數字化方法在汽車總裝工藝設計中的應用

任承峰

奇瑞汽車股份有限公司 安徽蕪湖 241006

如圖1所示，在汽車制造四大工藝中，總裝生產線最長，所裝配零件種類繁多，約占整車生產的70%～80%。客戶個性化定制的配置需求絕大部分在總裝車間實現。根據國內外統計數據,整車的質量問題有40%是裝配問題[1]，由此可見確保產品裝配質量是至關重要的。本項目在總裝工藝設計方面進行了二次開發，以數字化手段提升設計質量和效率，減少裝配問題的發生。

圖1 單車四大工藝裝配零件數量

實施路徑

1.總裝工藝標準化

近些年，總裝工藝標準化逐步建立，結合后續新車型項目的不斷迭代，形成了較為完整的總裝工藝知識資源庫（見圖2），包括過程流程圖、PFMEA、控制計劃庫，以及設備、工裝、工具生輔材料屬性庫等。并通過工藝設計與管理系統（CAPP）進行結構化管理，在工藝設計完成至工藝文件的輸出過程中，效率大大提升，文件一致性也得到保障。

圖2 總裝工藝資源庫截屏示例

本課題在前期標準化的基礎上，進一步優化。課題實施的其中一項重要基礎，是總裝“作業名稱”的標準化，公司所有車型、生產線員工在進行同樣的生產作業時，文件中必須使用唯一的描述，如“天窗裝配”不可描述為“裝配天窗”。標準化的作業名稱描述在CAPP系統資源庫中進行管理，并支持查詢和快速調取。

2.BOM零件屬性標準

公司經過約3年的時間，成功實施了企業級BOM系統項目，打通了整車及發動機各個領域的BOM產生和應用環節，從設計、試制以及生產到售后實現了超級BOM、全流程規范化、BOM標準化，成果顯著。其中，新BOM體系中的兩個零件屬性定義標準是本課題實施成功的另一項基礎。

（1）通用零件分組（GPC）通過這個編碼，可以快速識別零件屬于哪個分組系統，如：底盤、內飾及外飾等一層下的第三層系統。

（2）功能名稱（FND）零件在整車上應用的命名和功能性描述，如：螺栓-左懸置軟墊總成到車身。

這兩個屬性標準是配置BOM的核心。配置BOM，在國外品牌應用較為成熟，國內部分自主品牌也在不斷進行工藝研究，奇瑞已經成熟應用。

1、要確立后進生也能成材的信念，去賞識鼓勵他們多給他們一些后進生成為名人的故事，利用榜樣的力量去鼓勵他們。

不同車型、不同配置的零件有不同的零件號，這兩個屬性實現了所有車型同位置、同功能的零件（見圖3）標準化統一描述，見表1。

表1 BOM標準屬性示例

圖3 奇瑞全新一代 瑞虎8前保險杠

這兩個屬性對于整車BOM中總裝標準件的識別作用尤其顯著，大大降低了工程師在設計過程中編制和解讀BOM的難度。

3.對應關系庫的建立

對于大部分的總裝裝配零件，同一個裝配作業描述，對應的零件“通用零件分組”/“功能名稱”相同。例如：作業“方向盤裝配”對應裝配的零件GPC/FND為“441/A00G方向盤”/“441/A00J螺母-方向盤到轉向管柱”。

將這種對應關系進行全面梳理，如圖4所示，形成工序設計標準，并植入CAPP系統的資源庫中。

圖4 梳理出來的關系庫截屏示例

4.自動工藝設計功能的開發及使用

總裝工藝設計的輸出，是《工序目錄》和APQP文件，把上述標準應用到《工序目錄》的編制過程中，通過系統工具的開發實現自動化準確快速的編制是我們本課題的最終目的。

標準作業資源庫在CAPP系統中，而新產品車型的BOM在BOM系統中。那么，系統間的集成交互是必不可少的環節。本課題通過二次開發，將整車全配置、單一配置BOM從BOM系統中觸發發送，在CAPP系統中觸發接收，實現了BOM的快速準確傳遞。CAPP系統利用自身已有工廠結構資源庫，根據工藝路線生成3PR工藝結構樹，通過標準的操作完成總裝工藝設計工作，設計過程如圖5所示。

圖5 總裝工藝設計過程示意

在“《工序目錄》編制”環節，從3PR工藝結構樹導出excel《工序目錄》（見圖6），通過excel與CAPP資源庫的集成鏈接開發，以及一些功能控件按鈕的開發應用，實現自動BOM導入、工藝設計及準確性質量檢查等功能，功能控件按鈕包括以下六點。

圖6 《工序目錄》模板部分內容

（1）調取BOM 從CAPP系統中調取全配置BOM至表中，供零件分配使用。

（2）提取零件 首先從資源庫中按照作業順序，選取標準“作業名稱”，選中所有作業名稱并點擊此按鈕，系統將自動提取對應的零部件（編號、名稱、GPC/FND等）到作業名稱行列。

（3）提取操作單元 可以先將零部件全部分配至表格中，然后點擊此按鈕，系統將自動提取對應的作業名稱到零件行列。

（4）檢查零件正確性 在編制過程中，有可能會有設計變更發生。將更新后的BOM重新調取至表中，點擊此按鈕，可以自動比對零件的變化，幫助工程師重新調整裝配零件。

（5）檢查操作正確性 在工序目錄編制過程中，點擊此按鈕可輔助檢查工程師錄入作業描述的準確性，防止工程師誤操作導致不符合標準的情況。

（6）提取打點信息 將所有單一配置描述調取至表中，點擊此按鈕，系統可以自動識別所分配零件對應的配置行列。

除了以上功能，《工序目錄》可以與系統資源庫鏈接，輔助工程師智能調取所需的工裝工具、設備、生輔材料等工藝資源，以完成全面的工藝設計，本文不再贅述。

《工序目錄》自動導入CAPP系統生成結構化的3PR（product產品、process工藝、plant工廠及 resource資源）工藝結構樹，再通過自動提取資源庫中的標準文件信息，經過個性化內容的更新，形成了完整的工藝設計。各種工藝文件、統計匯總表通過系統自動按照已嵌入的標準模板生成。

收益成果

隨著智能汽車的推陳出新，汽車零部件及功能日趨多樣和復雜，隨之制造技術也需不斷進步，工藝設計標準化、智能化技術必不可少，單純靠人工經驗和手工設計已經很難適應產品的進步。本課題就是通過將人工積累的經驗、標準化，進行二次開發實現知識積累、自動調取及智能分配等功能。在實際應用中也體現出了顯著的收益。主要體現如圖7所示。

圖7 實際應用中收益顯著

（1）質量方面 《工序目錄》的生成，自動繼承了上游BOM信息，工藝信息來源于CAPP系統的標準資源庫。因此，初版編制的準確率從原手工的低于80%提高至98%，為整體工藝設計的質量，打下堅實基礎。

（2）效率方面 通過數字化開發手段，把人工分配變成了自動調取資源、自動分配零件，單車工藝設計效率提升了40%以上，隨著標準的不斷補充、完善，效率還有很大提升空間。

（3）成本方面 工藝設計減少了大量的人工成本；把人工從低效的勞動轉移到更加增值的標準完善及新工藝開發中。此項目基于現有成熟平臺進行開發，較之采購同類產品節省上百萬的費用。

（4）標準化 本課題推動了總裝工藝的標準化完善，并嵌入到系統平臺實現數字化，工藝人員可快速查閱、學習，加快人員培養速度；自動調用及文件自動生成的功能，也實現了部分工作的去技能化。

智能數字化工藝展望

我國正處于制造業升級的重要時間窗口，產業發展面臨絕佳機遇。智能制造熱潮持續升溫，人工智能、工業互聯網、大數據、云計算及5G等技術的發展，為制造業數字化轉型升級提供了重大機遇[2]。

近年來中國智能制造推進體系初步形成，關鍵領域實現突破，成效明顯，開放合作不斷拓展。智能制造場景技術多元化，智能制造的形式和手段多種多樣，行業之間和企業之間的差別很大，即使同一行業中相似的企業，也有可能從不同的環節開始，使用不同的技術手段。

結語

本課題只是汽車數字化制造中很小一部分，相關技術的擴展還有很大的空間，在汽車沖壓、焊裝、涂裝、總裝及發動機工藝設計領域，需要更加努力創新，提升汽車設計制造能力和質量。