MES在汽车制造中的应用之工艺篇(1) -- 乘用车制造工艺

乘用车通常包括家庭轿车、运动型多功能车(SUV)、多乘员车(MPV)。

乘用车通常采用承载式车身，即由钢板焊接成的车身形成车辆的主体结构，底盘、发动机、变速器、内饰等都是安装在车身上的。车身通常采用冲压成型的钢材经由焊接成型，目前使用较为广泛的是笼式车身，即车辆钢板、钢梁、肋条通常焊接形成一个类似笼子的结构。笼式车身的特点是安全性高、抗冲击性强、对乘客保护好、空间大、车重轻。

乘用车的制造过程主要由4大工艺组成：冲压、焊接、喷涂、总装。

乘用车通常使用3D CAD软件进行车辆的造型设计，并使用3D CAD进行车辆的钣金设计、夹具设计等。

在冲压工艺段，工艺工程师根据3D CAD模型设计各钣金件的冲压模具，冲压作业时，压机加载成卷钢板和模具，通过冲压成型的方式形成各种类型的冲压零件。此工艺段的钢板厚度和模具精确度对车辆安全有重大影响。在冲压车间，MES的主要功能是监控设备的实时运行状态，因为设备的可用性直接决定了生产效率。



在焊接工艺段，焊接机器人将冲压件焊接形成车身主体结构，并附加强化钢梁和肋条。此工艺段的焊接质量、焊点分布均匀度对车辆安全有重大影响。在质量管理方面，通常会通用专业软件比对设计焊点位置和实际焊点位置，生成统计分析报表。焊接完成的车身会运送到焊装缓冲区WBS(Welded Body Store)。

焊接工艺的主要作业有：

1) 焊接发动机舱、前地板、后地板(又称三大件)。

2) 将三大件焊成车辆的骨架。

3) 焊接左右侧围。

4) 将侧围焊到车辆骨架上，并形成ABC柱。

5) 焊接车门及肋条，并安装到车身。

图1.1-1显示了车身的主要结构。



图1.1-1：车身主要结构



图1.1-2显示了焊接的主要作业流程：





图1.1-2：焊接主要作业流程

在焊接车间，MES的主要功能是自动下发工单给上线工位，如三大件和左右侧围。目前整车厂基本上都根据订单来安排生产，也就是订单的顺序决定了车辆的生产顺序。因此在上线工位，设备并不知道下一台车的车型和配置信息，需要由MES自动下发给设备PLC。

在喷涂工艺段，车辆要涂底部防腐蚀层、中部过渡层、表面油漆层，并配合前处理、干燥等辅助工艺。喷涂的大部分作业由设备自动完成，通常设备都安装在空中；而人工的检查、辅助喷漆放在地面层；此外喷涂车间还有2个输送层，1层用于车辆缓存，1层用于空撬返回。喷涂完成的车辆会运送到喷涂缓冲区PBS(Painted Body Store)。

喷涂车间有几十道较独立的工艺段，而大部分工艺段以设备自动作业+人工维修的形式完成，由于作业人员较少，因此需要将问题车辆自动移送到维修区，MES提供质量路由模块配合PLC完成此项功能。

图1.1-3显示了喷涂的主要作业流程：



图1.1-3：喷涂主要作业流程

在总装工艺段，车辆要装配内饰(Trim)、底盘(Chassis)，并进行终装(Final)，所以有的工厂把总装又称作TCF – 由Trim/Chassis/Final的首字母组成。

总装工艺段的主要作业有：

1) 根据一定的调度规则，从PBS调用车辆。

2) 在前内饰线，安装乘客舱、仪表盘、天窗等设备。

3) 在底盘线，安装底盘、发动机、变速器等设备。

4) 在后内饰线，安装轮胎、座椅、车门等设备。

5) 在完成线，安装附件、加注液体、检查外观等。

6) 在检测线，进行软件刷写，并检测四轮定位、大灯、尾气等。

7) 另外还有车门、仪表盘、发动机等分装线。

总装车间以人工装配为主，涉及大量的物料配送，因此MES的主要功能包括：装配指示、装配防错、物料拉动、设备集成等。

图1.1-4显示了总装的主要作业流程：



图1.1-4：总装主要作业流程

图1.1-5是一个典型主机厂的整体布局：



图1.1-5：乘用车总体制造工艺