王 風
( 廣東省技師學院質量技術系，廣東 惠州 516100)
摘要: 介紹了汽車塑料件的生產現(xiàn)狀、工業(yè)自動化技術的發(fā)展狀況以及自動化技術在汽車料件生產中的應用狀況，并簡要論述了自動化技術對汽車塑料件生產過程的積極促進意義。
關鍵詞: 自動化技術; 汽車塑料件; 成型; 生產; 應用
當今社會，人們的出行和工農業(yè)產品的流通更加頻繁，汽車作為交通運輸工具達到了前所未有的發(fā)展高度，傳統(tǒng)的汽車普遍采用鋼鐵材料，不僅造價高，而且車身重，生產成本和能源消耗大; 隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，“以塑代鋼”已經成為當代汽車生產和制造的主導思想，進而推動了汽車塑料件生產的快速發(fā)展。根據(jù)汽車塑料件的結構、尺寸等特點，汽車塑料件的生產涉及原材料選擇、成型方法的確定、涂裝、后處理、裝配等多個工藝過程，傳統(tǒng)的汽車塑料件生產過程依賴工人的工作經驗，難以實現(xiàn)自動化生產，因此生產效率較低［1］。
20 世紀中期出現(xiàn)的工業(yè)生產自動化技術是一種集計算機技術、自動控制理論、數(shù)字算法等為
一體的現(xiàn)代化工業(yè)生產控制技術，能夠以機器取代人工，大大降低了工人的勞動強度，并提高了生產效率和產品的合格率。將自動化技術應用于汽車塑料件生產中，具有十分積極的經濟意義，因此也是國內外大中型汽車零配件制造企業(yè)首選的生產技術之一，本文主要圍繞自動化技術在汽車塑料件生產中的應用展開論述。
1 汽車塑料件的生產現(xiàn)狀
對于汽車而言，車身塑料化是主流的發(fā)展方向，汽車塑料件主要包括汽車保險杠外殼、底盤蓋板、進氣柵格、車燈燈罩、翼子板等汽車外覆蓋件，以及儀表盤、座椅填充物、座墊、腳墊、方向盤套等汽車內飾件，它們均是以塑料為原材料，經過不同的生產工藝加工而成的塑料制品。表 1 給出了幾種不同部位汽車塑料件的原材料類型及采用的成型方法［2］。
由表 1 可知，注塑成型是汽車塑料件最常用的成型工藝，汽車塑料件的結構往往較為復雜，對其機械強度尤其是沖擊強度的要求較高，汽車塑料件生產商在完全掌握產品的結構和功能之后，才能確定合適的生產工藝，選擇合理的工藝參數(shù)和控制方法，最終生產出高質量的汽車塑料件產品，典型的汽車塑料件生產工藝流程如圖 1 所示。
2 工業(yè)自動化技術的發(fā)展概述
工業(yè)自動化技術利用了控制理論、計算機和信息技術手段，可實現(xiàn)對工業(yè)生產全過程的檢測、控制和優(yōu)化，以達到高產量、高合格率、高安全性的生產目的; 工業(yè)自動化技術以提高生產效率、獲得更高的經濟效益為最終目標，能夠幫助企業(yè)更好地規(guī)劃生產過程、提升企業(yè)的生產管理水平。工業(yè)自動化技術最早起源于 20 世紀 40 年代，隨后經歷了兩次較大的革新，直到進入 21 世紀，自動化技術達到了較高的水平，指導企業(yè)的工業(yè)生產過程。表 2 給出了工業(yè)自動化技術的發(fā)展歷程［3］。
在當今工業(yè)生產企業(yè)中，普遍采用的是現(xiàn)場總線控制技術，與生產車間的智能設備相結合，可實現(xiàn)生產管理的一體化。而工業(yè)自動化技術的發(fā)展，也需要其他技術的共同發(fā)展，例如 PLC 控制技術、監(jiān)控技術、同步控制技術等，單一的自動化技術無法全面控 制生產全流程，與 PLC 控制技術、局域網(wǎng)、智能儀表等結合，可以實現(xiàn)工業(yè)生產過程的管控一體化; 與監(jiān)控技術、同步控制技術等結合，可以實時掌握生產流程，進一步提高工業(yè)生產系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。
3 汽車塑料件生產中自動化技術的應用
結合圖 1 可看出，汽車塑料件的主要成型工藝有注塑成型、模壓成型、熱壓成型等，不同的成型工藝 對成型設備、成型控制技術水平等的要求也不盡相同，采用自動化技術有助于生產加工企業(yè)提高生產效率，并得到更多高附加值產品，提高企業(yè)的生產效益。
3. 1 PLC 控制技術
PLC 控制技術具有邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和輸送等功能，PLC 控制系統(tǒng)由中央處理單元、輸入/輸出單元、功能模塊、連接設備等組成，PLC 控制系統(tǒng)在工作時可對生產過程進行循環(huán)掃描，首先需要進行模擬調試，在調試通過后才能運用到實際生產系統(tǒng)中。
汽車塑料件的成型是汽車塑料件生產的各個環(huán)節(jié)中最重要的步驟，尤其對于汽車內飾件的成型過程，當前的大部分企業(yè)還是利用需要人工操作的成型機，不同生產線的產品質量差異較大，且生產記錄不夠完善，生產效率低。利用 PLC 控制技術，結合現(xiàn)場總線控制技術、監(jiān)控技術等，對傳統(tǒng)的汽車內飾件生產線進行工業(yè)自動化設計，可以實現(xiàn)系統(tǒng)自動報警、故障顯示和自動診斷，同步監(jiān)控技術可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高精度等［4］。
在汽車塑料件生產流程中，后處理過程最終的生產環(huán)節(jié)是噴涂，使其具有不同的顏色，這也是人們對個性的追求，而對汽車塑料件進行噴涂需要進行專業(yè)的設計和精準的生產控制技術，傳統(tǒng)的噴涂車間在設備利用、人工分配等方面，無法做到完全的自動化控制，采用自動化控制技術結合 PLC 技術對傳統(tǒng)生產工藝進行改進，能夠實現(xiàn)生產過程的自動化控制。例如，應PODIBUS-DP 現(xiàn)場總線控制技術，首先搭建設備層網(wǎng)絡，并用 PLC 的以太網(wǎng)通信模塊形成監(jiān)控網(wǎng)絡，可將不同設備層系統(tǒng)聯(lián)系在一起; 在硬件選擇方面，確定好輸送鏈系統(tǒng)處理器、過程控制系統(tǒng)控制器、廢棄和廢水處理系統(tǒng)控制器等，軟硬件的結合，加上合適的編程，將龐雜的系統(tǒng)劃分為可控的小系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可控性; 不僅解決了噴涂車間不同工序的信息聯(lián)絡問題，還有效提高了對噴涂車間的遠程控制技術，保證了數(shù)據(jù)的安全性，也降低了企業(yè)的生產成本，對汽車塑料件生產制造企業(yè)具有積極的 參考意義［5］。
3. 2 計算機輔助技術
利用計算機技術輔助完成工業(yè)生產的過程，在當代汽車塑料件生產企業(yè)中具有普遍的應用。
計算機輔助技術包括 CAD ( 計算機輔助設計) 、CAE ( 計算機輔助工程) 、CAM ( 計算機輔助制造) 、CAQ ( 計算機輔助質量控制) 等。在實際生產中，可選用一種或同時采用多種計算機輔助技術，以提高汽車塑料件的自動化生產水平。CAD 技術是指運用各種 CAD 計算機軟件提前設計好汽車塑料件的結構，并結合塑料件的質量、尺寸和性能要求，對其結構進行優(yōu)化，例如改變倒角尺寸和角度、增設加強筋等，利用汽車塑料件的結構和尺寸設計好成型模具的結構和尺寸。隨后，將 CAD 軟件設計好的成型模具圖紙導入 CAE 軟件中，進行網(wǎng)格結構劃分、分型面設計、成型工藝參數(shù)的設計和優(yōu)化等。Moldflow 軟件是最常用的 CAE 軟件，可以模 擬成型工藝的全過程，Moldflow 軟件具有龐大的數(shù)據(jù)庫，可以根據(jù)設計人員提供的產品參數(shù)自動選擇原材料、模具澆口位置、冷卻和澆注系統(tǒng)、熱流道和冷流道的分布設計、型腔的數(shù)目和結構確定、開模頂出機構的設計等，并將汽車塑料件的成型過程完全直觀地展示在計算機頁面上，預測產品缺陷，并自動查找缺陷產生的原因，通過多次模擬分析，可將錯誤降到最低，最終得到最優(yōu)的成型工藝。由 CAD 和 CAE 共同確定的產品設計和成型工藝流程及參數(shù)等可利用CAM 技術展示出來，將 CAM 軟件與數(shù)控機床結合，控制數(shù)控機床刀具的運行路線，能夠得到更精確、更穩(wěn)定的汽車塑料件產品。CAQ 能夠對加工得到的汽車塑料件進行質量監(jiān)控，解決汽車塑料件質量不合格的問題，并及時進行修飾處理，提高最終產品的合 格率［6］。不同的計算機軟件之間可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互相傳輸，大大降低了傳統(tǒng)汽車塑料件生產過程中的計算工作量，解放了人力; 只需要操作計算機鍵盤或某些按鈕即能夠控制生產的全過程，且控制精度更高。
3. 3 工業(yè)機器人技術
工業(yè)機器人技術是采用機器代替人力的生產技術，在汽車塑料件的自動化生產加工中，機器人起著至關重要的作用，只需要對它進行一定的編程，就可以高效率地完成人工難以進行的工作。工業(yè)機器人技術在汽車塑料件生產加工領域中，主要經歷了三個階段: 第一階段，初級應用階段。這時期主要是氣動機器人，對汽車塑料件制品進行簡單的包裝、拆卸等工作。第二階段，快速發(fā)展階段。由氣動機器人發(fā)展為伺服機器人，可進行人工編程操作控制，能夠執(zhí)行更多的工作任務，工作速率明顯提高，提高了塑料件制品的生產效率。第三階段，未來階段。這一階段目前只存在于國外一些先進的汽車塑料件制造企業(yè)中，這類機器人可以通過自動化控制單元進行零部件的裝
配、尺寸測量、噴涂等較為復雜的工作，且完成工作的精度更高。圖 2 給出了一種汽車塑料件生產用機器人的工作圖片，可以看出，工作現(xiàn)場不需要人工參與，機器人即可自動進行工業(yè)生產［7－8］。
上述內容給出了汽車塑料件生產中的自動化技術理論，實際的汽車塑料件生產加工流程中利用理論知識做指導，往往將多種自動化技術結合應用，對生產的過程進行重新規(guī)劃或改進，獲得了較好的效果。例如，在包裝生產線設計中，傳統(tǒng)的人工包裝流程中取料、捆扎、封箱、碼垛等所有的過程均需要人工操作，改進后的自動化包裝生產線，運用自動化控制技術，設計了自動上料機構和碼垛系統(tǒng)，使整個包裝生產過程都可以采用工業(yè)機器人進行操作，能夠快速且精準地完成汽車塑料件的包裝過程。汽車塑料外飾件的自動涂裝生產線，包括水洗、噴涂、烘干、空氣供應、輸送系統(tǒng)、廢水處理及消防系統(tǒng)等，能夠利用機器人進行自動涂裝操作，技術人員只需要提前設計好生產工藝參數(shù)，并實時監(jiān)控操作過程，就可快速輕松地完成涂裝的生產過程，獲得高效率、高精度的涂裝塑料件產品［9－10］。
4 結論
汽車車身塑料化是汽車行業(yè)發(fā)展的必然方向，汽車塑料件的生產技術水平也直接決定著汽車行業(yè)技術水平的高低，傳統(tǒng)的汽車塑料件過度依賴人工，因此生產過程效率低，且得到的汽車塑料件產品合格率低，采用工業(yè)自動化技術可以從根本上改善這種狀況，獲得質量更優(yōu)的汽車塑料件產品。工業(yè)自動化技術自首次開發(fā)至今已經歷了大半個世紀，經過了幾個不同的發(fā)展階段，在汽車塑料件加工企業(yè)中也有著廣泛的應用。自動化技術主要體現(xiàn)在 PLC 控制技術、計算機輔助技術、工業(yè)機器人技術等方面，運用這些理論知識，結合企業(yè)生產實際，改進得到的汽車塑料件自動包裝生產線和涂裝生產線，能夠高效率、高精度地完成汽車塑料件的生產工藝。科技的進步也在推動著自動化技術的不斷發(fā)展，自動化技術在汽車塑料件生產領域的應用也在不斷深入，未來的汽車塑料件生產必將更加節(jié)省人力，自動化程度和生產效率也必然更高。
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