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21世紀(ji)初(chu)，中(zhong)國政府提出了(le)自動化(hua)和信息化兩化融合的智(zhi)能(neng)化發展(zhan)理念，隨著物(wu)聯網的(de)發(fa)展，智(zhi)能制造(zao)的(de)概念逐漸清(qing)晰。2015年5月(yue)發(fa)布的(de)《中國制造(zao)2025》行動綱領(ling)，其中心主題(ti)是通過智(zhi)能的(de)數據整合管理實(shi)現(xian)全(quan)生命周期的(de)綠色(se)制造(zao)，發(fa)展可持續的(de)循環經濟，要實(shi)現(xian)這(zhe)一目標，其基礎是信息技術的企業管理(li)(IT)、車(che)間管理(li)(OT)和物聯網(CT)3T融合(見圖1)。

圖1  物聯網(wang)創造了3T融合的發展理念

       中國制造(zao)業(ye)目(mu)前(qian)總(zong)體(ti)發(fa)(fa)展(zhan)水平不均衡，其中汽車行業(ye)因為這幾年(nian)的(de)井噴式發(fa)(fa)展(zhan)，新(xin)建工(gong)廠在(zai)(zai)環保上實現跨越發(fa)(fa)展(zhan)的(de)情況下，高(gao)端沖焊生產(chan)線已經于(yu)幾年(nian)前(qian)實現了高(gao)度的(de)自(zi)(zi)動化(hua)和數(shu)據(ju)化(hua)，具(ju)備了發(fa)(fa)展(zhan)智能化(hua)的(de)初步基(ji)礎。涂裝(zhuang)作為復(fu)雜的(de)散裝(zhuang)化(hua)學品施工(gong)車間(jian)，在(zai)(zai)自(zi)(zi)動化(hua)和數(shu)據(ju)化(hua)上存在(zai)(zai)很大的(de)技術發(fa)(fa)展(zhan)瓶頸，因為涉及節(jie)能(neng)環保(bao)(bao)、職業(ye)衛生、安全以及(ji)企業(ye)成本管理(li)的(de)(de)巨大(da)需(xu)求(qiu)，涂(tu)裝(zhuang)車間智能(neng)(neng)制造(zao)(zao)發展需(xu)求(qiu)尤(you)為迫切。隨著近兩年涂(tu)裝(zhuang)自(zi)動(dong)化作(zuo)業(ye)比例逐步提高，以及(ji)生產、能(neng)(neng)源和(he)環保(bao)(bao)數據(ju)采集(ji)技術的(de)(de)發展，涂(tu)裝(zhuang)智能(neng)(neng)制造(zao)(zao)的(de)(de)課題也開始被推向前臺。

涂裝自(zi)動化作業技(ji)術的智(zhi)能化發(fa)展

       相比于其他專業，在涂裝車間采用自(zi)動噴涂，除了可(ke)以提升(sheng)效(xiao)率、穩定(ding)質量外，更有消除污染工位作業、提高涂(tu)料利用率(lv)和實(shi)現節能環保的(de)價值。現有汽車(che)涂(tu)裝生產(chan)線底部密封絕大多數都通過改造實現自(zi)動化，粗細(xi)密封和(he)油(you)漆內噴也成為(wei)主流新(xin)建線的標配。采(cai)用車(che)底(di)密封機器人，可以使送排風量降低80%。在普遍已經實現機器人外噴的基礎上采用機器人內噴涂料，在節約涂料、減少風量和減少污染的同時可實現80%以上的循環風應用，既穩定施工參數又使得噴漆室排風量大幅減少，使得新建涂裝生產線得以實現所有噴漆(包含水性漆)廢氣的全部凈化處理，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(mian)涂膠（左）和(he)噴漆（右）

       目前新建的(de)(de)涂(tu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)生(sheng)產線，在(zai)(zai)(zai)(zai)上(shang)述PVC和噴涂(tu)作(zuo)業(ye)(ye)采用(yong)(yong)機器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)作(zuo)業(ye)(ye)的(de)(de)基(ji)礎上(shang)，也在(zai)(zai)(zai)(zai)不斷優(you)化機器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)的(de)(de)作(zuo)業(ye)(ye)方式、延伸機器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)的(de)(de)應用(yong)(yong)范圍，如在(zai)(zai)(zai)(zai)不開門的(de)(de)情況下實現(xian)折邊膠機器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)作(zuo)業(ye)(ye)，采用(yong)(yong)機器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)噴涂(tu)LASD提(ti)高環保(bao)和輕量(liang)(liang)(liang)化水(shui)平，在(zai)(zai)(zai)(zai)油(you)漆噴涂(tu)上(shang)采用(yong)(yong)STOP-GO的(de)(de)方式提(ti)升(sheng)涂(tu)膜質量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)一致性，消(xiao)除所有在(zai)(zai)(zai)(zai)線人(ren)(ren)員(yuan)補(bu)漆檢(jian)(jian)查(cha)工(gong)位(wei)。標桿水(shui)平的(de)(de)涂(tu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)線除了作(zuo)業(ye)(ye)上(shang)大(da)批量(liang)(liang)(liang)應用(yong)(yong)機器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)外，在(zai)(zai)(zai)(zai)白車(che)身(shen)焊(han)縫質量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)檢(jian)(jian)查(cha)、車(che)身(shen)吹(chui)凈和擦凈、自動水(shui)洗(xi)、卸遮蔽等輔(fu)助工(gong)作(zuo)也逐步采用(yong)(yong)機器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)代替工(gong)人(ren)(ren)進行(xing)操作(zuo)(見圖(tu)3)。這樣高水(shui)準(zhun)的(de)(de)60JPH規模(mo)化涂(tu)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)車(che)間，機器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)數目往往達到百臺以上(shang)，系統復(fu)雜程(cheng)度(du)也大(da)幅度(du)提(ti)升(sheng)。在(zai)(zai)(zai)(zai)單(dan)獨局部(bu)區(qu)域的(de)(de)機器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)管(guan)理(li)上(shang)，離線仿型和簡化仿型技術(shu)都在(zai)(zai)(zai)(zai)不斷完善，但尚沒有形成(cheng)統一的(de)(de)智(zhi)能系統。現(xian)有的(de)(de)系統，因為生(sheng)產需求復(fu)雜、各(ge)(ge)機器(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)區(qu)域功(gong)能各(ge)(ge)異，在(zai)(zai)(zai)(zai)產品導(dao)入時(shi)會(hui)形成(cheng)巨(ju)大(da)的(de)(de)調(diao)試(shi)災難，迫(po)切需要(yao)發展自動作(zuo)業(ye)(ye)程(cheng)序生(sheng)成(cheng)和優(you)化的(de)(de)智(zhi)能技術(shu)。

圖3  自動擦凈機器(qi)(qi)人（左）和(he)自動卸(xie)遮蔽(bi)機器(qi)(qi)人（右）

其(qi)他(ta)涂裝設備(bei)的智能化發展

       除了機器人大批量(liang)應(ying)用外，因為提升(sheng)質量(liang)、降低能耗和強化管(guan)理等方(fang)面的需求，涂(tu)裝車間(jian)其他設備系統也(ye)在(zai)逐步向精細控制的智能化方(fang)向發展，本文在(zai)此舉例說明。

       原來(lai)的(de)電(dian)泳整流系統(tong)(tong)多分是2～3段(duan)控制(zhi)(zhi)，而車身(shen)內外腔的(de)復雜情(qing)況和陽(yang)極(ji)的(de)分片控制(zhi)(zhi)之間存在(zai)(zai)很大的(de)矛盾，經常帶來(lai)膜厚一(yi)致性差的(de)難題。目(mu)前新建(jian)的(de)一(yi)些(xie)工廠(chang)，采用(yong)(yong)多段(duan)整流單獨控制(zhi)(zhi)陽(yang)極(ji)(IGBT)(見圖4)，實現(xian)質量(liang)目(mu)標的(de)設定(ding)。某工廠(chang)采用(yong)(yong)IGBT系統(tong)(tong)后在(zai)(zai)內腔電(dian)泳效果更(geng)好的(de)基礎上，同比實現(xian)能源節約30%及材料節約10%的(de)效果。

       輸調(diao)漆(qi)系(xi)統(tong)，以往(wang)存在一(yi)個顏(yan)色生(sheng)產(chan)時，其余顏(yan)色系(xi)統(tong)都按(an)照生(sheng)產(chan)狀(zhuang)態要求循環的(de)情況(kuang)，既浪費能源(yuan)又(you)不利(li)于油漆(qi)壽命(ming)。隨著電動泵(beng)技術的(de)發(fa)展，輸調(diao)漆(qi)系(xi)統(tong)的(de)管理(li)更(geng)加(jia)智能化(見圖(tu)5)，可以根據噴涂的(de)需要確(que)定系(xi)統(tong)的(de)運行程(cheng)度，設(she)(she)置符合生(sheng)產(chan)要求的(de)啟動模式和維(wei)持(chi)運行的(de)待機模式，對涂料質量、設(she)(she)備壽命(ming)和能源(yuan)降耗等均有好處。

圖5  輸(shu)調(diao)漆電動泵智能管理系統

       車身物流方面，近年來也發展了各種識別系統，在工廠設計中也力求集中儲存，但仍然存在調度難題。目前也有的汽車工廠，將立體庫(見圖6)從白車身、油漆車身儲存為主逐步發展到涂裝車間儲存區，未來解決了出入庫的瓶頸難題后，可進一步用立體庫統一所有的儲存、排空和編組區域，使得車身存取更加智能化。

圖6  電泳(yong)車身立體庫(ku)存儲

設(she)備自動診斷技(ji)術的智能化發展

       隨(sui)著現代化涂裝(zhuang)車(che)間(jian)大(da)量精密自動(dong)化設備(bei)的(de)(de)應(ying)(ying)用，以及(ji)涂裝(zhuang)設備(bei)工作環境的(de)(de)特殊情況(kuang)，涂裝(zhuang)車(che)間(jian)日常設備(bei)管理(li)面臨的(de)(de)挑戰越來越大(da)，自動(dong)診斷、管理(li)設備(bei)狀態(tai)的(de)(de)智能(neng)技術(見圖7)受到空前的(de)(de)重視，目前杜(du)爾等公司都開發(fa)了此類系(xi)統(tong)，正在進行(xing)可靠性的(de)(de)調試(shi)研(yan)究，有望在近兩年應(ying)(ying)用于國內的(de)(de)新建高端涂裝(zhuang)車(che)間(jian)中(zhong)。

圖7  設(she)備狀(zhuang)態的自動診斷(duan)和智能管理

數據采集發展的迫切(qie)需求

       對(dui)于涂(tu)裝車間智能(neng)(neng)化(hua)來(lai)說，多種數(shu)(shu)據的(de)(de)準確有效采集(ji)(ji)才是(shi)未來(lai)智能(neng)(neng)化(hua)發展的(de)(de)瓶頸。相(xiang)比于以(yi)前的(de)(de)手工作業參數(shu)(shu)統計的(de)(de)難題，自動化(hua)系統在末(mo)端都集(ji)(ji)成了越(yue)來(lai)越(yue)的(de)(de)數(shu)(shu)據采集(ji)(ji)系統，可以(yi)基于現在的(de)(de)分散智能(neng)(neng)系統對(dui)參數(shu)(shu)進行(xing)管理，未來(lai)可以(yi)持續發展更(geng)上層(ceng)的(de)(de)集(ji)(ji)成智能(neng)(neng)參數(shu)(shu)優(you)化(hua)系統。機器人參數(shu)(shu)采集(ji)(ji)和控制如圖8所(suo)示。

圖8  機器人參數采集和控制(zhi)

       隨著外(wai)觀更加數據化(hua)(hua)、準確(que)化(hua)(hua)評(ping)判的(de)需求及跨國汽車(che)集(ji)團顏(yan)色開發(fa)系(xi)(xi)統(tong)的(de)建(jian)立，顏(yan)色開發(fa)、零部(bu)件匹配、外(wai)觀理論完善(shan)和(he)日常管理等方面(mian)，已經成功形成了數據化(hua)(hua)的(de)采集(ji)、傳輸和(he)評(ping)價系(xi)(xi)統(tong)。空調系(xi)(xi)統(tong)的(de)參(can)數采集(ji)和(he)自動控制(zhi)、顏(yan)色數字化(hua)采(cai)集管理系(xi)統(tong)如圖9和圖10所示。

圖9  空調(diao)系統的參數采集和自動控制(zhi)

圖10  顏色數字化采集管理系統(tong)

       在日(ri)常質量管理方面，已有的涂裝制造車間采用了自動化的濕膜在線檢測(ce)和干膜離線抽樣的外觀數據采集系統，消除了人為外觀評價的數據采集量小、誤差大和評價滯后等諸多問題。機器人自動檢測外觀如圖11所示。

圖11  機器人自動(dong)檢測外(wai)觀

       節能環(huan)保是(shi)目前汽車涂(tu)(tu)裝(zhuang)行(xing)業被重視的熱點，可以說目前汽車涂(tu)(tu)裝(zhuang)行(xing)業技術開發的目標，就是(shi)如(ru)何(he)在達到不(bu)斷(duan)提(ti)高的環(huan)保要求前提(ti)下盡量保持原有(you)質量水準，但能源和環(huan)保數(shu)據(ju)(ju)的采(cai)集(ji)(ji)管理是(shi)現階段的難點。已有(you)廠(chang)家開發了給排水的職(zhi)能管理系(xi)(xi)統(tong)(見圖12)，正在逐步推廣完善。在廢氣有(you)組織(zhi)排放檢(jian)測和在線檢(jian)測逐步完善的同時，無組織(zhi)排放的數(shu)據(ju)(ju)采(cai)集(ji)(ji)系(xi)(xi)統(tong)也(ye)開始進入系(xi)(xi)統(tong)研究，無組織(zhi)排放數(shu)據(ju)(ju)采(cai)集(ji)(ji)中(zhong)出現了一(yi)臺監(jian)測儀器(qi)多個點分別收集(ji)(ji)檢(jian)測的新數(shu)據(ju)(ju)采(cai)集(ji)(ji)技術(見圖13)。

圖12  用(yong)于前處(chu)理和污水管(guan)理的智(zhi)能給排水管(guan)理系統

虛擬仿真技術(shu)的(de)發展(zhan)

       涂裝車(che)間自動化(hua)(hua)(hua)、數據化(hua)(hua)(hua)、信息化(hua)(hua)(hua)以(yi)及系統(tong)集成(cheng)(cheng)化(hua)(hua)(hua)技(ji)(ji)術應用，必然會隨著大(da)(da)環境陸(lu)續提(ti)升(sheng)，但要真(zhen)正形(xing)成(cheng)(cheng)智能制(zhi)造系統(tong)，還需要基于這些基礎(chu)完善虛擬(ni)制(zhi)造技(ji)(ji)術。國內外的(de)(de)工程設計公司，已(yi)經(jing)在這方(fang)面努力(li)提(ti)升(sheng)，在工廠設計中研(yan)究全(quan)(quan)仿真(zhen)技(ji)(ji)術，力(li)求模擬(ni)真(zhen)實的(de)(de)生產(chan)(chan)情況。未來(lai)按此建設涂裝車(che)間，在產(chan)(chan)品設計時，可(ke)以(yi)將數據導入虛擬(ni)車(che)間進行虛擬(ni)調試(shi)，得(de)出分析結(jie)果和生產(chan)(chan)數據，這種方(fang)式的(de)(de)SE分析結(jie)果可(ke)以(yi)更好(hao)的(de)(de)優化(hua)(hua)(hua)產(chan)(chan)品數據，經(jing)過產(chan)(chan)品優化(hua)(hua)(hua)后形(xing)成(cheng)(cheng)車(che)間運行程序(xu)，在產(chan)(chan)品導入時現場的(de)(de)調試(shi)工作量(liang)就會大(da)(da)幅減(jian)少，并使數據完全(quan)(quan)可(ke)控。

智能(neng)化(hua)涂裝(zhuang)車(che)間的階段(duan)性概念

      《中(zhong)國(guo)制(zhi)造2025》中(zhong)寫道：“我國(guo)制(zhi)造業(ye)仍然大(da)而(er)(er)不(bu)(bu)強(qiang)，以企(qi)業(ye)為主體(ti)的(de)(de)(de)制(zhi)造業(ye)創(chuang)新體(ti)系(xi)不(bu)(bu)完善;資源能(neng)(neng)(neng)(neng)源利用效(xiao)率低，環(huan)境(jing)污染(ran)問(wen)題較為突出;高端裝(zhuang)備制(zhi)造業(ye)和(he)(he)(he)(he)生(sheng)產(chan)(chan)性(xing)服務業(ye)發展(zhan)滯后(hou);信(xin)息化(hua)(hua)(hua)(hua)水平不(bu)(bu)高，與工(gong)業(ye)化(hua)(hua)(hua)(hua)融合深度不(bu)(bu)夠(gou)。”《中(zhong)國(guo)制(zhi)造2025》制(zhi)定了(le)(le)到(dao)2049年新中(zhong)國(guo)成(cheng)立(li)100年時進入(ru)世界(jie)制(zhi)造強(qiang)國(guo)前(qian)列、建(jian)(jian)成(cheng)全球的(de)(de)(de)技術體(ti)系(xi)和(he)(he)(he)(he)產(chan)(chan)業(ye)體(ti)系(xi)的(de)(de)(de)目標。要完成(cheng)這(zhe)一艱巨的(de)(de)(de)歷史任務，核心是依靠智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)制(zhi)造。汽(qi)車(che)涂(tu)裝(zhuang)較高的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)、質量和(he)(he)(he)(he)環(huan)保等要求和(he)(he)(he)(he)復(fu)雜的(de)(de)(de)施工(gong)條件，決定了(le)(le)其智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)制(zhi)造的(de)(de)(de)研究應用更加任重而(er)(er)道遠。目前(qian)新建(jian)(jian)高端汽(qi)車(che)涂(tu)裝(zhuang)工(gong)廠在自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)(hua)(hua)方面都達到(dao)了(le)(le)較高基(ji)準，局部智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)管(guan)理(li)也有(you)所突破，而(er)(er)具有(you)判斷學習能(neng)(neng)(neng)(neng)力的(de)(de)(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)系(xi)統，由(you)于數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)準確、全面采(cai)集難度和(he)(he)(he)(he)信(xin)息化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)通道限制(zhi)，還無(wu)法建(jian)(jian)立(li)起來(lai)(lai)(lai)。長期來(lai)(lai)(lai)說(shuo)，希(xi)望建(jian)(jian)設的(de)(de)(de)汽(qi)車(che)涂(tu)裝(zhuang)工(gong)廠能(neng)(neng)(neng)(neng)夠(gou)像汽(qi)車(che)導航(hang)或者AlphaGo一樣，具有(you)根(gen)據(ju)邊界(jie)條件變化(hua)(hua)(hua)(hua)始終自(zi)動(dong)(dong)完善生(sheng)產(chan)(chan)模(mo)式的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)力。近(jin)期來(lai)(lai)(lai)說(shuo)，智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)化(hua)(hua)(hua)(hua)涂(tu)裝(zhuang)工(gong)廠的(de)(de)(de)理(li)念可(ke)以理(li)解為：按高度仿真實施、在產(chan)(chan)品導入(ru)時可(ke)以根(gen)據(ju)數(shu)據(ju)輸入(ru)自(zi)動(dong)(dong)生(sheng)成(cheng)基(ji)本作(zuo)業(ye)程(cheng)序;以盡(jin)可(ke)能(neng)(neng)(neng)(neng)標準的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)線生(sheng)產(chan)(chan)盡(jin)可(ke)能(neng)(neng)(neng)(neng)多(duo)樣的(de)(de)(de)產(chan)(chan)品;能(neng)(neng)(neng)(neng)源、環(huan)保和(he)(he)(he)(he)生(sheng)產(chan)(chan)數(shu)據(ju)監控。這(zhe)些需(xu)求會促使汽(qi)車(che)涂(tu)裝(zhuang)相關的(de)(de)(de)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)(hua)(hua)(hua)、信(xin)息化(hua)(hua)(hua)(hua)和(he)(he)(he)(he)數(shu)據(ju)采(cai)集設備迎來(lai)(lai)(lai)新的(de)(de)(de)發展(zhan)挑戰和(he)(he)(he)(he)機遇。