物料響應的及時性和準確性是影響整車制造工廠生產效率的關鍵因素。各主機廠為提高設備利用率，降低制造成本，往往采用在一個工廠進行多車型柔性化生產，不同車型的物料需求更加對生產線旁的物料響應帶來挑戰。隨著車間在自動化、智能化方向上的不斷升級，越來越多的上件工位已采用自動上料形式，傳統的人工叫料拉動物料響應方式已無法滿足需求。本文介紹了幾種在車身車間應用的物料響應方式，并對各方式的使用場景及優缺點進行對比，對未來各主機廠自動化布局有一定借鑒作用。

1 車身車間物料響應系統概述文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoweld202411671.html

傳統的車身車間大部分上件工位采用人工上件形式。當線旁物料缺少時，線旁操作工人通過使用物料安燈系統進行物料拉動，物流得到拉動信號后，進行對應物料派送。物料安燈拉動通常使用安燈拉繩或者按鈕兩種形式，具體選擇哪種形式往往取決于所在生產區域的物料種類數量與擺放復雜程度。物料安燈的布置不僅與零件上件工位有關，同時也需考慮整個車間的物料供應區布局。因此，有時物料的安燈拉動系統可能并不在這個物料的上料工位。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoweld202411671.html

隨著各主機廠自動化的普及與應用，很多物料上料工位已采用無人化的全自動上料，物流將物料送至對應工位后，通過線旁庫位的高精度定位或者視覺引導系統，實現機器人對物料的自動抓取。針對自動抓取工位，工位旁無相關操作人員可以及時地拉動物料，如果繼續使用傳統的人工安燈物料響應系統，只能通過人工巡線的方式來判斷是否需要拉動物料，此方式不僅增加了額外的人力成本，而且增加了因巡線不及時導致停線的風險。因此，找到合適的自動物料響應方法便是各主機廠自動上料工藝方案規劃的關鍵所在，本文介紹幾種在車身焊裝車間應用的自動抓料庫位的物料自動響應方法。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoweld202411671.html

2 自動物料響應方法文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoweld202411671.html

2.1 PLC計數文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoweld202411671.html

PLC計數方法，是指通過PLC程序控制中增加計數語句，從而實現對已經抓取的物料數量進行記錄。該方法的基本原理是：當物料滿料進入庫位后，物流駁運人員或AGV自動小車觸發信號給PLC，PLC收到該信息后計數清零并開始計數。機器人抓手每成功抓取一次物料，PLC的計數加一。當計數數值達到設定的臨界值時，PLC通過工廠IT網絡發送信號給物流拉動物料，如圖1所示。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoweld202411671.html

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圖 1 PLC 計數法拉動物料原理文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoweld202411671.html

PLC計數方法的優點是其不需要額外的硬件設備支持，方法簡單易于實施，物料狀態及信息統計相對準確，但其應用有著較大的局限性。首先，需保證每次進入工位的料箱內物料數量保持固定，針對同一種物料，PLC計數并不對實際來料數量進行識別，僅按照預先設定的抓取零件數拉動物料。若每次來料數量不一致，會導致PLC拉動物料時料箱內剩余物料數量過多或過少，造成生產浪費或停機。其次，在多車型同時生產時，在車型切換時必須保證每次要切換的車型物料為滿料狀態，因為在切換車型后，PLC計數會清零并重新開始計數。當然，也可以設置不重新計數，但是其邏輯相對復雜，在實際柔性生產中更容易出錯。最后，若現場設備出現故障，PLC程序需要重置時，PLC計數會清零并重新開始統計，此時也需在生產庫位內重新填滿物料。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoweld202411671.html

綜上所述，PLC計數方法雖然相對簡單，但其局限性也較大。該方法通常應用在一個料箱內物料較少且最好是每種物料單一庫位的情況下。如部分大的來料總成件，滿料時料箱或料架內物料數量不大于10套時可考慮應用PLC計數方法拉動物料。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoweld202411671.html

2.2 傳感器感應識別

傳感器感應識別方法是通過不同種形式的傳感器對工位內物料進行實時檢測。當識別到物料到達拉動臨界值時，工位內PLC發送叫料信號至物流。傳感器感應識別是目前主機廠車身車間主流的自動物料響應方法，感應物料方式和傳感器形式也是多種多樣。本文選取其中三種由簡單到復雜的傳感器應用進行介紹，分別為：接近開關、測距傳感器和視覺系統。

接近開關響應是一種簡易高效的自動物料響應形式，其應用方法為在線旁庫位安裝一個或若干個接近開關，該接近開關固定在料架內物料臨界值的位置，當物料少于該臨界值時，傳感器無法感應到零件，PLC讀取到0位信號并觸發物料響應信號給物流。接近開關物料響應的優點是安裝和調試較為容易，且系統穩定，故障率較低。但其也有一定的局限性，主要是無法準確識別堆疊式物料和使用料箱裝載的物料，因為料箱的料箱壁干涉導致無法布置接近開關。因此接近開關主要應用在上料為料架形式而非料箱形式，且物料之間有一定間隔的上料庫位中。圖2為某主機廠四門內板采用接近開關進行物料響應的應用場景。

圖 2 接近開關進行物料響應示例

測距傳感器響應是通過識別傳感器與剩余物料的相對距離，將信息傳遞給PLC，當距離大于指定數值時，PLC通過邏輯判斷發送響應信號給物流。相比使用接近開關傳感器，雖然測距傳感器的邏輯程序較為復雜，但其不僅可以識別堆疊式物料和料箱內的物料，還可以實時檢測庫位內物料數量。測距傳感器響應更加適用于一個工位多庫位混料生產的情形。由于測距傳感器是依據傳感器與物料的相對距離來判斷物料數量，測距傳感器無法使用在無序放置的看板物料中。圖3為某主機廠底板面皮使用測距傳感器進行物料響應的應用示例。

圖 3 測距傳感器進行物料響應示例

針對無序的看板物料，目前國內大部分主機廠焊裝車間依然采用人工上件方式，僅有少部分會采用3D視覺的自動抓料。其基本原理是通過3D相機對料箱內的物料進行掃描，生成輪廓信息并通過算法規劃抓取路徑實現自動抓取。對于這種看板物料，當3D相機掃描料箱時，可以通過算法直接計算其料箱內剩余物料數量或者間接通過體積換算出大致剩余物料數量，實現物料響應。這便是視覺系統這類傳感器在自動物料響應系統中的應用。圖4為3D視覺識別物料示例。

圖 4 3D 視覺系統掃描物料示例

2.3 WIP隊列控制法

WIP（WorkingInProgress）在這里指車身車間的生產訂單管理，WIP隊列控制法是根據整個車間生產計劃及實際生產情況，通過中心計算機統一調配和拉動物料的方法。車間的WIP管理系統根據在線物料庫存情況和生產計劃，確定每個物料拉動的數量和拉動時間。同時，還根據管理系統中的實時數據，及時地調整拉動計劃，確保物料供應的準確及時。

WIP隊列控制物料拉動是實現無人化工廠的重要手段，可以實現物料的自動拉動和控制。通過生產車間生產信息與物流系統物料配送信息對接，物流可及時獲取生產車間的生產狀態并按需進行拉動。該方法的優點是響應及時，計劃準確，可有效減少線旁庫存和過度浪費，是一種非常高效的物料響應方法。

該方法是一種自上而下的整體調配與控制方法，對整個工廠的自動化程度要求較高。整個訂單管理系統不僅要知曉生產線的物料使用狀態，而且要實時掌握物料的配送狀態與配送數量，需要有及時的物料配送狀態反饋。但目前很多主機廠物料配送為人工配送，部分人工配送物料并不能有效及時地反饋物料配送狀態，導致整個系統無法準確地進行物料拉動。因此，WIP隊列控制方法往往應用在AGV小車自動配送物料的工位。AGV小車由于其自動化智能化程度高，可與工廠WIP系統對接，可實時反饋其配送信息給控制系統，實現對物料配送的準確判斷。

3 結論

本文列舉的幾種物料自動響應方法基本涵蓋了車身焊裝車間的所有應用場景。PLC計數方法最簡單，無額外硬件投入，但其應用場景較為局限。傳感器感應識別是目前覆蓋場景最廣的自動物料響應方法，通過使用不同類型的傳感器來適應不同料箱和不同物料擺放形式的物料響應需求。傳感器感應識別與PLC計數方法都是根據工位內生產信息進行物料拉動，并不能對在途物料進行監控。僅通過這兩種方式無法對物料配送進行規劃來實現最精益的配送順序。WIP隊列控制方式是一種完全訂單式的管理方法，雖然對整個工廠的自動化和智能化要求很高，但其是生產中浪費最少的方式。當然，三種物料響應方式可以結合使用達到相輔相成的效果。在實際工藝規劃中，工程師需結合各自工廠的實際情況，不僅要考慮焊裝生產系統的現狀，同時也要考慮整個工廠物流運作系統的情況，選擇最適合的物料響應方式。