柔性混流装配线在智能工厂中的研究与应用

摘 要：汽车行业智能工厂的建设成为必然趋势，实现精益制造，满足智能化、高效率、高柔性的要求，设计具有承载与非承载车型混流生产的汽车制造车间。依据承载与非承载车型不同的工艺特性，运用自动分合流、智能物流等技术，设计了承载与非承载柔性混流装配的工艺方案，首先装配工艺相近的车体内饰共线装配，然后两种车型自动分流输送至各自的底盘线，分别完成装配工艺完全不同的底盘装配后，再自动合流共线进行底盘内饰和整车装配，并确保分、合流时的顺序完全一致。同时，导入QRQC质量停线管理、重保重要管理、力矩防呆管理，设备故障报警管理等系统，具有信息化程度高、生产效率高、质量稳定、生产成本低等特点，实现了车辆的智能化生产，对传统汽车装配工艺进行了技术创新。该项目的技术特点是可以满足小批量、多品种车型柔性化、定制化客户订单生产需求，真正实现智能化制造，打造智能工厂。

关键词：智能制造 智能化 混流 分合流技术 柔性化 定制化

1 绪论

汽车行业智能制造转型升级加快，智能工厂成为行业发展必然趋势。随着我国汽车行业步入稳增长阶段，汽车产能布局受到国家严控，市场客户需求越来越专业化和细分化，同时皮卡类车型限制的放开，非承载式车身的皮卡和越野型SUV的需求成逐步上升趋势，研究一条能够生产承载与非承载两种车型柔性化、智能化、精益化混流生产线，具有较高的社会价值。现代汽车制造智能工厂的建设，是提升产品竞争力的保证，从产品智能化，向制造精益化、到服务数字化等各个环节，都是智能工厂的达成要件。该研究项目的技术特点是在线采用自动化、柔性化、机电一体技术，实现了承载和非承载车型共线生产需求，设定一定的车型混流比例，满足生产效率最大化，并最大化数字化应用，活用工艺设备及生产人员，降低制造成本，对汽车传统装配生产线进行了技术创新，导入信息化系统，进行数字化转型升级，实现客户定制化订单生产。

2 设计思路及关键技术

2.1 设计思路

采用智能制造工厂中柔性生产线的设计与优化理念，通过分析柔性生产线的概念和特点，设计车型共线分流与合流的柔性技术，对于提高生产效率，降低生产成本和适应市场需求变化做到了快速响应，从面适应现代汽车智能制造的转型升级需求，及汽车市场的竞争和挑战。

依据智能制造智能化、自动化、信息化等生产要件，结合公司产品特点，设计柔性装配线。公司车型有承载式车身车型和非承载式车身车型，根据未来几年的两种车型规划产量，设计一条生产能力为JPH30的承载与非承载混流柔性化生产装配线，设定为承载式车身与8f4611efb5752967b55e09f196d3bcdf非承载式车身混流比例为2：1～1：5之间，根据两种车型装配工艺的特性，设计内饰装配线共线生产，而后分流进行两种车型底盘装配，完成承载与非承载车型的底盘装配后，进行合流，实现底盘内饰作业、最终装配作业、商品化检查作业，检测线作业等合流共线生产。通过信息化系统，实现定制化、柔性化、智能化生产。

2.2 生产工艺流程

根据承载与非承载车型的产品特点，设计工艺流程，详见图1。

2.3 关键技术

2.3.1 柔性快速切换技术

为满足线体承载与非承载不同车型的快速切换，设计分流降机，根据不同的混流生产比例，承载与非承载车型比例：2：1～1：5，设计了最优的线体输送长度及路径，通过RFID自动识别车型系统，采集车型信息，识别出承载车型或非承载车型，车型信息输送给线体工控机，驱动利用滑板AGV输送、升降机转载、吊具输送等技术实现自动化分、合流，以满足不同车型按照不同生产比例进行生产运行的需求，车型切换不需要等待，实现线体的最大柔性化，生产效率最大化。

2.3.2 智能生产管理系统

导入日产先进的CAS订单管理系统及NX-AUTO工程管理系统，前者实现客户从订单开始，每辆订单车从下单，到物资订货、到货、配货、生产过程、交车入库等环节，可追踪管理，实现与客户同期的生产理念，后者对从焊接、涂装、总装、到检测、入库整个车辆制造过程智能化管理，通过线体大量运用RFID设备自动识别技术，对车辆生产装配进线前的排序、部品的物料配送、生产线的自动化输送和装配等信息的传递。该系统能够最大化缩短车辆生产周期，车辆实现让客户可视化感知生产过程，质量放心、交期放心，做到1对1的交车服务。

2.3.3 质量在线监控管理系统

对装配作业中的重保项、重要项等关键装配技术标准录入系统中，在作业过程中，对于没有达到标准要求的作业，系统报警直至生产线停止运行，确保产品质量。同时，对车型及其装配信息，也存贮于系统中，以备后期问题追溯。采用装配螺栓扭矩管理系统，输入产品合格规格标准，生产过程中当扭矩出现超出范围时，设备报警系统会发出报警声，线体自动停线，方便作业人员快速处理不良品，可以有效防止不良品流入下道工序。

生产管理人员可以从系统的数据中实时监控生产过程中发生的各类品质、设备、物料、作业等影响正常生产的信息，第一时间到达现场进行排除问题，以提升车间的管理水平和生产效率。

2.3.4 智能物流系统

智能工厂要求物流的智能化，不管是零部件、整车、原辅材料等从进厂到出厂的各个环节，都纳入系统管理。合理的工厂布局，优化的物流路线，实现一次物流距离最短，二次物流最大化实现无人化。厂内物流方面，现生产车型零部件多达四千多种，为避免错、漏装等问题发生，导入装配零件防呆分拣系统，该系统依据车型生产顺序及信息，按顺序点亮料架上的分拣指示点，提示作业员分拣物料，实现中小零件100%KIT化率。厂外物流方面，采用在线监控系统，可视化零部件、整车运输过程，有效提升物流效率，提升客户满意度。同时，为降低物流成本，采取in/on-site、同步供货等先进供货模式，最大化实现模块化装配，降低成本，提升装配质量。

2.3.5 重要设备监控系统

该系统实时监控生产线体上各类关键设备，并将设备关键参数实时传递到车间保全班组，并以图形显示当前生产状况、设备运行状况等，发生故障进行报警，及时到现场予以排除，减少对生产造成的影响。

2.4 技术创新点

2.4.1 承载与非承载式车身车型混流生产线

学习日产设计标准，进行承载与非承载两种车型的混流生产，在一定比例下实现柔性化生产弹性，内饰线和内饰底盘线共线设计，采用大滑板AGV无接触供电模式，底盘线承载与非承载分开设计，利用工管系统设备自动识别车型，保证分合流时顺序不变，商品化线与检测线共线设计。为解决空中输送线交叉问题，我们创新设计了智能化AGV牵引滑摩擦输送系统。此AGV可双向运行，整体高度只有260mm；牵引力高达5T，最高时速可达每分钟38米，滑板线间均用此AGV地面转接，无设备基坑，线体柔性好，安装周期短，以后能力增强改造简单，并解决了空中输送设备交叉问题。此项设计为国内首创。

2.4.2 车架分装总成转载与自动翻转一体化设计

为解决非承载式车身车型车架分装总成的翻转及向底盘线的空中转接，我们开发研制了集车架分装总成翻转及空中转接于一体的转接翻转机构，并可实现自动识别适应多种不同规格的车架转载，同时进一步提升了动作精度。该机构为国内总装工厂首次使用。

如图2，此机构包括升降机、车架分装总成夹具、翻转机构及电控系统。车架到位后，升降机滑架下降到位后，触发下到位开关，伺服电缸接收到位信号，带动装在线性滑轨上的夹具夹紧车架，然后滑架上行到安全高度，并触发翻转开关，翻转电机带动设置于旋转轴上的夹具及车架分装总成一起旋转到180°时，触发翻转到位开关停止翻转，滑架继续上行到上止点并触发上到位开关，滑架停止上行，气缸推动空中吊具闭合，把车架分装总成转接到空中吊具中，完成车架分装总成空中翻转及转接。

2.4.3 转接升降机与随行机构一体化设计

把升降机的托架通过线性滑轨设置在升降机的滑架上，托架本来就可随滑架上下移动，同时，由于托架用线性滑轨与升降机滑架装在一起，也可进行水平方向的滑移。在生产线运行中，对射开关扫描到装在板带上工位定位块，压紧气缸通过连杆把托架与板带上的定位块紧压在一起，使得托架能可靠与输送板带同步运行，在同步运行中，滑架下行，把车架分装总成放置于输送板带上。其结构简单，故障少，投资少，运行成本低。

2.4.4 智能化整车天窗及前风挡玻璃装配机构

为提高作业效率，保证装配质量，减轻劳动强度，我们设计制作了天窗面差调整装置和前风挡玻璃饰条压入工装，实现车辆自动调整。

面差调整装置通过与主线联动，实时接收主线速度信号，做到该装置与主线同步运行，同时，还具有在线作业环境下的预警及紧急停止功能，以保证作业人员的安全，解决了在线体运行状态下作业困难的问题，提高作业效率，减轻作业强度，最大限度减小天窗面差调整对人员技能的依赖程度，调整品质通过工装可靠保证。

汽车前风挡玻璃饰条压入装置，包括矩形断面的压入条本体，此本体左端面开设有拱形压槽，其右端上方设置有压片，右端底部设置有向内弯曲的弯钩，压片内端的压入条本体右端顶部开设有弧形凹槽，其结构简单、使用方便、维护成本低，大幅改善装配质量，提高了作业效率。

2.4.5 客户定制化生产订单系统

公司产品的特点是多品种、小批量、定制化、行业化、专用化等生产，一条混流柔性化的智能装配线体可以最大化的满足客户定制化的要求，从客户下订单，通过CAS系统，工程管理系统，重保重要品质系统等实现订单评审，零件采购，生产排产、质量管控等环节，快速的使客户要求反映到生产线体上，实现全价值链的智能化生产，并缩短交车周期，提高了客户满意度。

3 结语

本设计研究从“工业4.0、智能制造、互联网+”等理念出发，遵循智能化、数字化设计思路，最大化实现生产自动化、精益化、模快化、标准化。为当代汽车行业产品多样性、生产灵活性类的企业提供打造智能工厂的技术路线。

本项目开发设计了承载式车身车型与非承载式车身车型混线生产柔性化装配线，先共线进行车体内饰装配，而后两种车型分流输送进行底盘装配，再合流完成底盘内饰及整车装配。此外，在该生产线中，滑板输送线线体间采用AGV自动转接，车架分装总成通过升降机转接到空中输送线，完成空中翻转及转接。开创了国内汽车行业的技术先例，具备国内领先，国际先进的技术水平，通过第三方机构鉴定，具备广阔的应用前景和推广价值，通过与设计公司合作，已在国内外主要汽车厂家应用实施。

项目实施后，主机厂累计节约生产线投资1亿元以上，及时对应客户订单，提升了客户满意度，提升了产品竞争力，创造了良好的经济效益和社会效益。

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