在產(chǎn)品導入時(shí)現場(chǎng)的調試工作量就會(huì )大幅減少，并使數據完全可控。

智能化涂裝車(chē)間的階段性概念

      《中國制造2025》中寫(xiě)道：“我國制造業(yè)仍然大而不強，以企業(yè)為主體的制造業(yè)創(chuàng )新體系不完善;資源能源利用效率低，環(huán)境污染問(wèn)題較為突出;高端裝備制造業(yè)和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后;信息化水平不高，與工業(yè)化融合深度不夠?！薄吨袊圃?025》制定了到2049年新中國成立100年時(shí)進(jìn)入世界制造強國前列、建成全球的技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)體系的目標。要完成這一艱巨的歷史任務(wù)，核心是依靠智能制造。汽車(chē)涂裝較高的生產(chǎn)、質(zhì)量和環(huán)保等要求和復雜的施工條件，決定了其智能制造的研究應用更加任重而道遠。目前新建高端汽車(chē)涂裝工廠(chǎng)在自動(dòng)化方面都達到了較高基準，局部智能管理也有所突破，而具有判斷學(xué)習能力的智能系統，由于數據的準確、全面采集難度和信息化的通道限制，還無(wú)法建立起來(lái)。長(cháng)期來(lái)說(shuō)，希望建設的汽車(chē)涂裝工廠(chǎng)能夠像汽車(chē)導航或者AlphaGo一樣，具有根據邊界條件變化始終自動(dòng)完善生產(chǎn)模式的能力。近期來(lái)說(shuō)，智能化涂裝工廠(chǎng)的理念可以理解為：按高度仿真實(shí)施、在產(chǎn)品導入時(shí)可以根據數據輸入自動(dòng)生成基本作業(yè)程序;以盡可能標準的生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)盡可能多樣的產(chǎn)品;能源、環(huán)保和生產(chǎn)數據監控。這些需求會(huì )促使汽車(chē)涂裝相關(guān)的自動(dòng)化、信息化和數據采集設備迎來(lái)新的發(fā)展挑戰和機遇。