汽车总装工艺技术应用趋势研究

兰德洪

关键词：汽车总装；工艺技术；应用趋势

0 前言

我国汽车市场正向国际化、个性化及多样化方向发展，消费者对汽车产品的需求也逐渐多元化。在此背景下，传统汽车生产工艺存在局限性，难以满足现行汽车生产的高效、高质量及低成本要求。因此，对汽车总装工艺技术应用趋势进行研究，对于提高汽车市场认知度，加强相关企业的生产效率都有着一定价值和重要意义。

1 汽车总装工艺技术发展历程

自第二次工业革命后，汽车逐步取代了传统车具和人工载具，成为使用规模最广、应用普及度最高的交通工具。随着生产力与生产需求的不断提高，如何在短时间内完成汽车的装配工作已成为汽车制造业首要关注的问题，研究者对此也展开了深入研究。最开始的汽车总装工艺较为粗放，大多是经生产线生产完毕后由人工进行装配。随着汽车车型的发展与部件类型的增加，汽车总装工艺逐步发展为模块化生产［1］。模块化汽车总装工艺能够减少总装工位线长度和装配工时，装配效率得到了有效提升，电子控制系统模块与产品结构模块是此阶段汽车总装工艺的主要发展类型。由于人工成本及汽车制造技术多元发展的影响，汽车总装工艺的自动化发展迅速，汽车总装厂的自动化需求也日趋凸显，此阶段的汽车总装工艺具有流水化生产的显著特征，各部件的装配越发呈现模块化、机械化趋势。此后，随着装配技术的进一步发展，汽车总装工艺的真空化与智能化已然成为当今汽车总装的主要发展方向，此阶段的汽车总装工艺主要分为以下几部分：① 力矩控制智能化；② 柔性化工装；③ 成套零件供应（SPS）物流；④ 装配仿真。

2 汽车总装工艺技术应用现状

2. 1 力矩控制智能化

汽车智能化总装工艺技术中的力矩拧紧工作普遍采用高精度设备完成，通常采用扭矩法+转角法的方式屈服装配强度。该技术的实际应用主要是以控制力矩的手段，实现间接控制拧紧质量的目的，具有在线动态力矩监控的显著特性［2］。汽车装配工程通过网络手段实时监控拧紧质量与数据信息分析处理，以此进行智能统计的过程控制。该技术利用网络化通信模块与单片机控制器结合的方式完成信息交互。在汽车总装中，电动拧紧装备常用于拧紧力矩，随着市场对汽车生产精准度要求的提升，电动拧紧装备也开始向智能化、自动化的方向发展。当前，拧紧多采用扭矩加屈服强度或转角的方式，偏向于通过控制力矩实现对拧紧质量的控制，并将之转化为直接控制预紧力，保证生产组装的有效性。此外，智能数据化网络系统的运用，使得工作人员能够借助力矩数据系统对力矩拧紧装备进行科学监控，并将检测数据上传至云端展开整理与分析，提升了对力矩拧紧装置的控制效果。

2. 2 柔性化工装

目前的汽车总装整体工序存在部分装配空间狭小或零部件复杂的情况，容易出现装配人员的非常规作业姿势。为了解决此问题，越来越多的汽车装配厂采用自动化机器人代替人工装配，并采取柔性化设计提高工装作业的人机性，具体案例包括：① 汽车底盘车体附件装配往往出现人员身体弯曲等不良作业清理情况，现如今越来越多的汽车装配厂采用可旋转C 型钳吊具矫正人员的作业姿态［3］。② 利用Z 向高度柔性的车身托盘对不同工位的车身定位加以控制，利用坐式机器手搭配智能系统的方式加强汽车总装的智能化和自动化程度。

2. 3 SPS物流

目前，汽车总装厂采取的生产模式为多车型混线生产，由于储料空间和物料种类的限制，导致汽车总装效率与物流效率不甚理想。因此，现阶段汽车总装厂主要采取SPS 物流形式进行物料配送。该物流方式通过将汽车裝配与物料拣取分开作业的形式提升了运输效率，利用智能模块减少非增值操作，有效避免了总装装配的错漏问题，有效提升了汽车装配质量。同时，由于SPS 物流主要以智能技术为依托，汽车物料的投放更趋向于自动化、智能化，且采用自动导向车（AGV）车型代替人工物流操作，是现阶段汽车总装过程普遍采用的物流方式。

2. 4 装配仿真

随着智能技术的进一步发展，虚拟现实技术及建筑信息模型（BIM）技术的高仿真能力在汽车总装领域得到越来越广泛的应用，汽车总装的同步工程在开发初期阶段，就开始对设备的可操作性、产品结构装配性等方面进行虚拟仿真分析，因此能够在设计的事前阶段发现和解决装配工艺问题。相关产品数据设计利用3D 仿真分析软件的工时分析模块对装配设备的装配工时及装配工序实现了优化分配。随着仿真技术的进一步发展，虚拟化装配的应用越发普及，开始偏向于借助计算机模拟生产过程，能够有效降低汽车装配的出错率。该技术集成了计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺规划（CAPP）和计算机辅助设计（CAD），能够实现对零部件装配的数据化模拟，提升装配模块拆分的合理性。此外，虚拟化装配技术还能将装配生产信息转化为数据进行管理，进一步平衡总装工艺流水，合理分配各岗位工作量，实现工作效率的进一步提升。整体而言，虚拟化装配技术作为精益求精的产物，未来将会带来难以估计的回报，极有可能成为发展热点。

3 汽车总装工艺技术的特征分析

汽车总装工艺技术的特征主要包括：

（1） 现阶段汽车总装工艺的模块化技术越发成熟，进一步简化了汽车装配关系，逐步改变了传统汽车总装的设计理念和工艺实施策略，汽车全球化采购和供货趋势越发明显，产品结构的模块化和通用化必然会成为汽车制造业的全新供应链关系，但由于此模式高度依赖线上网络技术，如果出现技术滞后等问题则很容易出现信息不对称现象［4］。

（2） 柔性化制造工艺的普及，已然成为汽车总装工艺的新型制造形态，部分高级汽车制造商借此工艺实现了平台化生产到智能化生产的有效过渡，甚至部分汽车制造厂家进一步拓展至整车平台智能化生产的高度。因此，在多个模块的高智能化开发基础上，形成了“多功能汽车平台”和“高端元模型智能群”的整体趋势，汽车总装工艺技术同步设计出风格不同的产品，其设计生产更加高效。

（3） 智能化技术在汽车总装工艺技术中的应用前期需要投入较大成本，对于中小型汽车制造厂家来说制约性较强，这也是汽车总装工艺技术智能化发展难以全面渗透的主要原因之一。但随着智能化技术不断转换为实际效益，车型的研发成本逐步降低，汽车总装工艺技术智能化回报率明显提高。目前，汽车总装工艺技术与人工智能、物联网、BIM 等高端智能技术的联合使用已逐步形成了新型制造形态。在“工业4.0”引导下的智能技术必然会在汽车总装工艺中迎来飞速发展，汽车制造业也将迎来新一轮的技术革命。

（4） 随着科学技术发展与产品营销理念的日趋成熟，汽车总装工艺生产层面与技术层面的进化必然会受到消费结构的影响，目前随着汽车总装工艺的进一步发展，汽车制造厂家的角色正在发生转变，主要转化为移动出行和产品服务的提供商，这必将成为汽车制造工艺技术革新的新方向。

4 汽车总装工艺技术的应用趋势

4. 1 汽车总装车间生产的精细化与智能化

为了降低资源消耗率、实现资源的合理配置，欧美发达国家经长期研究实践后，提出了大规模应验了汽车总装的精细柔性化生产，利用各种技术手段在保障汽车企业生产质量的同时提高生产效益。现代企业在汽车总装过程中，必然遵循着生产制造效益的提高与资源的高效发挥的制造原则。随着国内外学者的长期实践与探索，精细化、智能化汽车总装生产模式越发完善，最终在汽车制造领域得到了有效发展。目前的汽车生产过程具有产品更新速度快、人工费用多及生产工期长等特点，精细化、智能化总装技术能够有效缩减汽车生产过程中的人力、材料等成本支出，保障汽车装配的稳定性，提升汽车产品质量［5］。此外，自动化总装技术还为测试支出、生产支出等提供了保障，提升了装配的精准性，有利于汽车成品质量的提升。基于大数据技术的不断发展，智能化汽车总装车间生产发展可行性进一步提高。

4. 2 总装技术的虚拟化与自动化

随着我国汽车市场体系的完善，汽车种类的多样化与高端化发展趋势日益明显，为了满足消费者的个性化需求，汽车厂家生产制造的产品从原有的单一大批量生产，逐步转化为灵活的订单式生产，汽车装配的复杂性越发明显，汽车零部件种类与数量越来越多，这对于汽车零件制造与保管均提出了更加严苛的要求，这种趋势下必然会促进汽车总装生产方式的变革。

总装技术的发展方向主要在以下几方面：① CAPP 技术与汽车总装工艺技术的融合发展。CAPP 技术的核心部分为计算机软硬件与物联网技术，利用物联网对信息的高度集成，以及计算机设备的数据计算与逻辑判断，从而确定汽车产品与零部件的加工工艺。该技术会随着汽车总装面向对象及工作规模的变化而变化，其主要模块包括工艺过程设计、工序决策、零件信息输出及加工过程的动态仿真，各模块的协同运作能够辅助工作人员进行汽车总装的工艺设计与功能拓展。CAPP 技术能够应用于汽车制造的整个产品生命周期，对于实现工艺设计管理一体化发展有着极大的促进作用，CAPP 技术与汽车总装的融合已成为现阶段汽车制造业的主要发展方向。② 自动化与虚拟化装配。随着我国机器人集成技术与视觉技术的不断发展，真正意义上的自动化装配与虚拟化设计可行性不断提高［6］。汽车总装的自动化具有可拓展性与柔性特征，具有系统的自动送料与材料装配模式。混沌现实技术通过计算机技术模拟出汽车零部件数据，在虚拟空间中实现模块的拆装与分配，该技术具有强大的适应性与高柔性特征，能够通过对整车数据管理与拆分装配模块促进汽车总装工艺技术的智能化发展，是未来汽车总装工艺技术的主要发展方向。

5 结语

随着我国汽车产品市场的不断完善，消费者对汽车功能方面的要求更加严苛，为了顺应市场，汽车制造业从原本的单一、大批量生产模式逐步转变为灵活的订单式生产模式，对汽车总装工艺技术提出了更高的要求。基于智能技术与生产理念的不断发展，汽車总装工艺技术的自动化、模块化、智能化发展已然成为现阶段汽车制造的主要发展方向，也必然会推动汽车总装工艺技术的进一步革新。