A3車型是奇瑞公司的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型車型，為打造五星安全品質(zhì)，對該車型提出更加苛刻的質(zhì)量要求。焊裝車身的制造水平提高依賴于先進(jìn)的焊接設(shè)備，公司引進(jìn)柯馬公司的生產(chǎn)線，完成車身下部和車身總成的焊接任務(wù)，以符合更高的焊接質(zhì)量要求。

第一部分A3自動化生產(chǎn)線設(shè)計綱領(lǐng)

主要負(fù)責(zé)A3三廂和A3兩廂兩種車型白車身總成的生產(chǎn)，下部線和主焊線是混線自動化生產(chǎn)線，年產(chǎn)能約為20萬輛。

車身下部線完成發(fā)動機倉、前地板、后地板等總成零件的拼裝焊接工作，適應(yīng)車身下部高強度的焊接要求。主要由27臺機器人完成焊接工作、零件抓取，整條線還包括自動化輸送懸鏈，零件緩存器。

主焊線主要是完成車身下部、側(cè)圍、頂蓋、包裹架等總成的拼裝焊接工作。由滾床、OPENGATE、和31臺機器人組成。

主焊線OP130工位為在線激光檢測系統(tǒng)，由4臺機器人帶動激光檢測系統(tǒng)，對車身尺寸關(guān)鍵點進(jìn)行在線檢測。

第二部分 電氣控制系統(tǒng)

A3自動化生產(chǎn)線共有兩個部分組成,分為車身下部線和主焊線,有5條空中輸送線,工藝流程為發(fā)動機倉、前地板、后地板分別由3條輸送線輸送至車身下部線，車身下部經(jīng)空中輸送至主焊線，然后通過空中輸送線輸送至調(diào)整線。

整條生產(chǎn)線有車型識別系統(tǒng)一套，輥床一套、涂膠設(shè)備8套、COMAU機器人62臺，采用SICK的安全保護(hù)設(shè)備，采用帶有安全集成功能的CPU 416F-2的西門子。控制部分的采用工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS（現(xiàn)場總線）連接，見圖控制部分示意圖。

現(xiàn)場總線PROFIBUS,是用了7層模型的1、2層，精簡的結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)的高速傳輸。主要應(yīng)用于現(xiàn)場分散的I/O設(shè)備。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)由以下幾部分組成（如圖2）：1主控器（PLC）;2現(xiàn)場I/O模塊（ET200S），用于連接各種I/O設(shè)備；3其他智能裝置，如變頻器，觸摸屏等；4.網(wǎng)絡(luò)附件（交換機等）。它能夠直接完成設(shè)備的順序、連鎖、閉環(huán)控制，完成過程參數(shù)的采集以及報警功能。

PLC下面的從站模塊通過兩條PROFIBUS支路進(jìn)行硬件配置分別有1.MPI網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)模塊配置2.DP網(wǎng)絡(luò)的模塊配置。PLC與PLC之間的通訊通過DP/DP COUPLER完成。PLC與PLC之間的通訊通過DP/DP COUPLER完成

兩條自動化生產(chǎn)線和5條空中輸送線由CPU 416－2DP、CPU 315－2DP的13臺西門子PLC控制。PLC可向系統(tǒng)提供分析設(shè)備運行狀態(tài)和發(fā)生故障點的信息。每條生產(chǎn)采用1臺西門子人機界面PC870進(jìn)行控制，通過自身的MPI接口與PLC連接，內(nèi)部安裝西門子組態(tài)監(jiān)控軟件WINCC。整條生產(chǎn)線采用兩種總線模式，PLC與機器人間及PLC與I/O設(shè)備之間采用PROFIBUS現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊。PLC與PLC間的通訊全部采用西門子生產(chǎn)的CP443—1交換機進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)交換。

機器人和人機界面采用PROFIBUS通訊協(xié)議，開關(guān)、電磁閥、按鈕、指示燈、I/O從站等全部采用現(xiàn)場總線，區(qū)域內(nèi)PLC間的通訊通過DP/DP Coupler進(jìn)行信號交換，區(qū)域間的PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。這種總線的組合方式，節(jié)約了大量的接線工作，同時實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，過程狀態(tài)顯示、故障報警信息的顯示，使得整個系統(tǒng)操作簡便、維護(hù)方便、可靠性高。

西門子的人機界面HMI為整條生產(chǎn)線的運行與維修提供了強大的保證。在機器人界面上通過組態(tài)軟件進(jìn)行動態(tài)調(diào)試、人機界面按操作菜單分為工位平面布置圖見圖2、各設(shè)備狀態(tài)圖見圖3等。人機界面能夠顯示線內(nèi)的設(shè)備分布狀態(tài)、并用不同的顏色顯示設(shè)備的不同狀態(tài)、如運行、停止、故障等信息。子菜單內(nèi)可顯示PLC與I/O的狀態(tài)圖3，顯示變頻器（）、機器人的故障信息見圖4。當(dāng)有故障時能自動彈出報警信息，并對報警信息進(jìn)行記錄進(jìn)行歸檔統(tǒng)計，保留歷史故障記錄ZAOCHE168.com，為日后維修與點檢設(shè)備時提供參考依據(jù)。

所有的操作界面使用西門子公司的HMI，避免了傳統(tǒng)的面板接線復(fù)雜、勞動強度大、觀察、維修不方便的弊病。在該生產(chǎn)線中成功地應(yīng)用了西門子公司的SIMATIC產(chǎn)品的技術(shù)，其中Profibus場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在該系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用。

第三部分 點焊機器人系統(tǒng)

在汽車焊接工藝中，點焊占整車焊焊接的很大一部分，奇瑞A3自動化生產(chǎn)線焊接系統(tǒng)主要由點焊機器人系統(tǒng)系統(tǒng)組成。點焊機器人系統(tǒng)包括機器人本體、機器人控制器、點焊控制器、自動電極修磨機、自動工具交換裝置、氣動點焊鉗、水氣供應(yīng)的水氣控制盤等。

A3點焊機器人系統(tǒng)全部采用COMAU工業(yè)機器人及相關(guān)設(shè)備。這些點焊機器人通過控制系統(tǒng)可以進(jìn)行A3兩廂車型和三箱車型的自動識別和切換。

焊接機器人是典型的機電一體化高科技產(chǎn)品，功能強大、操作簡便。點焊機器人系統(tǒng)的控制方式是：由機器人控制柜通過通信網(wǎng)絡(luò)同生產(chǎn)線PLC西門子控制柜構(gòu)成機器人焊接生產(chǎn)系統(tǒng)。機器人系統(tǒng)內(nèi)的點焊控制器、自動電極修磨機、自動工具交換裝置、水氣控制盤等裝置由機器人控制。機器人系統(tǒng)根據(jù)上位PLC的車型信號輸入來調(diào)用對應(yīng)的機器人焊接程序進(jìn)行車身裝配焊接。

3.1中頻焊接技術(shù)的應(yīng)用

為了使A3獲得更加優(yōu)異的碰撞性能，在A3的車身結(jié)構(gòu)中，大量的采用高強度鋼板，同時縱梁等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)采用激光拼焊鋼板，傳統(tǒng)的工頻焊接技術(shù)無法使得在焊接高強度鋼板時獲得最好的剪切強度和抗疲勞強度。為了克服工頻焊接技術(shù)的弊病，在車身下部線采用中頻焊接。在A3線中采用BOSCH中頻焊接控制器和NIMAK的中頻焊鉗。

中頻焊接技術(shù)使得機器人焊接的優(yōu)異性能進(jìn)一步提升,中頻焊接得優(yōu)點主要有，相對工頻焊接為直流焊接，變壓器小型化、提高電流控制的響應(yīng)速度，實現(xiàn)工頻控制無法實現(xiàn)的焊接工藝，能夠?qū)θ嚯娋W(wǎng)平衡，中頻焊接的功率因數(shù)高，節(jié)能效果好。

3.2涂膠系統(tǒng)的應(yīng)用

涂膠系統(tǒng)主要涂車身骨架的點焊密封膠和隔震膠。自動膠槍由機器人攜帶，具有涂膠軌跡一致性高、膠用量控制準(zhǔn)確、涂抹后的膠條形狀統(tǒng)一等優(yōu)點。涂膠系統(tǒng)為A3車型獲得更加優(yōu)異的降噪性能提供了很大幫助。

供膠系統(tǒng)采用GRACO 公司高粘度供應(yīng)系統(tǒng)。包括:55加侖壓盤一個和5加侖壓盤一個、氣動柱塞泵、升降器。流體由泵輸出，泵出口裝有雙過濾裝置對膠進(jìn)行過濾。再經(jīng)過高壓軟管連接到GRACO P-FLO LT。

供料泵采用雙泵自動切換方式，設(shè)備具有自動切換及空桶報警功能：一泵處于工作狀態(tài)，一泵處于待命狀態(tài)。當(dāng)工作泵膠桶中的膠用完后，系統(tǒng)發(fā)出報警，自動切換裝置自動將工作泵切換至另一待命的泵，此時待命的泵成為工作泵。供膠泵具有雙泵切換功能，在換桶時不影響自動涂膠系統(tǒng)的正常工作，有效的提高了生產(chǎn)線的工作效率。

流量控制采用美國GRACO P-FLO LT精密流量控制器，包括：控制箱，電纜，流體盤，氣動隔膜調(diào)壓，流量計等。

GRACO P-FLO LT流量控制的工作原理為機器人提供速度的模擬量信號，控制板控制氣動隔膜調(diào)壓即時調(diào)整膠的壓力，并通過流量計和壓力計提供實時精確流量和壓力即時修正，形成一個閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)精確定量控制要求。槍的出膠量隨機器人速度的變化而變化。

3.3自動電極修磨機的應(yīng)用

在主焊線上，為了實現(xiàn)生產(chǎn)裝配的自動化，提高生產(chǎn)線節(jié)拍，分別為每一臺點焊機器人配備了自動電極修磨機，實現(xiàn)電極頭工作面氧化磨損后的修銼過程自動完成。同時也避免了人員頻繁進(jìn)入生產(chǎn)線帶來的安全隱患。電極修磨機由機器人的內(nèi)置PLC控制，示教專門的電極修銼程序來完成電極修銼。同時根據(jù)修銼量的多少來對焊鉗的工作行程進(jìn)行補償。

使用焊接機器人的優(yōu)點：不僅使生產(chǎn)效率提高了，而且使焊接生產(chǎn)過程變得規(guī)范化，使產(chǎn)品質(zhì)量得到穩(wěn)定和提高。

第四部分 其他系統(tǒng)

4.1滾床系統(tǒng)

A3自動化生產(chǎn)線整條線使用滑撬輸送，輸送時間為18秒。其輸送路線為：升降段輸送空滑撬到UB10#——滾床輸送——UB110#——升降段輸送——MB10#——滾床輸送——MB150#——升降段輸送。下圖為西部線滾床滑撬系統(tǒng)。

滾床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其工作原理為：控制信號發(fā)出，傳輸電機接收信號，開始工作，滑撬通過摩擦滾輪進(jìn)入工位，感應(yīng)器感應(yīng)，輸送電機停止，升降電機接收到控制信號，開始啟動，升降擺臂單元驅(qū)動，滾床開始升降，下降定位后，焊接機器人進(jìn)行焊接，焊接完成后，控制信號發(fā)出，升降電機運行，滾床上升輸送電機運轉(zhuǎn)，滾床上升到位，運輸電機氣動，滑撬運行并進(jìn)入下一工位。

M11/2主焊線設(shè)計生產(chǎn)節(jié)拍為100秒，可進(jìn)行M11、M12兩車型的任意混流，并考慮第三車型的預(yù)留。其中MB30# & MB40# & MB50# 主拼工位占用了三個工位，形式為COMAU公司標(biāo)準(zhǔn)的OPENGATE，具有柔性高，階段投資，改造方便等諸多優(yōu)點。其自身的結(jié)構(gòu)特點較四面體翻轉(zhuǎn)也有可采用側(cè)圍預(yù)裝、兩側(cè)施焊空間大等優(yōu)點。

OPENGATE即主拼夾具，COMAU公司OPENGAT是以夾具體為基礎(chǔ)，采用門形式，結(jié)合傳感器SOOQ.cn版權(quán)所有，利用PLC進(jìn)行控制。OPENGATE和焊接機器人系統(tǒng)通過總控制系統(tǒng)進(jìn)行配合工作，最終實現(xiàn)車身的定位、夾緊和焊接。

OPENGATE由夾具本體，氣路系統(tǒng)，感應(yīng)控制系統(tǒng)組成。A3主線OPENGATE本體，采用門形式，底座采用直線導(dǎo)軌，通過推力電機進(jìn)行定向（Y向）移動。X向預(yù)裝直線導(dǎo)軌，可以進(jìn)行車型切換，這樣有利于進(jìn)行階段性投資和改進(jìn)。氣路系統(tǒng)采用集中供氣，由執(zhí)行元件（氣缸）、控制元件（氣閥）和輔助元件組成。感應(yīng)控制系統(tǒng)由電磁傳感器、PLC（可編程控制器）和計算機控制系統(tǒng)組成，可以實現(xiàn)夾具的信息采集和自動化控制。

OPENGATE工作過程。主線白車身預(yù)拼后進(jìn)入OPENGATE，OPENGATE本體進(jìn)行閉合，閉合過程中進(jìn)行側(cè)圍和底盤的定位，使白車身預(yù)拼位置符合設(shè)計要求；定位后電磁感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行工作，檢查定位是否準(zhǔn)確，如果無誤，夾緊機構(gòu)進(jìn)行動作，將車身夾緊；如果有誤，報警系統(tǒng)進(jìn)行報警， OPENGATE進(jìn)入暫停狀態(tài)，同時控制系統(tǒng)顯示出現(xiàn)問題的地方和原因，待問題解決后系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行工作。夾緊后感應(yīng)裝置進(jìn)行夾緊狀態(tài)檢查，如果出現(xiàn)問題，則系統(tǒng)暫停并報警，如果夾緊狀態(tài)正常，焊接機器人開始工作，進(jìn)行焊接，焊接完成后，OPENGATE夾緊機構(gòu)打開，門式夾具體打開，白車身進(jìn)入下一道工序，OPENGATE等待下一輛白車身進(jìn)入。

OPENGATE的特點。COMAU公司OPENGATE側(cè)圍合拼采用預(yù)裝形式進(jìn)行預(yù)裝配，側(cè)圍合拼焊接工位，采用側(cè)滑形式進(jìn)行側(cè)圍的夾具切換，M11和M12側(cè)圍部分的夾具采用共用設(shè)計。夾具中定位銷、基座、非加工件采用標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的部件，水平面上定位孔與定位孔之間的公差為±0.02mm，粗糙度為1.6um，所有的定位孔與基準(zhǔn)面的公差為±0.05mm，粗糙度為1.6um。夾具定位銷和定位塊的安裝需采用“調(diào)整墊片式”的結(jié)構(gòu)，定位銷調(diào)整墊片厚度為5mm。此外，設(shè)計中預(yù)留三坐標(biāo)測量的位置和加工面，在復(fù)測時不需要拆卸夾具和滾床等其他設(shè)備。

目前A3車型已經(jīng)基本實現(xiàn)公司的“2mm工程”，COMAU公司OPENGATE為“2mm”工程提供了很大的保障，它為奇瑞A3的五星品質(zhì)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

4.3機械化輸送懸鏈與BUFFER

機械化輸送懸鏈的主要是用于大總成零件的自動輸送，主要是發(fā)動機倉、前地板總成、后地板總成的輸送。

其中后地板的吊具是兩種車型共用。采用先進(jìn)先出的方式進(jìn)行零件的排序。如果零件與機器人抓取的過程不一樣可以進(jìn)行零件的放行，當(dāng)零件被機器人抓取后，空吊具沿返回道返回。同時要求具有強制返回功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時，零件不被抓取強行返回。

機械化懸鏈零件的放置和取下都是由機器人完成。

BUFFER主要是用于小零件的緩存。人工將零件擺放到BUFFER上，零件在BUFFER上是被可靠定位的。機器人在抓取零件時對零件的裝配的位置進(jìn)行識別，如零件的裝配位置不正確機器人不進(jìn)行零件的抓取，并報警。人工裝配完成后按確認(rèn)進(jìn)行放行。裝配員工需要根據(jù)生產(chǎn)計劃進(jìn)行零件的排序。每個BUFFER上裝有顯示屏，對零件的數(shù)量進(jìn)行倒計數(shù)。裝配者根據(jù)生產(chǎn)計劃進(jìn)行零件的裝配。對一些情況，如將鍍鋅件裝配成非鍍鋅板機器人是無法識別的。

4.4車型識別和生產(chǎn)管理系統(tǒng)

自動化生產(chǎn)線將自動化控制系統(tǒng),制造業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacture Execute System,MES)集成在一起形成生產(chǎn)線的管理系統(tǒng)。在前期，生產(chǎn)計劃輸入工控機計算機中，通過工控軟件推算出個人工上件點的上件點的生產(chǎn)計劃。通過以太網(wǎng)傳給PLC。后期對系統(tǒng)進(jìn)行改造，自動化線能夠及直接接受MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃。

M11和M12采用拉動式生產(chǎn)的方式進(jìn)行，生產(chǎn)線接收MES系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃。每個工位都有基于MOBY-Ⅰ形式的車型識別系統(tǒng)，車型識別系統(tǒng)載體安裝在每個滑橇上。每個工位將根據(jù)車型識別系統(tǒng)識別的信息自動進(jìn)行焊接程序和焊接參數(shù)的切換。

在發(fā)動機艙總成工位是計劃安排的起點。在總成工位粘貼條形碼，確定車型信息。發(fā)倉被放置在轉(zhuǎn)運平臺上時，掃描設(shè)備掃描VIN碼信息傳送給PLC控制柜。控制柜根據(jù)接收的生產(chǎn)計劃確定機器人是否進(jìn)行零件抓取，信息無誤時給機器人傳送信號，機器人執(zhí)行零件抓取。同時，將VIN碼信息傳遞給下一個工位。

主焊線第一個機器人設(shè)置VIN碼掃描點,并將信息寫到雪橇載體上，并將生產(chǎn)信息傳送給下個工位,第二個工位根據(jù)信息提前判斷功能,提前做好夾具、焊接參數(shù)、焊接程序的切換準(zhǔn)備工作。當(dāng)雪橇到達(dá)第二個工位時，設(shè)備讀取雪橇上的車型信息，并將從雪橇上讀取的信息同第一個工位傳遞的信息進(jìn)行核對，核對正確的情況下，執(zhí)行程序。以此類推。

整條生產(chǎn)線有9臺抓件機器人，上件機器人具有兩種車型的識別能力，能根據(jù)生產(chǎn)計劃選擇相應(yīng)車型的零件，一旦零件錯誤或缺少零件，該機器人停止工作并且報警，同時每個BUFFER上具備車型識別系統(tǒng)。

4.5在線激光檢測系統(tǒng)

主線130為機器人激光檢測工位，由四臺機器人攜帶激光檢測傳感器組成，用來保證汽車精度而設(shè)立的，對M11.M12車身的252測量特性進(jìn)行檢測。

Perceptron測量系統(tǒng)通過機器人上的激光傳感器采集車身實際尺寸，系統(tǒng)通過中轉(zhuǎn)器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)控制站進(jìn)行分析和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對照比較，尺寸出現(xiàn)超出工藝范圍，數(shù)據(jù)站立即發(fā)給PLC控制的生產(chǎn)線故障和報警信號，停止生產(chǎn)線，防止不合格車身流到下道工序。

4.6安全系統(tǒng)

硬件配置：CPU 416F-2的西門子PLC, 光柵、急停按鈕、安全門、區(qū)域掃描儀等。

安全集成的輸入輸出信號作為過程的接口，可以直接連接單通道和雙通道的輸入輸出信號，例如急停按鈕和光柵。安全集成信號作為冗余信號內(nèi)部連接在一起。采用故障安全的分布式輸入輸出系統(tǒng)使系統(tǒng)的安全工程配置被PROFIBUS-DP部件替代，包括急停開關(guān)設(shè)備的替換，保護(hù)門監(jiān)視裝置，雙手操作等等。

在程序塊中對工位的各種安全設(shè)備如急停、安全門、光柵進(jìn)行邏輯控制，替代了傳統(tǒng)的安全繼電器控制方式；在程序中對各安全設(shè)備的邏輯處理主要通過三個程序模塊實現(xiàn)：光柵屏蔽數(shù)據(jù)功能模塊，急停屏蔽數(shù)據(jù)功能塊、安全門屏蔽數(shù)據(jù)功能塊。

集成在標(biāo)準(zhǔn)自動化系統(tǒng)的安全集成工程的優(yōu)點主要有：

1．具有安全集成功能的自動化系統(tǒng)比機械電器解決方案更靈活

2．基于可編程控制器的安全系統(tǒng)相對與傳統(tǒng)的硬接線系統(tǒng)大大降低了接線成本

3．集成功能由于采用標(biāo)準(zhǔn)工程工具進(jìn)行系統(tǒng)的編程配置因而可以減少工程用時

4．成故障安全功能的CPU不僅可以處理與安全相關(guān)的控制，同時可以參與到標(biāo)準(zhǔn)的自動化任務(wù)當(dāng)中

5．故障安全程序和標(biāo)準(zhǔn)程序可以在統(tǒng)一的平臺上共享數(shù)據(jù)和通訊

小結(jié)

A3自動化線是COMAU為奇瑞公司打造的一條現(xiàn)代化生產(chǎn)線。為實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提供各種自動化設(shè)備，并進(jìn)行有機集成，使用現(xiàn)場總線于PLC進(jìn)行連接，PLC與PLC之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，為生產(chǎn)線的使用、維護(hù)提供諸多方便。同時人機界面大大的提高了生產(chǎn)線的可控性，為維修提供了便利條件。

COMAU公司的OPENGATE技術(shù)為實現(xiàn)車身的“2mm工程”奠定了基礎(chǔ)，恰到好處的使用中頻焊接技術(shù)為提升車身性能起到關(guān)鍵點作用，各種輔助自動化設(shè)備極大地提高整條線的自動化率。

作為奇瑞“十年磨一礪”的主打、戰(zhàn)略車型A3，經(jīng)歷過開創(chuàng)性的“十萬公里連續(xù)不間斷公開測試”、“突破性的通過C-NCAP五星安全測試”，連續(xù)被評為“自主品牌汽車”。這些良好的綜合性能，尤其是安全性，與奇瑞打造精品車身是分不開的。A3的優(yōu)秀品質(zhì)，是對設(shè)計、規(guī)劃、工藝、制造等投入大量人力、物力和先進(jìn)技術(shù)換來的。COMAU公司設(shè)計制造的自動化線為A3車身卓越的品質(zhì)的提升起到關(guān)鍵的作用。A3自動化線是自主品牌汽車向國際標(biāo)準(zhǔn)看齊的產(chǎn)物，A3車型品質(zhì)的飛躍得益于自動化線的應(yīng)用，使得車身焊接裝備的探索又邁向更高一層。