移动机器人系统在汽车行业的应用探索 | 物流机器人系统行业解决方案探析(三)

我国移动机器人在汽车行业的应用经历了30多年探索，从汽车主机厂的总装车间、冲压车间、焊装车间，到零部件企业的搬运、存储物流自动化作业，各类型的搬运、拣选等移动机器人广泛应用，为汽车行业企业柔性生产、降本增效提供了强大助力。

汽车行业产业链长、环节多、范围广，加上近年来面临产能过剩，客户需求产品多样化与个性化，原材料成本和劳动力成本上升，利润空间减小，疫情与突发事件频发等诸多挑战，借助各类新技术来实现降本增效、向智能制造转型升级已经成为了行业企业共识，移动机器人在汽车行业的应用价值也颇受行业企业认可。

汽车行业可以说是我国移动机器人最早落地应用的制造行业，可以追溯到1991年新松自主开发了第一台合装型移动机器人并在沈阳金杯客车公司投入实际应用，填补了国内市场空白。汽车行业高度标准化的生产工艺特征以及丰富的物流场景，为移动机器人的快速发展提供了优渥土壤。历经30多年发展，应用于辅助装配，以及各类物料存储、拣选、输送、上线作业场景的牵引式、潜伏式、料箱式、叉车式等各类型移动机器人广泛应用，各类移动机器人技术、产品及解决方案创新不断加速。

一、在汽车四大工艺中的应用

新松机器人是汽车行业移动机器人发展的推动者与见证者，新松移动机器人BG市场执行总监卢玉峰先生详细介绍了汽车四大工艺中的移动机器人应用与发展情况。

1．总装车间

对于汽车自动化柔性生产而言，总装车间的移动机器人应用是最成熟的，其应用场景也是最丰富的。总装车间内，内饰线、底盘合装线、最终线等装配主线，以及发动机分装、仪表分装、前后悬分装等分装线体，均可以采用移动机器人作为装配工件的载体。而物料存储、拣选、搬运的移动机器人也已经广泛应用，其中替代传统主线的AGV柔性装配线的创新与应用尤为值得关注。例如：

底盘合装。底盘合装AGV是国内移动机器人在工业场景中的“首秀”，早在1991年，新松自主开发汽车行业第一台磁条引导的AGV车，用于发动机辅助装配，AGV将流水线上几百公斤的发动机抬起，再由工人将发动机安装到汽车底盘上。AGV底盘合装系统具有最高柔性，可以根据工艺需要对AGV线路进行灵活调整；尤其能够满足汽车厂多种车型混线生产的需要。目前的底盘合装AGV产品类型丰富，按照举升机数量可以分为单举升、双举升、三举升、四举升等。其已经成为了汽车底盘合装的优选方式。

物料搬运、存储、拣选。在总装车间，各类物料上线输送也是移动机器人的主要应用场景之一。2010年新松开发牵引式AGV，通过尾部自动挂接和脱扣机构实现料车自动牵引，主要用于SPS配送上线；2013年后，牵引式AGV在汽车行业逐步实现了标准化、规模化应用；2015年后，潜入顶升式AGV开始出现，主要应用于物料的入库、仓储、货到人分拣及配送上线，并正在逐步替代牵引式AGV成为主流应用。

AGV柔性装配线。传统汽车总装生产线都采用板链、拖链运输，无法更好的满足未来总装车间覆盖车型多，节拍爬坡空间大等需求，相比之下，采用AGV柔性装配线不需要进行土建施工；可以随着车型变化灵活调整产线布局；可以记录各种车型参数，在信息化方面具有优势；可以与机器人等自动化设备更好地配合。在乘用车领域，采用AGV车替代原有内饰线、最终线的趋势明显。在商用车领域也是如此：2017年新松打破国外企业垄断，给陕汽重卡提供了国内首条重卡AGV柔性装配线。目前AGV柔性装配线已经在一汽解放等更多企业展开了应用，为商用车装配提供了新的装配方案。

2.冲压车间

冲压是汽车生产中的“龙头”工艺，在冲压车间，一张张钢板将完成其向车身部件的蜕变。目前移动机器人在冲压车间的应用场景主要分为三个：一是冲压板料上线：需要将成摞钢板输送到压机，通常重量达数十吨；二是压机压出汽车零部件后，从线末端叉取料车到物料暂存区，三是冲压模具检修、换膜作业，冲压模具重达数十上百吨；传统作业模式下存在工人劳动强度大、输送效率低、安全性差等诸多弊端。

新松20吨重载移动机器人应用于某德系车企冲压车间

在2014年，新松为武汉通用冲压车间线末端收料定制40台AGV，并定制开发了控制器和复杂调度系统，实现了高节拍、高可靠性的要求。2020年，为某德系车企冲压车间的冲压板料上线、冲压磨具检修、换模作业定制开发了适用于20吨、60吨冲压板料及模具搬运的重载型AGV。自此，新松形成了完整的冲压车间智能输送解决方案。

新松60吨重载移动机器人应用于某德系车企冲压车间

3. 焊装车间

焊装车间的工作主要是将冲压车间生产的车身零部件和其它板件焊接拼装成完整车身。该车间生产线主要包括有：四门、车架、前盖、后盖、翼子板、地板、左右侧围等焊接线。

焊装车间对载重要求相对不高，节拍根据现场生产需求有快有慢。目前移动机器人的主要应用场景为：四门两盖及翼子板等部件从焊接线下线后，根据生产车型的需求，AGV自动将对应车型的零部件转运至调整线进行装配，AGV采用滑槽的形式实现零部件托盘的自动移载，可以实现多车型混线生产的需求。车架及左右侧围等部件以AGV作为移动载体，根据工艺需求，在各焊装工位进行转运，AGV进入工位后地面加紧机构对托盘进行二次定位，实现机械手对工件的自动抓取。值得关注的是，与总装车间AGV柔性装配线类似，越来越多的工厂正在尝试采用移动机器人根据生产工序，依次承载夹具到点焊自动站、螺柱焊自动站及弧焊自动站等，逐步完成所需的工序焊装，提高了车身钣金件搬运的效率与水平，进而取代传统的焊接线体。

4.涂装车间

涂装车间主要是将涂料涂覆于（基地表面）物面上，经干燥成膜的工艺，或将涂料在涂物表面扩散开的操作。涂装过程包括清洗、电泳、色漆、清漆等步骤。

目前涂装车间生产已经实现高度自动化，对柔性需求相对较弱，而且在喷漆车间应用的AGV对防爆、可靠性要求极高，目前应用较少，仅有部分用在涂装后的车身转运环节。

二、在汽车零部件领域的应用

受汽车整车厂的影响，产能扩大和提高生产效率成为汽车零部件企业主要关心的问题，移动机器人解决方案的应用提升了汽车零部件内部物流自动化水平，能让物料、产品运输更高效，最大化提高人员与设备的作业效率。目前已经有越来越多的零部件工厂引进移动机器人解决方案，尤其是以叉车AGV为核心的移动机器人解决市场需求正在爆发式增长。未来机器人、艾吉威等移动机器人产品及解决方案供应商积极布局这一领域，围绕叉车AGV产品与解决方案创新进行了深入探索，在汽车零部件行业打造了众多经典项目。

据未来机器人营销副总裁谢立介绍，针对汽车零部件企业对物流作业高柔性、高效率、流程可视化，以及对移动机器人兼容性要求提升等需求变化，未来机器人从软硬件出发进行了系列创新：在硬件层面，研发并正式使用3D感知技术，无人叉车的感知性能大大提升，获得更高的作业效率、精度和适应能力，可以应对更多复杂场景；软件层面，未来机器人RCS系统2.0版本已经全新升级，在性能上，扩展性更强，实现不同场景下多车型兼容调度，包括AGV、潜伏顶升搬运机器人、四向穿梭车等车型；在效率上通过智能算法升级，无人叉车综合作业效率翻倍，进一步优化运行成本。

艾吉威产品总监兼总裁助理万福平表示，以移动机器人为载体，实现关键制造环节设备智能化、端到端数据闭环透明化，将不同生产环节的设备、软件及人员无缝地集成为一个协同工作的系统，通过数字孪生平台进行需求归集分析、预测式生产，实现互联、互通、互操作的数字工厂解决方案，能更好地帮助汽车零部件企业实现精益化管理，以减少库存，提升生产制造效率。目前，该数字工厂解决方案已经在众多汽配企业展开了应用。

三、行业典型项目实践

1.一汽解放J7整车智能工厂AGV总装线—新松

大体积、大重量的产品如何实现生产装配环节的柔性输送，一直都是汽车制造工厂装配工艺的难点。2020年新松开创性地将移动机器人双车联动转弯技术在重载、超长装配环节投入应用，终结了国内重卡移动机器人装配线只能“一线到底”的尴尬局面，有效解决了市场痛点。大负载双车联动转弯未来将成为重卡行业工艺布置的优选方案。

为了大幅度提高工厂柔性，J7智能工厂项目在装配线体及物流输送工艺中大量采用移动机器人。为了保证机器人调度的及时性和安全性，新松运用自主研发的移动机器人智能调度系统，可实现对工厂内新松以及其他设备商移动机器人的统一调度。这将对后续移动机器人行业多厂商协同调度有着深远影响。

一汽解放J7AGV总装线-新松感应供电双车联动移动机器人

2.国内首条汽车冲压车间线末收料AGV系统—新松

2014年上海通用武汉分公司冲压车间决定引用AGV进行物料输送。由于冲压车间场地条件限制以及复杂的生产工艺流程，该项目难度极大。

新松为其打造了冲压末端零件转运AGV系统，系统由中央控制系统、线边换料系统、外部数据采集、充电站、任务提示及放行等部分组成。整个冲压线末全部实现了零件的自动化转运作业，作业人员只在安全区域对零件收料进行操作，提升了车间整体自动化率，减少作业人员，排除了人机交叉作业。由于整个运行区域无人化，因此杜绝了发生人员事故等安全隐患。

系统特色及优势：AGV系统采用上位集中调度控制，工作效率高；系统可以根据工况和生产的需求及时做出调整，减少中间环节，响应速度极快，柔性高；较之人工操作，自动化系统的安全性和稳定性很高。

3.华北地区某汽配零部件集团—未来机器人

项目难点：汽配零部件种类繁多，包括发动机配件，制动系配件，转向系配件等等，形态各异，专属非标载具多，库位管理混乱，货物追溯难；零部件上料下料，需要经过多道装配流程，对无人叉车叉取载具，放置载具精度要求高；汽配车间生产因为业务波动要求24小时作业，工作时间长，劳动强度大，重复性高。

未来机器人多车协同管理

未来机器人为其定制了高柔性智慧物流解决方案，多台未来机器人slim14无人叉车+中控调度系统+库位管理系统，完成满料车出入库，空料车出入库等流程，帮助客户廓清库位管理，实现24小时作业。

项目亮点：slim14无人叉车具备自适应检测，适配客户非标属具，达到重复放置货物精度±10mm；自主开发库位管理系统，为客户提供库位管理功能，打通项目现场设备及数据信息，库位信息可视化展示，仓库管理精细化，提升库存处理效率和准确率；近10台Slim系列无人叉车，通过RCS系统实现多车调配，路径规划，碰撞规避等功能，多车协同管理，提升搬运效率，实现物流无人化和智能化。

未来机器人无人叉车对接车间设备

4. 某汽车动力总成高端加工装备示范基地—艾吉威

项目难点：工业制造对精度要求、生产节拍有极高的应用要求，对设备效率及稳定性也提出了非常高的挑战，另外不同系统的交通管制，兼容性要求高。

艾吉威多台叉取式AGV应用于某知名汽配工厂

艾吉威为其定制了智慧物流解决方案：通过多台叉取堆垛式AGV、潜伏顶升AGV小车及、WMS(库位管理系统）、WCS(仓库控制系统）以及AIDT数字化管理平台、，实现厂内物料配送的少人化、无人化，艾吉威叉取式AGV采用基于自然轮廓的激光定位与导航技术，在动态环境下末端精度可达±5mm定位精度，解决了在制品和半成品库存输送频次高、高货架精准堆码、多车体混合调度等应用难题。同时基于AIDT数字孪生平台达到提前感知设备异常，预测性维护警报，数据实时绑定更新的功能。智能化生产、数字化运维，帮助企业提升运营效益，推动生产力跃升，降低供应链成本攀升的压力。

核心价值：该项目是企业生产智能化汽车动力总成生产线标杆项目，属于AGV+5G工业场景应用。通过5G高带宽、低时延、大连接的特点，移动搬运机器人实现全工序制造流程的无人化物流运输，搬运效率提高20%以上。同时5G网络联动智慧生产管理平台、AIDT数字化管理平台，千亿计设备产生海量数据，通过大数据核心技术对海量数据进行采集存储分析，提升企业对数据的处理能力，从而进一步增加企业的效能。

艾吉威-某汽车动力总成高端加工设备示范基地的项目

四、行业瓶颈与挑战

1.接口标准与规范迫在眉睫

谢立提出，汽车行业作为特殊的离散集成型制造业，伴随智能化转型的深入推进，同一工厂内往往存在不同品牌、不同类型的移动机器人交叉作业，这对移动机器人管理系统的兼容性提出了很高要求。在这种趋势下，整个行业需要积极推动机器人管理系统的相关接口的规范和统一。

卢玉峰也强调“移动机器人行业需要建立科学、统一的技术标准体系（包括数据接口标准和安全防护体系等），以此来协调供需关系，优化竞争秩序，改善市场环境，从而促进行业长久发展”。他介绍到，由新松参与发起成立的中国移动机器人产业联盟始终将标准制定放在重要位置，2019年6月在杭州成立标准管理委员会，2020年发布首批六项团体标准，在2021年底又发布第二批四项团体标准，这使产业联盟的标准体系进一步得到充实和完善，为行业的规范发展打下了坚实基础。

2.项目落地中的挑战

谈及移动机器人项目在落地过程中的挑战，谢立总结说到：一是项目复杂程度，经常需要对无人叉车做出非标、定制化改造，对无人叉车的稳定性和一致性提出挑战，增加了规模化落地难度；二是客户需求变更，客户的需求会因为某些因素例如生产计划、业务计划等发生变化，导致项目在前期规划、导入和最终运行中产生很多变量因素，项目从最开始方案规划到最终项目运行可能完全不一样。未来机器人的应对策略是，以客户需求为核心，秉持为客户降本增效，创造高收益价值原则，从技术创新、方案规划积累、项目驻场支持等多方面为客户提供精益求精的服务，保障每个项目100%交付。

新松卢玉峰对甲方企业如何保障移动机器人项目顺利落地给出了几点建议：一是，首先需要明确需求，把握好整个项目方向；二是细化需求，根据工艺、节拍、产品特性等将需求进行细化；三是，选择供应商过程要经过深度考察，通过深入了解实际行业业绩、细分工艺经验、软硬件服务能力，以及行业口碑等方方面面进行综合判断；四是，在项目合作过程中要充分相信有经验的供应商。“甲方企业要明确制定终极目标与期望，依靠有丰富经验的供应商帮助其分析目标能实现的程度，双方深度互信，不断地在需求与实际执行上面相互磨合，最终项目才能顺利落地，并且达到比较好的效果。”他说。

此外，卢玉峰强调：“最低价中标正在破坏行业发展，国内企业要想真真正正走向全球领先，需要庞大的研发支撑，而只有合理的利润空间才能让国内行业企业更好地投入研发力量。”同时他提出，“要想真正解决这个问题，仅仅从行业角度与企业角度来着手远远不够，整体发展导向、知识产权深入保护才是破解的关键。”

五、未来趋势与发展建议

1.标准化与非标定制双线并行，均不可或缺。

卢玉峰进一步解释到，移动移动机器人零部件、产品及在汽车行业的应用都极具横向拓展性，例如，新松通过算力优化等技术手段为上汽通用冲压车间做的适用于高节拍、复杂调度的车体控制器，可以用到各类应用于大规模、复杂调度的移动机器人产品中；再例如，新松为冲压车间重载机器人开发驱动轮，可以横向应用到其它重载移动机器人中AGV产品中。从车型来看，例如，潜伏牵引式AGV，只要是货架、牵引的作业场景，载重在一定范围内都可以应用。并且汽车行业企业之间的生产工艺也有极大相似度。标准化的探索是移动机器人企业降低成本，实现大规模应用的关键。

非标定制在行业内也具有迫切需求，汽车行业细分领域都有自己的特性，例如，乘用车、商用车之间的生产模式、物流器具等差别较大，输送路线、供应需求也不尽相同，所以针对应用场景提供非标设计的移动机器人产品与解决方案必不可少，以更好地满足客户需求。

2.国产零部件逐步替代进口

卢玉峰强调，“随着国产移动机器人零部件制造水平地提升，包括材料、加工工艺、控制算法等方面提升，很多国产零部件从可靠度、各项功能参数上都已赶上进口产品，我们看到了国产替代进口的希望。”

在疫情和复杂国际因素影响下，部分进口零部件出现了“卡脖子”情况，供货周期无法满足。新松对部分国产零部件进行了严谨的考察、测试、应用，发现国产特定型号的伺服电机、传感器等核心零部件已经达到了替代进口的水平，可以很好的满足AGV应用。

同时他还提到，“原来汽车行业企业自动化设备采购基本都采用国外标准，客户招标文件上基本都是国外品牌。随着这两年国产汽车品牌的快速发展，主机厂对零部件供应商要求在逐步开放，整个产业链的民族自信心也在逐步增强。在移动移动机器人零部件方面，行业企业的接受度也在增强，越来越多的企业愿意尝试应用国产零部件，并且实际应用效果不错。”

3.各类技术融合发展

谢立认为，移动机器人技术发展趋势包括：顶层机器人管理系统的兼容与统一；终端移动机器人与人工智能、大数据、AI等领域技术融合发展。