淺析柔性制造技術及其在汽車行業的應用

陳思

（長春汽車工業高等專科學校，吉林 長春 130013）

淺析柔性制造技術及其在汽車行業的應用

陳思

（長春汽車工業高等專科學校，吉林 長春 130013）

本文簡述了柔性制造技術的概念及發展趨勢，并以一汽—大眾汽車有限公司為例說明了其在汽車行業的應用及面臨的挑戰。

柔性制造技術；趨勢；汽車行業

目前，客戶對產品的要求越來越趨向于差異化、低成本及生產的短周期。而目前的制造技術和水平已經不能滿足市場的動態需求。

隨著智能網絡、計算機技術及大數據技術的發展，柔性制造技術已成為各國機械制造及其自動化的重要發展方向。以汽車產業為例，無論在汽車零部件制造，還是在整車裝配中，柔性化制造已經表現出巨大優勢。

1 柔性制造技術的意義

目前，廣義所稱的柔性制造技術，是通過計算機把智能設備、自動化信息技術、網絡化管理及制造加工技術集成于一體。通過數據庫在網絡的支持下統一分配，把整個工廠統一集成為一個整體系統。柔性制造技術可以分配成柔性系統和柔性制造技術兩個主要方向。

1.1 柔性系統

目前柔性系統在多數大中型企業中已經廣泛應用。主要可解釋為以下兩方面：一是以滿足市場需求為衡量指標的順應市場動態變化的趨勢；二是適應自身產品、類型變化的能力，重要是推斷出在有無干擾的情況下二者系統生產率期望值之比。與傳統“剛性”生產相對應的是“柔性”制造。在汽車產業中的“剛性”生產主要是指能夠實現單一車型大批量生產的自動化生產，其優點是在人們需求穩定且單一的情況下，能夠實現“規模經濟”，降低單體成本，并可由此帶來價格上的競爭力。但車型單一，并不適合多品種、小批量的生產。1913年福特汽車公司和通用汽車公司開始使用傳送帶生產線生產福特T型系列汽車。

1.2 柔性制造技術

柔性制造技術是通過自動化柔性制造系統加工出各種產品技術的總和。該技術主要側重于差異化生產、利用短周期、低成本生產出不同類型的產品。

柔性制造技術按照技術程度范圍，大致可分為：柔性制造系統（FMS，Flexible Manufacturing System）、柔性制造單元（FMC，Flexible Manufacturing Cell）、柔性制造線（FML，Flexible Manufacturing Line）、柔性制造工廠（FMF，Flexible Manufacturing Factory）。

（1）柔性制造系統。柔性制造系統最初是在冷加工制造過程中出現。以數控機床為基礎，通過編程從而實現機床的自動換刀、自動夾具甚至是自動清洗。使多臺數控機床成為一個加工中心。通過智能網絡自動運輸和倉儲成品或半成品。在這過程中智能局域網實時監控，實現零件的差異化生產。

（2）柔性制造單元。柔性制造系統的簡化作用就可稱為柔性制造單元，柔性制造單元的作用和效果都較柔性制造系統弱，但其優點是靈活程度高。

（3）柔性制造線。柔性制造線首先應滿足自動化生產的程度。生產效率較柔性制造系統高且對于智能運輸系統的要求低。其主要代表是離散型生產中的柔性制造系統和連續生產過程中的分散型控制系統，該技術已比較完善和成熟。

（4）柔性制造工廠。柔性制造工廠可以看作是多種柔性制造系統的總和。是具有從產品最初的需求、設計、試裝、加工、裝配、質檢及售后服務等方面集中統一的柔性制造系統。柔性制造工廠的優點是自動化程度極高。在大數據和智能網絡的支持下，企業的生產絕大多數情況都由計算機完成，可以看做是一個智能的集合體（圖1）。

2 柔性制造技術的發展趨勢

2.1 柔性制造單元將成為制造領域成熟技術

柔性制造單元相比柔性制造系統的優點明顯，主要體現在投資少且效益明顯，在中小企業中可以發揮更大作用，目前也得到了中小企業極大的關注。

2.2 生產效率明顯的柔性制造線

目前，大多數柔性制造系統的制造商都把目光聚集在汽車廠商身上。由于汽車產業發展迅速、無論是汽車零件制造商還是汽車整車制造廠，都對生產線中的數控加工中心及自動機器人的需求日益增加，這將是柔性制造線的又一大發展趨勢。

圖1

2.3 更強的綜合使用性能

柔性制造系統可以不僅僅局限于沖壓、鑄造、質檢、裝配等單一方面，可以把上述方面根據客戶需求統一結合，形成多種工序相結合的柔性制造系統。

3 柔性制造技術在汽車行業中的應用

作為汽車生產自動化柔性化的基礎和代表設備，工業機器人在整車制造方面得到了廣泛應用，比如：在混流柔性焊裝生產線的應用；在計算機控制的自動化焊接設備與差異化車門壓邊、卷邊等工藝方面的應用；在工具設備方面，差異化固定夾具設備，自動掃描識別差異車型技術、AGV小車運輸系統、班組長差異化生產管理系統等相關方面都得到了成熟的應用。例如在白車身焊接方面，在同一焊裝設備、同一焊裝工藝標準的情況下，同一條生產線可以同時焊接不同車型的白車身，通過焊裝質檢后，由自動運輸系統運至整車生產線進行總裝。

柔性制造技術在絕大部分汽車企業總裝車間的使用已經相當成熟。以一汽—大眾汽車有限公司為例。其在長春基地的二廠總裝車間，全新邁騰和CC兩款車型、A4l和Q5兩款車型共用一條生產線，達到混流成產。總裝車間由三條主裝配線組成，可細分為駕駛模塊分裝、前端模塊分裝、發動機模塊分裝和車門模塊分裝共四個模塊。其中，動力模塊使用發動機托運小車智能行進，操作工人在上面完成底盤前橋裝配。在底盤分裝模塊與車身接合時，電腦會自動對底盤和車身進行匹配檢查，只有認定為同一車型時才會進行裝配，其特點是當底盤模塊與車身定位后，由模塊托盤帶動車身運行。在整車的裝配過程中底盤與車身的鏈接至關重要。鏈接處的螺栓全部采用定扭矩扳手由計算機控制擰緊，即可同時保證質量和精度要求。與此同時，工作設備實現廠區內網絡鏈接，為返修和售后質量跟蹤提供基礎。同時在擰緊過程中計算機識別車型差異，達到準確裝配，從而實現差異車型的共線差異化柔性裝配。模塊化整車裝配可以實現不同車型共線的柔性生產方式，大大降低了未來并入新車型的改造費用。

4 柔性制造技術在汽車行業應用中面臨的挑戰

4.1 成本挑戰

整車生產線的工藝設備投資費用可以達到幾十億元，致使投資費用對柔性化工藝設備的應用影響就比較大。以工業機器人為例，雖然國內工業機器人的價格較國外有很大優勢，但在產品可靠性、壽命及功能上還是有所欠缺。

4.2 技術挑戰

傳統的汽車零配件和整車制造技術包括沖壓、鑄造、微電子、材料工程。目前汽車企業要滿足客戶的不同要求，把通用化、智能化及自動化統一在一起，是柔性制造技術運用到汽車制造中的一個難題。

4.3 質量挑戰

怎樣運用柔性化制造技術將成品管理、工藝管理和零件管理有效結合起來，也是一個挑戰。以車企焊裝車間為例，目前，大多同一品牌不同車型都在相同生產線上成產。首先將車身、兩側側圍、汽車頂蓋焊接成一個整體的白車身總成，就要面臨著一個難題，就是必須要滿足亞毫米級的質量精度。而同一品牌不同車型的各個焊接零部件在同一條流水線上形成混流共線生產，同時滿足國家和企業的質量要求，是汽車企業面臨柔性化焊接的另一大挑戰。

5 結語

目前，在以數控、計算機為基礎的生產方式下，市場正在依據客戶的不同要求不斷呈現出動態變化。企業的競爭力，主要體現在是否能在短周期內，設計并制造出客戶所需求的產品。而柔性制造技術正順應這種發展趨勢，可充分發揮其自身的優勢，靈活性高、結構開放以及技術的模塊化必將在汽車零部件制造和整車制造中得到廣泛應用。

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1671-0711（2016）12（下）-0115-02