汽車總裝工藝技術應用及發展趨勢探討

王成龍 徐興有 江雅珍

中國重汽集團工藝研究院 山東省濟南市 250000

1 引言

在車輛產品類型不斷增多的影響之下，汽車總裝廠內部使用混線生產模式來縮短汽車交貨周期，但在混線生產模式運行的過程中，人工成本消耗較大，因此需要綜合分析，汽車總裝工藝技術，并不斷提高模塊化、自動化生產技術與水平，從而提升汽車總裝工藝效率的同時降低人工成本消耗，提高汽車總裝廠的核心競爭能力。

2 汽車總裝工藝技術分析

2.1 模塊化生產

模塊化生產能夠幫助汽車總裝工藝的生產更加標準化，同時，汽車總裝工藝的模塊化生產還能令不同級別與車型的各個零部件生產更加標準化，從而便于各類新技術的靈活使用。在實際的汽車總裝制造過程當中，模塊化生產所帶來的優勢不僅局限于汽車裝配的速率提高，還可進一步拓展裝配線的柔性化程度，幫助汽車生產周期有效縮短，很好地減少了總裝工位線的長度以及主線裝配所消耗的工時。現階段常使用的模塊化生產包含有，電子控制系統模塊化以及產品結構模塊化兩種生產模式。

2.1.1 電子控制系統模塊化

汽車總裝工藝技術受到車聯網及信息娛樂的影響，誕生出了ECU 電子控制單元集成技術，從而使得汽車總裝工藝朝著標準化的趨勢發展著。ECU 能夠為汽車總裝工藝提供“標準件”功能，從而使各類車型的組裝擁有通用模塊，并且電子控制系統還可將各項功能進行細分與綜合整合，從而實現全車總裝的電子控制系統模塊化，形成各項控制與標準模塊化大集成。

2.1.2 產品結構模塊化

產品結構模塊化生產是能夠將汽車產品的多種功能結構與汽車各類零件部件進行關聯組合，從而令汽車內部各子系統產品結構與零部件組裝集成，形成大總成的模塊化生產。產品結構模塊化生產能夠有效縮短產線的長度，提高生產節拍，更好地對裝配工藝技術進行優化，從而有效降低汽車總裝工藝制造消耗的成本。產品結構模塊化的優勢有以下幾點：

首先，產品結構模塊化生產的過程中，能夠利用多種柔性托盤，將組裝現場組合形成底盤合車工裝。在組合內部還含有前、中、后托盤，以及帶有多種柔性化的定位銷，更好地滿足在總裝過程中，不同組合動力模塊的裝配支撐需求，提高底盤自動化裝配水平，有效化解下車體在裝配時出現的人機性差距較大等問題。

其次，產品結構模塊化生產在底盤模塊化部分的集成程度較高，除了將常規的前懸、后懸模塊集成在大托盤的工裝上，也將下車體的附件例如排氣管總成、油箱總成、隔熱墊以及燃油管路綜合集成在大托盤工裝中，有效減少底盤主線的工位數，縮短底盤模塊化的裝配工時。

除此之外，模塊化生產為汽車總裝工藝帶來底盤標準件自動擰緊技術，自動擰緊技術主要將緊固件與擰緊套筒集成在大托盤工裝當中，對高精度電動擰緊工具進行柔性化的設置，再結合信息化網絡系統，高效地完成裝配過程中的力矩控制與質量監測，更好地為汽車總裝工藝實現網絡化裝配制造帶來思路與示范。

最后，產品模塊化生產過程中，能夠借助電磁或光學自動引導裝置，實現汽車總裝過程中的路徑自動跟蹤、轉向同步行駛等功能，實現汽車總裝過程中底盤合車的無人化與自動化裝配。

2.2 自動化生產

汽車總裝工藝技術受到人力資源成本提高與汽車制造節拍加強等環節的影響，使得制動化生產愈發重要。在汽車總裝過程中，自動化設備能夠有效提高產品的質量，并保證汽車裝配的穩定性，較為常見的自動化工序有以下幾點：

首先在對汽車前后風擋以及全景天窗的涂膠工序實現了自動化生產，能夠借助涂膠機器人設備取代人工打膠步驟，同時，涂膠機器人的使用還可避免斷膠現象的出現，更好地保證交易質量的可靠與穩定性，再結合風擋裝配機器人的使用，實現前后風擋與全景天窗的全自動化裝配，有效提高車輛的密封性。

車輪模塊的組裝也能夠借助輪胎自動封裝線完成自動化分裝，還可利用自動輸送線將輪胎組件運送至裝配工位。自動化封裝系統的使用能夠根據車輛配置，制動底對輪胎的規模進行識別，并且在組裝過程中還可自發地完成輪胎裝備與動平衡檢測，有效地保證了輪胎分裝的品質及生產質量，在保證產品生產質量水平的同時，有效節約人力成本支出，提高汽車裝配效益回報。

除以上兩點以外，自動化生產還可借助各種各樣的助力設備，更好地輔助裝配過程，各模塊化的工序生產，例如使用自動化的機械手裝配取代IP 模塊中人工裝配的工序，既能夠保證定位裝配的精準度，還可更好地控制車輛內飾外觀的質量與尺寸鏈，大大地提高車輛造型效果與裝配質量，有效節約人力成本消耗。

2.3 加注設備真空化及智能化生產

在汽車總裝工藝技術中，對于加注設備的各項功能，也朝著真空化智能化的方向發展著。例如制動液、冷卻液或是空調冷媒等加注設備的抽真空加注、自動檢測與自動定量加注等功能能夠集成一體，從而更好地實現油液二合一的集成加注生產工藝。

2.4 力矩控制智能化生產

高精度電動擰緊設備是實現力矩控制智能化的基礎，也是在進行例句擰緊過程中較常使用的機械設備。現階段汽車總裝工藝過程當中，常使用的擰緊技術發生了改變，不再沿用通常的扭矩法，而是利用更加新穎的扭矩加轉角法或是屈服強度法進行力矩擰緊工藝；在力矩擰緊設備使用的過程中，不在以控制力矩的間接辦法控制擰緊質量，而是直接控制預緊力從而保證擰緊質量，同時直接控制預緊力還能夠實現在線動態的監測與控制力矩，更好地保證擰緊質量；其次，在力矩擰緊工藝過程中，能夠借助工廠聯網形成力矩數據化的網絡系統，真正實現實時地對擰緊質量進行監控、數據跟蹤儲存、數據分析與追溯等處理，從而有效提高制造過程中的CPK，實現SPC。除此之外，還可利用網絡化通信模塊，結合單片機控制器，完成信息數據的交互與傳輸，并將二者有效結合生成一體化的智能網絡裝配控制模塊，加強力矩裝配的控制。

2.5 柔性化工裝生產

在汽車總裝工藝的整體工序當中，受到裝配空間范圍或是零附件復雜程度的影響，在部分裝配工序當中，使得相關裝配人員的作業姿勢不規范，裝配人機性較差。因此，需要通過自動化機械設備代替人工裝配，同時借助柔性化工裝生產，提高部分工裝及作業的人機性。具體案例如下：

在汽車總裝工藝中，由于底盤線下車體的附件裝配空間狹小，相關零部件的裝配技術復雜，因此需要裝配人員下蹲或身體彎曲才可進行裝配操作，然而下蹲或身體彎曲則是不良的作業動作，因此在底盤線下車體附件裝配的過程中，可借助吊車設備進行人機性的裝配設計，也就是在進行下車體附件裝配的過程中，使用C 型吊具，將車身調高至一定的高度，方便裝配人員利用最佳姿勢進行正常的裝配操作。

在裝配內飾線時，受到車內空間狹小的影響，裝配人員無法正常地完成裝配工作。如在進行車艙內線束裝配工序時，裝配人員的位置與車身懸掛高度不相符，導致裝配人員需要下蹲或是彎曲身體才可完成裝配作業。因此，可以借助Z 向高度柔性可調的車身托盤輔助艙內線束的裝配，利用車身托盤調整車身的定位高度，便于裝配人員完成站立式裝配，減少因為裝配姿勢不規范所導致的裝配問題發生。

2.6 SPS 物流

大部分汽車總裝廠都會進行多車型的混線生產，因此導致裝配廠內物料儲存空間不足，或是物料種類繁多，影響到汽車總裝工序的柔性化及物流運送效率。因此，可以采用SPS 物流形式，也就是利用隨行配料系統優化配料的柔性化與物流運送效率。隨行配料系統主要指的是一種能夠完成單量份項生產線的準時化配送物流方式，在配送的過程中，能夠將減料與裝配工序相區分，使得汽車裝配作業更加專業化與模塊化，削減員工的不必要操作，有效防止總裝裝配性出現錯裝或漏裝問題，提高裝配質量與效率。除此之外，隨車物料投放的物料投放方式能夠減少總裝工藝線旁堆放物料過多的問題，有效優化汽車裝配廠內的空間，并能夠借助AGV小車運輸替代人工物流，準時高效地完成多車型混線物流配送工作。

3 汽車總裝工藝中的同步工程

3.1 裝配仿真分析

裝配仿真技術能夠為汽車總裝工藝的設計與制造提供有力的輔助功能，如進行可裝配性驗證或是完成裝配工藝的規劃、分析汽車總裝工藝裝配操作的培訓與指導，并對汽車總裝的整體過程進行演示，從而在設計階段發現汽車總裝過程中存在的問題，并提出有效的解決辦法，提高汽車總裝效率與質量。裝配仿真分析主要是對汽車總裝生產線的操作進行仿真，并將生產線涉及的各項要素包括工件、機器設備及工裝操作等，在三維環境中進行模擬。從而更好地對生產線的各項操作、動作及狀態進行仿真分析，為汽車總裝工藝涉及的裝配與拆卸過程提供參考，并生成科學合理的作業指導書。

3.2 IE 工程

IE 工程可以利用仿真分析軟件對汽車總裝工藝的工時進行分析，并且在產品設計的過程中，有效結合汽車產品生產線的實際情況，對不同的裝配工序及對應的人工裝配工時與作業強度進行深入分析，從而為后續各個裝配工藝的工時分配提供幫助，更好地優化汽車裝配工序流程與內容，縮短個工作人員的工作壓力，提高不同生產線上的工時平衡性。

3.3 數據化工廠

數據化工廠可以令汽車總裝工藝流程更加合理化，例如利用虛擬仿真技術，對各個生產工藝流程進行虛擬設定與驗證，并通過數字工廠的功能完成汽車總裝工藝流程的規劃與完善，及時發現生產過程中存在的不足與問題隱患，保證汽車總裝工藝的生產流程更加科學、經濟與合理，從而有效地降低汽車生產的主線長度，節約資源與成本的消耗。

4 汽車總裝工藝技術的應用

4.1 自動化技術應用

在經濟發展及成本提高的影響下，若能在汽車總裝生產過程中有效應用自動化生產技術，則可緩解裝配人員的作業壓力，并節約大量的生產物力資源，為裝配廠降低生產成本，提高裝配效率。同時，自動化技術還可優化產品生產結構，并提高產品的功能屬性，促進汽車整體制造的品質發展。如在進行擋風玻璃涂膠工作時，建筑機器人設備實現的自動化生產技術，不僅可以很好地解決因操作人員操作不當出現的斷膠問題，還可確保擋風玻璃涂膠的質量與可靠性，保證汽車的整體封閉程度，在強化工作效率的同時節約生產時間，更好地優化汽車總裝工藝流程。除此之外，在自動化技術的影響之下，汽車總裝工藝還會使用機械手進一步優化人工操作出現的不足，并且能夠利用定位、檢測或是測量等功能，保證各項裝配工藝正確無誤，在減少工人勞動壓力的同時，提高汽車的裝配質量。

4.2 模塊化技術應用

模塊化技術應用在汽車裝配的過程中，可以有效提高不同類型汽車之間通用零件的使用效率，但在模塊化技術的應用過程中，需要隨著汽車產品的優化過程不斷更新模塊化技術內容，從而使得模塊化技術更好地輔助汽車總裝工藝，有效縮減汽車裝配的時間與周期，保證裝配工作的效率。

5 汽車總裝技術的發展趨勢

5.1 模塊化裝配

模塊化裝配是汽車總裝工藝技術中最常見的裝配方式，但是由于裝配廠中生產的品牌汽車結構上存在著差異，因此對應的模塊化裝配程度大致不同，常見的模塊化裝配內容包括有汽車儀表、車門、底盤以及動力總成等部分。模塊化裝配能夠優化各項生產工序并實現并行裝配的目標，因此，現階段存在大部分廠家會將模塊化的裝配內容外包外做，也就是通過采購模塊化產品的方式完成模塊化生產，在后期若是引入其他車型，模塊化生產也能夠完成相應的適應性改造，從而提高汽車總裝工藝技術的經濟與便捷。

5.2 自動化裝配

自動化裝配也是汽車總裝工藝技術的發展趨勢之一，在現階段能夠有效借助機械設備完成自動化裝配，在未來仍有可能實現更多的自動化裝備生產，從而提高汽車總裝工藝的柔性。自動化裝配系統能夠實現自動送料，并將機器人系統、視覺識別技術、超聲波系統、計算機系統進行綜合集成，在實現自動化裝配的過程中，大幅度地減少工人工作強度，提高裝配工藝的效率質量。但是，自動化裝配生產技術成本較高，還未在我國大范圍的普遍使用，僅在部分地區的龍頭企業內部進行少量應用，對于自動化裝配生產技術的未來而言，若能夠有效降低技術的應用成本，該技術定時汽車總裝工藝技術未來的主要發展方向。

5.3 虛擬化裝配

虛擬化裝配技術主要是利用計算機實現虛擬模擬的生產過程，在汽車總裝過程中，能夠將CAD、CAPP、CAM 進行集成，從而對汽車零部件的裝配進行數據化模擬，更好地對裝配模塊進行拆分，制定合理的裝配工序，選取高效的裝配工具，從而實現汽車總裝的數據化管理過程。除此之外，虛擬化裝配生產還可實現整車數據管理，利用產品數據管理方法，進一步獲取產品設計的結構、裝配數據，為后續所進行的虛擬化分析奠定基礎。之后通過拆分裝配的模塊，對汽車裝配工序、使用的裝配工具與設備技術要求進行明確，再進一步底對總裝工藝流水進行平衡，綜合分配各個崗位的工作量，有效提高裝配效率，降低生產成本。虛擬化裝配是汽車總裝工藝精益求精發展的產物，能夠為汽車裝配工藝帶來不可估量的回報，在后續發展過程中，虛擬化裝配定是技術發展熱點。

6 結束語

在汽車市場競爭日益激烈的背景之下，消費者的汽車消費觀念也在不斷成熟，對于汽車各大生產廠家而言，提高生產效率、降低汽車制造成本是解決發展問題的關鍵，因此汽車生產廠家需要加強汽車裝配生產線的柔性發展，降低汽車裝配過程中消耗的生產成本，從而獲取更多的經濟回報。在此之中，汽車生產廠家應該綜合分析汽車總裝工藝技術，并將自動化裝配、化化裝配以及虛擬化裝配生產技術熟練應用，從而更好地適應汽車市場的發展與需求變化，盡可能地壓縮生產成本，提高生產效率，滿足不同消費者的產品需求，一步步壯大自身的綜合競爭實力，并從激烈的市場競爭當中脫穎而出。