数智融合在汽车零部件柔性自动化生产线中的应用与效能提升研究

1 汽车零部件生产线的应用现状分析

1.1 工艺流程

汽车门板制造工艺具有高度复杂性、劳动密集性、流程协调性要求高等特点，是当前汽车零部件柔性自动化升级的重点对象。在实际生产过程中，门板制造涉及注塑成型、表面处理、结构粘接、机械装配、最终质量检测等工艺，工序流程过于繁复，对于工位协同作用提出了较高要求。以型板注塑为基础，后续车皮制作、喷胶、贴合等步骤需要严格控制材料匹配性，门板组立及锁付环节则对于装配精度提出了严峻的挑战。目前，该类产线仍然采用人工干预方法，没有完全实现全流程自动化，存在作业节拍不协调、工位负荷不均衡、在制品积压等问题，需要积极引入柔性自动化设备和智能控制系统，全面优化工艺路径，大幅度提高产线运行效率，加强产品质量的稳定性，推动门板制造由经验驱动向数据驱动方向发展。

1.2 应用现状

1.2.1 人工喷胶作业问题

在喷胶岗位中，为了满足门板主线“一个流”生产节拍，需要配置中片喷胶岗位 3 人、扶手喷胶岗位 4 人，合计 7 人作业，人力资源具有投入密集、作业强度大、存在人机配合协调性差、作业效率受到限制等问题。该作业模式采用员工操作手工胶枪，喷胶量、胶水分布均匀性无法实现标准化控制，导致产品胶层厚度、覆盖范围、粘接强度存在批次差异，严重影响后续装配精度。尤其在大批量生产条件下，手工喷胶不确定性显著增加了产品缺陷率，无形中降低工艺的可控性，全面提高过程能力指数（CPK）。而门板喷胶工艺所使用的胶水多含甲类挥发性有机溶剂，如苯系物、酯类化合物等，在长期封闭作业环境下容易形成高浓度有害气体，对于操作人员健康构成潜在职业危害，如呼吸系统损伤、神经系统毒性反应等。现有作业方式缺乏有效通风措施，职业病防控体系不完善，严重影响员工长期作业的安全性。

1.2.2 车皮制作人员投入问题

当前，某企业门板生产线采用手工车皮制作作业，单人日均完成 34台份，日需投入人数 28 人，按照前后门板一共设置两条作业线，每条线配置14 人。该工艺模式虽然具备一定生产柔性，但存在人工依赖度高、作业强度大等现象，很容易造成制造成本居高不下，甚至出现大幅度的效率波动。加上车皮制作作业需要手工操作，对于员工操作熟练度要求较高，胶水涂抹厚度、覆盖面积、粘接强度无法实现一致性控制，可能造成产品粘接质量波动，严重影响了后续装配精度，尤其在大批量生产环境下，难以保障生产品质的稳定性，无形中增加生产的返工率。同时，手工车皮制作作业节拍控制过于依赖人工经验，工序间协同性差异较大，很容易形成工位负荷不均，给整体产线平衡率带来严重影响，不仅加剧人力资源压力，也提高了管理复杂度，降低人均产出比。

1.2.3 组装岗位自动化程度问题

当前汽车零部件生产线在门板组装环节仍然存在自动化程度偏低的问题，成为制约生产效率提高的重要问题。以某企业为例，其门板组装流程由多个手工工序组成，受到工艺复杂度、柔性生产要求因素影响，各工位之间过于依赖人工转动治具完成上下工序衔接，导致作业过程中非增值工时占比高，作业强度大，工效低。据统计，门板组立中手工传递工时达 15 秒 / 件，其中单次传递耗时 7.5 秒，每件产品需要经过两次人工搬运，在降低产线节拍控制能力的基础上，无形中增加了产品在流转过程中的磕碰风险，影响成品合格率。在门板装配环节中，CLIP、螺钉等紧固件装配全部依赖人工操作，具有作业强度大、工艺一致性差等特征，存在漏装、错装、混装等质量隐患。基于当前装配工时测算，CLIP 装配需要 40 秒 / 件（4 秒 / 个 ×10 个），锁螺钉作业45 秒/ 件（2.5秒 / 个 ×18 个），充分体现出手工作业在复杂装配任务中的效率低下问题，严重限制整体产线智能化优化进程[1]。

2 数智融合在汽车零部件柔性自动化生产线中的应用与效能提升分析

2.1 机器人自动喷胶

由于传统手工喷胶作业依赖大量人力资源、工艺稳定性差等问题，本项目引入工业机器人，真实模拟人工喷胶轨迹，构建基于数智融合的自动喷胶系统。该系统通过离线编程与视觉定位技术，高精度喷胶控制门板中片及扶手区域，提高胶量分布的均匀性，并通过自动化执行机构替代人工操作，每班减少 5 人投入，大幅度提高人均产出比。同时，自动化喷胶作业减少胶水浪费与环境污染，大幅度提高作业场所职业健康管理水平 [2]。

2.2 投入自动车皮制作模具

在本项目中，积极引入机器人协同自动车皮制作模具的工艺方案，采用伺服控制和视觉定位技术，自动装配门板扶手、上盖、中片等部位，有效替代传统人工操作，每班减少 5 人投入，大幅度提高其生产效率，显著增强企业制造柔性。该自动车皮制作系统基于数字孪生技术构建工艺参数数据库，通过利用力控夹具和柔性压合机构，将皮革和骨架进行高度贴合，避免手工操作中施力不均、定位偏差引发的空鼓、褶皱、错位等问题，大幅度加强产品外观的一致性[3]。同时，系统集成压力反馈、位移补偿机制，加强车皮制作过程受力均匀，优化粘接质量[4]。

2.3 引进自动化搬送机构

针对传统门板组装中人工搬运造成的问题，本方案积极引进自动化搬送机构，控制上下工序进行自动流转，机械手协同完成锁螺钉、CLIP装配等任务，全面优化工位负荷，实现设备共用，减少重复投资。具体而言，L 线与 R 线共用中间铆接和锁付装置，结合工位切换进行资源共享，科学降低硬件成本。通过改善前后数据对比显示，每件门板节省工时 100 秒（搬运 15 秒 + 锁螺钉 45 秒 + 装 CLIP40 秒），按照每台份 4件计算，共节省400 秒/ 台份。改善前组装总工时为250 秒/ 件，3 人作业，节拍（C/T）为 84 秒 / 件；改善后总工时降至 150 秒 / 件，C/T 优化至50秒 / 件，节拍提升 34 秒 / 件。

3 结语

本研究基于数智融合理念，围绕门板生产线自动化优化进行，重点解决多车型混线生产中的柔性适配、工位负荷均衡生产实现等问题。通过积极引入智能传感、数据驱动控制、自动化搬运设备，实现从人工操作向智能制造的系统转型，有助于控制产线效率。

参考文献

[1] 魏雪城 ， 赵松强 ， 谭立国 . 汽车零部件行业自动化生产装备关键技术的研究 [J]. 内燃机与配件 ，2023（7）：47- 49.

[2] 邱翔 . 汽车零部件自动化生产控制问题研究 [J]. 装备制造技术 ，2021（2）：171- 173，182.

[3] 鄢海新 . 汽车零部件高产能喷涂自动化生产线关键技术与解决措施 [J]. 现代涂料与涂装 ，2024，27（12）：48- 50，57.

作者简介：

1. 龚素芬（1983.08）女，湖北随州，大学本科，讲师机电一体化、智能制造2. 李培丽（1979.08- ），女，山西大同人，大学本科，副教授机电一体化3. 姜娥（1983.01）女，湖北随州，大学本科，副教授机电一体化、电气工程及其自动化