由缩影看上海大众的电气自动化——访上海大众汽车有限公司车身规划科首席电气规划员刘荣辉先生2

由缩影看上海大众的电气自动化——访上海大众汽车有限公司车身规划科首席电气规划员刘荣辉先生
作者：郭 嘉    文章来源：本站原创    点击数：275    更新时间：2008-6-3
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作为世界领先的汽车制造厂商，上海大众始终密切关注和跟踪国际汽车界的发展动态，不断地进行技术升级改造，保持车型、工艺技术和加工、检测设备的先进性。经过三期重大的技术改造工程，上海大众形成了四大生产区域（汽车一、二、三厂和发动机厂）和一个技术开发中心的布局。大量的工业机器人、领先的自动化系统、先进的现场总线和以太网的使用都体现了上海大众自动化设备和技术的先进性。
AI: 我们知道实施自动化的主要目的是为了改善工艺性和提高可操作性，请您介绍一下上海大众车身车间采用的自动化设备、技术。
刘荣辉先生：车身车间的电气自动化设备和技术是上海大众的一个缩影，可以代表整个上海大众的自动化水平。目前上海大众共有3个汽车厂和2个发动机厂，其中包括4个车身车间。汽车一厂车身车间主要生产Polo劲情和劲取；汽车二厂车身车间主要生产Santana系列轿车；汽车三厂车身车间一线主要生产Passat系列车型，二线主要生产途安和明锐车型。
车身车间的自动化技术有以下几个特点：
1. 大量使用工业机器人。在上海大众，车身车间是使用工业机器人最多的工艺车间，在目前已经投产的车身生产线上，使用的机器人数量达到500多台，使用的机器人包括KUKA、FANUC、SEF，在Santana系列的生产中，也使用了ABB机器人。在车身车间，机器人已经使用在几乎所有工艺中，从通常的机器人搬运、点焊、弧焊、螺柱焊、凸焊、铆接螺母、涂胶、TOX压接、打磨，到使用ISRA系统在线测量，机器人进行冲孔，以及机器人的激光应用，如：激光焊接、激光钎焊、激光切割，而且从明锐项目开始，上海大众全面使用机器人对四门两盖和天窗进行滚轮折边。
2. 大量使用自动化系统。这些系统有的作为机器人的使用工具，由机器人控制进行使用，如：激光应用系统，包括Trumpf公司的激光发生器、HIGHYAG的激光加工镜组、Scansonic公司的激光钎焊系统；Schuker SCA的涂胶系统、Emhart的自动螺柱焊系统、Fronius的自动弧焊系统、铆接螺母系统；有的由可编程控制器直接控制，如GH中频加热系统；有的需要可编程控制器和机器人进行协作，如Audi的机器人滚轮折边系统，折边模的下压盘（Niederhalter）和夹头由可编程控制器直接控制，而折边滚轮作为安装在机器人六轴上的工具，由机器人直接控制。
3. 使用了不同的输送系统，包括自动的、半自动的。在底板线和总拼线使用了滚床式雪橇输送系统；在侧围线使用Overhead空中输送系统；在Passat车间前底板、后底板使用EHB空中输送小车系统等。
4. 使用可编程控制系统对生产线进行控制。在帕萨特项目中，使用西门子Step5可编程控制器；从Polo项目开始，使用西门子Step7可编程控制器。

AI: 柔性化生产线是上海大众生产流程的显著特性之一，柔性化生产线涵盖了各大总成及整车等制造环节。车身车间是怎样通过自动化控制系统来为柔性制造提供技术保障的？
刘荣辉先生：在冲压、车身、油漆和总装四大工艺车间中，车身车间是实现柔性化难度最大的车间，这主要是因为车身车间的夹具系统是针对白车身零件的不同而设计的专用设备，夹具系统实现柔性化的难度大。在上海大众Polo项目之前的Santana、Santana2000和Passat项目，都是每个车型一个厂区，也就是现在的汽车一厂、汽车二厂和汽车三厂。在Polo项目中，上海大众开始在车身车间将不同车型进行混线生产，从而拉开了上海大众柔性化生产的序幕。在汽车三厂车身车间一线，Passat和领驭混线生产，现在正在实施的Model S项目也在该车间混线生产；在汽车三厂车身车间二线，途安和明锐混线进行生产；在汽车一厂车身车间正在实施的Model F项目，和Polo劲情/劲取进行混线生产。
我觉得除了产品设计的因素外，在柔性化生产线规划时还要注意：
1. 在规划时需制定切实可行的柔性化方案，比如：在Model S项目的四门方案规划时，已经考虑了三种不同车型混线的可能性；
2. 选择适合柔性化生产的工艺设备，比如：机器人是非常适合柔性化生产的设备，针对不同车型，通过更改机器人程序就可以实现柔性。
3. 选择柔性化的工艺，比如：在机器人进行涂胶时，采用落地涂胶枪，机器人通过抓手抓取不同的零件去进行涂胶来实现柔性化；在总拼定位焊工位，我们使用Framer技术，可实现多种车型混线生产。
4. 采用可以多车型共线的输送方式等。
我认为，自动化控制系统在柔性化方案实施时最基本的作用是进行车型识别与控制，控制系统根据识别出的不同车型，来进行相应处理。

AI: 在Passat项目中，上海大众首次在车身车间、油漆车间和总装车间的自动化控制系统中使用Interbus现场总线系统，请您介绍一下Interbus在该项目中使用情况及使用效果。
刘荣辉先生：在Passat项目之前的Santana 2000型项目中，我们使用的还是传统的PLC点对点接线的控制方法，这种方式存在以下缺点：
1. 布线工作量大，控制设备的控制点相互之间需并行布线；
2. 安装、调试复杂，对电缆的要求高；
3. 故障诊断和查找困难，维护不便。
从20世纪80年代中期逐步发展起来的现场总线控制系统克服了点对点控制方式的上述缺点。现场总线系统通过一条总线代替点对点控制中的并行电缆，将分散在现场的输入/输出连接到一起。与点对点控制的并行布线相比，现场总线具有如下特点：
1. 电缆费用低，在规划、安装调试时节约时间，并且由于电缆的数量大大减少，也减小了电缆槽和控制柜的空间；
2. 现场总线的自诊断功能强大，大大缩短了故障维护时间。
在Passat项目中，上海大众第一次在新建的汽车三厂车身、油漆和总装车间的自动化控制系统中广泛使用Interbus现场总线系统。在车身车间，不管是从最简单的单工位自动工位，还是复杂的生产线控制系统和外部输送系统，都使用了Interbus现场总线系统。当时在Passat项目中，控制器使用的还是西门子Step5的可编程控制器，Interbus主要使用的是ST模块和相应的I/O模块。现场I/O信息通过ASB模块（执行器传感器模块），连接到Interbus系统。由于车身车间现场环境比较恶劣，电磁干扰严重，我们选用了光缆作为总线的传输介质，而外部输送系统由于需进行远距离传输，选用了铜线作为传输介质。在不同的Interbus总线之间，使用网关Gateway进行通讯。Interbus总线系统的使用，取得了非常良好的效果：
1. 缩短了电路图的设计时间，原来繁琐的原理图、布线图设计变得简单。
2. 安装、调试的时间和费用大幅降低。导线、连接附件大幅度减少，由原来的几百根，甚至几千根控制电缆减少到一根总线电缆，从而也使接线端子、电缆桥架等附件大幅度减少；标准接插件快速、简便的安装大大节省了人力、物力。
3. 维护的费用、维护和改造所造成的停工时间大幅度降低。由于Interbus系统强大的故障诊断能力，使系统的调试和维护变得简单和轻松。

AI: 在Polo项目中，上海大众在经过比较后再次选用了Interbus现场总线系统，请您介绍一下原因，Interbus在汽车行业应用的优势主要有哪些？
刘荣辉先生：在Polo项目前期，我们对Interbus总线系统在Passat项目中的实际应用情况进行了评估，鉴于Interbus良好的稳定性和故障诊断功能，我们决定仍然使用Interbus现场总线系统。在Touran和明锐项目中，使用Inline模块代替ST模块，并且使用具有IP67保护等级的Ruggedline模块，该模块特别适合于车身车间的恶劣电磁干扰环境。使用Ruggedline模块后，可以取消前面提到的ASB模块，现场的I/O信号可以通过Ruggedline模块直接连接到Interbus总线上。更重要的是，机器人六轴上的工具（如抓手、焊钳）的信号，通过Ruggedline模块和机器人管线包中的Rugged Flex高柔性光缆直接连接到Interbus系统上，取消了RIP上的Interbus模块盒，简化了安装，缩短了调试时间。
总结上海大众车身车间使用Interbus系统近十年的经验，我认为Interbus系统在汽车工业中使用具有如下优势：
1. 系统稳定性、可靠性高；
2. 强大的诊断功能、故障的精确定位和故障类型的准确判定，缩短维护时间，提高设备开动率；
3. 灵活的总线分支功能，对输送系统的综合布线非常实用；
4. 较强的抗干扰能力，尤其在车身车间的复杂电磁干扰环境下，使用光缆作为传输介质，运行稳定；
5. 总线系统组态、设定和使用简便；
6.良好的模块快速更换方便性和可扩展性，缩短安装和维护时间。
上述的几点优势，我觉得对汽车行业快节拍、流水线的生产方式是非常重要的。
AI: 除了Interbus，上海大众还使用哪些总线系统？你如何看待现场总线的未来发展？
刘荣辉先生：上海大众除了使用Interbus总线系统外，在发动机厂等地方还使用了Profibus系统。在国内，还有其他汽车厂车身车间也使用Profibus系统。现在世界上应用较多的现场总线系统有：西门子主推的Profibus、菲尼克斯电气主推的Interbus以及罗克韦尔子自动化主推的Devicenet。其中Devicenet在北美和日本使用比较普遍，而Profibus和Interbus在欧洲使用比较普遍。随着近年来IT技术和计算机技术的迅猛发展，IT技术也逐步应用在自动化系统中，比如工业以太网。在上海大众的Polo车间和Touran车间都进行了以太网联网，将现场的工艺设备（如焊接控制器、机器人、PLC控制器等）连接到以太网中。
有了相关软件的支持，在以太网服务器上，可实现对现场进行数据采集、集中（远程）编程、故障诊断和信息收集等功能，并且可以和办公以太网进行连接，可实现在办公室对现场进行监控。
近年来，人们在欧洲和美洲相继提出基于实时以太网的新一代现场总线技术(在欧洲为Profinet，在美洲为Ethernet IP)并投入大量人力、物力和财力进行研发。目前，Profinet已开始投入工业应用，但大规模的工业应用还需要一段时间，我觉得有以下几个原因：
1. Profinet目前还缺乏第三方设备的支持，大多数第三方提供的产品还没有Profinet的接口能力；
2. 目前由于应用规模还很小，和现有的现场总线相比还没有价格优势；
3. Profinet的产品系列还不够丰富。
但是，实时以太网是一个发展的趋势，相信在不久的将来会逐步得到推广使用。
AI: 在先进自动化设备、技术的使用上，上海大众有哪些成功的经验？
刘荣辉先生：在上海大众，有的生产线的自动化程度完全可以和欧美媲美，如：Polo项目的四门两盖线和Model S的四门生产线，除了在上件和取件工位外，其余全部为自动化工位。由于国内汽车市场竞争越来越激烈，各大汽车厂都面临降低成本的压力，其中包括降低生产线投资成本的压力。与欧美和日本等发达国家相比，中国的劳动力成本相对比较低。在进行规划时，我认为不能盲目追求生产线的高度自动化，需根据生产纲领和工艺的要求，来决定自动化设备和技术的使用，以达到良好的投资费用和自动化水平的平衡。
另外，引进先进的自动化生产设备，只是生产线建设的第一步，为了让先进的设备转化为生产力，需要建立完善的培训体系，培养一支过硬的维修队伍，才能充分发挥设备的潜力，延长设备的使用寿命，并在此基础上进行消化吸收，逐步实现自主创新。