机器人自动喷涂区柔性化生产技术的实现
杨菁靖
郑州市航海东路17大街1689号海马轿车有限公司涂装部
中文摘要：在市场需求的前提下，海马轿车有限公司先后推出Z系列6款车型，因为车型的配置以及性能的提升导致Z系列车从设计到生产完全改观，因此，涂装车间采用两套承载（滑橇）系统生产，为了保证漆膜外观品质，原理上国内的轿车生产线都采用一套承载系统，尤其是机器人自动喷涂段，采用两套系统及容易出现生产安全事故，然而，海马轿车厂机器人小组创造性的解决了这一生产难题。
关键词：机器人、长滑橇、短滑橇、PLC程序、选项
前言
为了响应市场需求，海马轿车有限公司公司先后推出Z系列4款车，分别为Z1，Z12，Z20，Z21。四款车有不同的档次及配置。然而从我做机器人试教程序方面分析，这四款车的区别是：Z12是Z1加长车；Z20是Z1加宽车；Z21是Z1加长加宽车，这四种车型属于同一系列，外观差别不大。
由于设计原因，四款车在生产线生产时却存在着很大的不同，尤其对于涂装生产线自动化喷涂设备来说是一个极大的考验。因为底盘设计不一样，必然导致生产现场支撑工装（滑橇）不一样。因此，我们必须要更改工装保证生产以快速相应市场需求。
经过技术部及相关设备厂家讨论，最终得出滑橇更改方案：在原滑橇撬尾增长30cm。我们通过技术参数对比，认为机器人自动喷涂段可以通过两种方法实现正常生产。一、安装硬件设备（行程开关），通过硬件设备和PLC程序共同识别生产线的长划撬和短滑橇以实现自动连续生产。二、重新编写一套可供大滑撬通过的PLC控制程序，在生产时对程序采用上传下载的方式进行生产。
一、两种方案实施过程优劣对比
纵观整个二厂涂装车间，只有前处理积放链可以实现柔性化生产。即生产线上可以兼容大车和小车同时混线生产，产能不会降至1/2。和国内其它汽车厂积放链对比，其它生产线积放链生产小型车用1倍节距生产，而生产大车型却需要2倍的节距，否则会出现撞车事故，因此产能会降低一半。海马郑州轿车厂涂装部前处理线体通过巧妙设计拥有1倍节距和1.5倍节距两种生产模式，生产小型车用1倍的节距生产，而生产大车型用1.5倍的节距，因此产能降低1/3而不会降至1/2。
涂装部开始生产Z20和Z21的时候我们就遇到了变节距问题，一、因为支撑工装（滑橇）的加长导致产能的下降，产能下降会使成本增高。二、喷涂机器人是一个相对复杂的设备，喷漆功能实现需要多组控制程序，多组控制程序中PLC控制程序和仿形试教两个系统程序正好与滑橇长度相关联。也就是说如果滑橇参数更改了，那么机器人将无法完成喷涂过程，也就是说，投入大滑撬混线生产将导致机器人设备瘫痪，成为摆设。
第一套方案执的执行起来需要一个月的时间。首先,在喷房安装硬件设备（行程开关）;其次,修改现有的PLC程序，让硬件和程序关联起来;最后,再对安装的硬件和新修改的程序进行长时间的生产验证。例如，一个车型的试教程序在1条自动线上试教插入点为1000个，涂装生产线现在兼容有M系列2种车，Z系列5种车（包括箱货车），以及我们目前拥有的主车型降级程序，因此， 3条自动线上涉及的仿形试教程序有10种车型。所以如果采用加入硬件这套方案对我们小组来说工作量非常大，把程序调整好再调整完再在原程序基础上调整喷涂10种车型的喷涂品质至少需要2个礼拜，还不算新加入的PLC程序数据参数收集优化时间。
然而，增加设备（行程开关）是一劳永逸的方式。
经过我们分析，在一个成熟的生产现场没有这么长的时间去做喷涂调试，所以不采取第一套方案。
第二套方案实施过程我们用原程序作为先例，先离线编程然后再下载至下位机PLC中。因为更改了滑橇长短，所以我在原来的程序上修改滑橇长度检测程序，通过更改检测滑橇长度的PLC程序而产生一套新程序，如此工作便可完成。
但是这套方案也存在着很大的弊端。
首先，需要一个理想的生产管理过程，生产管理人员和现场操作人员的压力会非常大。我们需要批量过短滑橇和长划撬，也就是说我们在自动化生产过程中要人为干预要把长划撬和短滑橇分开。
其次，我生产现场要做设备改造需要较长的周期。涂装部有320套短滑橇，那么在改造期间生产怎样进行生产呢？经过程序改善，自动喷涂区的机器人一套仿形试教程序对应两套PLC程序，用短滑橇生产时用一套程序；用大划撬生产时用另一套程序。
但是，自动连续生产过程中是不允许这样的对应关系存在的。因为PLC程序的上传下载会导致PLC即时数据数据清零，相当于电脑的重新启动。设想一下，生产线上排满了车，短滑橇上一台，长划撬上一台，那么就需要生产一台车，下载一次程序，重启一次设备。这样生产肯定无法正常进行，更别谈因为程序上传下载造成PLC控制设备损坏、生产过程中的等待浪费、能源浪费、人力浪费和返线车造成的成本浪费。
然而这毕竟是一种方案，虽然可操作性不强，但是在短时期可以采用这种方式。目前面漆生产线的JPH可以达到42台/小时，用长滑橇接车，JPH可达到38台/小时，纯理论值生产能力降低了约1/10。与处理生产线的变节距积放链相比我们的优越性很明显，但是实际操数据显示，我们生产线的生产能力降低了1/5左右，因为程序的上传和下载过程中我们需要长短滑橇之间的节距为一个喷房的距离，这个大的距离导致了生产能力急剧下降。
二、长短滑橇同时通过自动喷涂区实现半自动化
程序的上传和下载有极大的制约性，在生产过程中不方便。所以需要进一步改进现场生产状态，经过我们初步讨论，通过改善现场设备功能可以实现半自动化生产。要实现半自动化生产我必须说明机器人自动喷涂区域手动输入盘的作用和7个行程开关的功能。
1.手动输入盘（MIP）选项（OPTION）功能
手动输入盘是用来对车型和颜色输入设备，手动输入盘总共设置20中车型输入按钮、12种颜色输入按钮、2个选项按（一个空放车体一个预留）钮以及其他相应的功能按钮。
手动输入盘主要功能是对生产线所有车型及颜色进行代码对应输入，我们对所有的车型和颜色进行编码，通过人为输入车型及颜色把代码传递给自动喷涂机器人。
手动输入盘另一个选项（option）功能预留，这个预留功能的选项按钮在生产系统原本作用是区别同一个车型高端车和低端车喷涂程序的功能，比如有天窗车我们可以通过输入选项功能屏蔽天窗喷涂。因为此功能的使用等于重新编制试教程序，也就是等于一个车型占了两个车型位置，并且还会涉及到喷涂品质问题，又需要很长时间调整，所以这个功能预留。
2.机器人自动喷涂区7个行程开关的功能
机器人安全的实现自动喷涂和7个行程开关作用密不可分，这7个行程开关分布在整条生产线上，和其他设备相关联实现与生产相对应的功能。
序号 名称 关联设备 功能
1 C20 AUTO ID 1.检测滑橇长度。 
                             2.通过5组光电管检测车型数据检测车型。
2 C8 Photo Sensor 1.喷房入口人体安全检测。
                                    2.检测滑橇长度。
                                    3.通过1组光电管检测车型数据检测车型。
                                    4.通过检测撬前端长度检测车型在滑橇上的安装位置。
3 C1 喷涂机器人 1.检测滑橇与滑橇间节距。
                                2.检测滑橇长度。 
                                3.检测机器人相对滑橇启动点位置。
4 C60 喷涂机器人 1.检测滑橇相对运载（双链）设备是在1区否滑移。
                                  2.检测滑橇长度及节距。
5 C2 喷涂机器人 1.检测滑橇与滑橇间节距。
                               2.检测滑橇长度。
                                3.检测机器人相对滑橇启动点位置。
6 C61 喷涂机器人 1.检测滑橇相对运载（双链）设备是在2区否滑移。
                                  2.检测滑橇长度及节距。
7 C9 Photo Sensor 1.喷房出口人体安全检测。 
                                     2.检测滑橇长度。
注：C※—生产线上对于7个行程开关编号。
通过上述说明，我们得到两个信息：7个行程开关都涉及到载体（滑橇）长度检测；手动输入盘有一个option功能没有用到。
我们在中学学过电路，都知道并联电路和串联电路，并联电路有支路，一路不通还有一路，串联是一条路，一路不同则没有信号通过。
我们研究出来PLC程序的7个行程开关共同点，我们也知道电路并联有导通作用，因此我们就在PLC程序中借鉴了这个功能。首先把长滑撬的程序编制好并联到短滑橇上，让程序实现和检测长滑功能；其次，把手动输入盘（MIP）上选项（option）功能按钮增加定义，让其实现数字电路里边“0”和“1”置换功能，不输入设为“0”，输入设为“1”。也就是说如果生产线上过短滑橇，我们不输入，依然使用原程序检短滑橇，如果过长滑橇我们按下option选项输入“1”，使用我们并联好的长滑撬检测程序。
并且这种方法简单便捷易操作，同时，程序还设置了报警程序保证生产安全，即使操作人员忘记输入或者输错了也没有关系，因为通过解除报警我们可以修正错误。
通过这样的改善，实现长短滑橇混线生产；避免了对生产管理安排的苛刻需求；避免了因程序的上产下载导致设备损坏；消除了能源浪费、人力浪费、等待浪费和因为程序问题造成的返线车。
三、长短滑橇同时通过自动喷涂区全自动化的实现
然而，生产现场手动输入盘操作人员反映，长短滑橇不好区分，滑橇作为车体载体在下边可观察性不强。同时，机器人操作人员也反映每天手动输入总是输错几台造成停线修改程序，而且刺耳的报警声容易让人烦躁不安。
针对这个问题我展开了新一轮探索，文章前边提及7个行程开关的功能，车型自动识别系统行程开关（C20）是载体进入自动区的第一个检测设备，如果我在第一个检测设备检测出长短滑橇并把置“0”或者置“1”信息传递给机器人，那么完全可以实现自动化生产。
经过仔细分析，我发现车型自动识别系统行程开关我们可以增加定义一个功能：检测长滑橇和短滑橇的功能。
短滑橇为420cm，长划撬为450cm，我在车型自动识别系统行程开关（C20）PLC程序同时并联长短滑橇的检测程序，然后在使用MOVE指令，使得长滑橇通过C20时手动输入盘option选项置“1”，短滑橇通过时option选项置“0”，由此，机器人自动喷涂区柔性化生产技术的实现得到完全解决。
技术改进以前，生产节拍JPH为42台每小时，改进之后如果生产线全部用大滑橇生产JPH可以达到39台每小时，如果混线生产自动喷涂区JPH在39至42之间；长短滑橇混线生产可以成为常态生产，不再会影响到生产进度；投入成本为零，得到巨大收获，机器人自动喷涂区长短滑橇混合通过，实现柔性生产。