浅析柔性制造技术及其在汽车行业的应用

2016-03-06陈思

中国设备工程 2016年18期

关键词：整车生产线柔性

陈思

（长春汽车工业高等专科学校，吉林长春 130013）

浅析柔性制造技术及其在汽车行业的应用

陈思

（长春汽车工业高等专科学校，吉林长春 130013）

本文简述了柔性制造技术的概念及发展趋势，并以一汽—大众汽车有限公司为例说明了其在汽车行业的应用及面临的挑战。

柔性制造技术；趋势；汽车行业

目前，客户对产品的要求越来越趋向于差异化、低成本及生产的短周期。而目前的制造技术和水平已经不能满足市场的动态需求。

随着智能网络、计算机技术及大数据技术的发展，柔性制造技术已成为各国机械制造及其自动化的重要发展方向。以汽车产业为例，无论在汽车零部件制造，还是在整车装配中，柔性化制造已经表现出巨大优势。

1 柔性制造技术的意义

目前，广义所称的柔性制造技术，是通过计算机把智能设备、自动化信息技术、网络化管理及制造加工技术集成于一体。通过数据库在网络的支持下统一分配，把整个工厂统一集成为一个整体系统。柔性制造技术可以分配成柔性系统和柔性制造技术两个主要方向。

1.1 柔性系统

目前柔性系统在多数大中型企业中已经广泛应用。主要可解释为以下两方面：一是以满足市场需求为衡量指标的顺应市场动态变化的趋势；二是适应自身产品、类型变化的能力，重要是推断出在有无干扰的情况下二者系统生产率期望值之比。与传统“刚性”生产相对应的是“柔性”制造。在汽车产业中的“刚性”生产主要是指能够实现单一车型大批量生产的自动化生产，其优点是在人们需求稳定且单一的情况下，能够实现“规模经济”，降低单体成本，并可由此带来价格上的竞争力。但车型单一，并不适合多品种、小批量的生产。1913年福特汽车公司和通用汽车公司开始使用传送带生产线生产福特T型系列汽车。

1.2 柔性制造技术

柔性制造技术是通过自动化柔性制造系统加工出各种产品技术的总和。该技术主要侧重于差异化生产、利用短周期、低成本生产出不同类型的产品。

柔性制造技术按照技术程度范围，大致可分为：柔性制造系统（FMS，Flexible Manufacturing System）、柔性制造单元（FMC，Flexible Manufacturing Cell）、柔性制造线（FML，Flexible Manufacturing Line）、柔性制造工厂（FMF，Flexible Manufacturing Factory）。

（1）柔性制造系统。柔性制造系统最初是在冷加工制造过程中出现。以数控机床为基础，通过编程从而实现机床的自动换刀、自动夹具甚至是自动清洗。使多台数控机床成为一个加工中心。通过智能网络自动运输和仓储成品或半成品。在这过程中智能局域网实时监控，实现零件的差异化生产。

（2）柔性制造单元。柔性制造系统的简化作用就可称为柔性制造单元，柔性制造单元的作用和效果都较柔性制造系统弱，但其优点是灵活程度高。

（3）柔性制造线。柔性制造线首先应满足自动化生产的程度。生产效率较柔性制造系统高且对于智能运输系统的要求低。其主要代表是离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统，该技术已比较完善和成熟。

（4）柔性制造工厂。柔性制造工厂可以看作是多种柔性制造系统的总和。是具有从产品最初的需求、设计、试装、加工、装配、质检及售后服务等方面集中统一的柔性制造系统。柔性制造工厂的优点是自动化程度极高。在大数据和智能网络的支持下，企业的生产绝大多数情况都由计算机完成，可以看做是一个智能的集合体（图1）。

2 柔性制造技术的发展趋势

2.1 柔性制造单元将成为制造领域成熟技术

柔性制造单元相比柔性制造系统的优点明显，主要体现在投资少且效益明显，在中小企业中可以发挥更大作用，目前也得到了中小企业极大的关注。

2.2 生产效率明显的柔性制造线

目前，大多数柔性制造系统的制造商都把目光聚集在汽车厂商身上。由于汽车产业发展迅速、无论是汽车零件制造商还是汽车整车制造厂，都对生产线中的数控加工中心及自动机器人的需求日益增加，这将是柔性制造线的又一大发展趋势。

图1

2.3 更强的综合使用性能

柔性制造系统可以不仅仅局限于冲压、铸造、质检、装配等单一方面，可以把上述方面根据客户需求统一结合，形成多种工序相结合的柔性制造系统。

3 柔性制造技术在汽车行业中的应用

作为汽车生产自动化柔性化的基础和代表设备，工业机器人在整车制造方面得到了广泛应用，比如：在混流柔性焊装生产线的应用；在计算机控制的自动化焊接设备与差异化车门压边、卷边等工艺方面的应用；在工具设备方面，差异化固定夹具设备，自动扫描识别差异车型技术、AGV小车运输系统、班组长差异化生产管理系统等相关方面都得到了成熟的应用。例如在白车身焊接方面，在同一焊装设备、同一焊装工艺标准的情况下，同一条生产线可以同时焊接不同车型的白车身，通过焊装质检后，由自动运输系统运至整车生产线进行总装。

柔性制造技术在绝大部分汽车企业总装车间的使用已经相当成熟。以一汽—大众汽车有限公司为例。其在长春基地的二厂总装车间，全新迈腾和CC两款车型、A4l和Q5两款车型共用一条生产线，达到混流成产。总装车间由三条主装配线组成，可细分为驾驶模块分装、前端模块分装、发动机模块分装和车门模块分装共四个模块。其中，动力模块使用发动机托运小车智能行进，操作工人在上面完成底盘前桥装配。在底盘分装模块与车身接合时，电脑会自动对底盘和车身进行匹配检查，只有认定为同一车型时才会进行装配，其特点是当底盘模块与车身定位后，由模块托盘带动车身运行。在整车的装配过程中底盘与车身的链接至关重要。链接处的螺栓全部采用定扭矩扳手由计算机控制拧紧，即可同时保证质量和精度要求。与此同时，工作设备实现厂区内网络链接，为返修和售后质量跟踪提供基础。同时在拧紧过程中计算机识别车型差异，达到准确装配，从而实现差异车型的共线差异化柔性装配。模块化整车装配可以实现不同车型共线的柔性生产方式，大大降低了未来并入新车型的改造费用。

4 柔性制造技术在汽车行业应用中面临的挑战

4.1 成本挑战

整车生产线的工艺设备投资费用可以达到几十亿元，致使投资费用对柔性化工艺设备的应用影响就比较大。以工业机器人为例，虽然国内工业机器人的价格较国外有很大优势，但在产品可靠性、寿命及功能上还是有所欠缺。

4.2 技术挑战

传统的汽车零配件和整车制造技术包括冲压、铸造、微电子、材料工程。目前汽车企业要满足客户的不同要求，把通用化、智能化及自动化统一在一起，是柔性制造技术运用到汽车制造中的一个难题。

4.3 质量挑战

怎样运用柔性化制造技术将成品管理、工艺管理和零件管理有效结合起来，也是一个挑战。以车企焊装车间为例，目前，大多同一品牌不同车型都在相同生产线上成产。首先将车身、两侧侧围、汽车顶盖焊接成一个整体的白车身总成，就要面临着一个难题，就是必须要满足亚毫米级的质量精度。而同一品牌不同车型的各个焊接零部件在同一条流水线上形成混流共线生产，同时满足国家和企业的质量要求，是汽车企业面临柔性化焊接的另一大挑战。