淺析樣車試制柔性制造技術裝備的開發與應用

張惠立

摘 要：本文屬于汽車制造技術領域，基于在樣車試制柔性制造技術裝備的開發及應用。通過舉證一批樣車試制的自動化柔性制造裝備、自動化柔性測量裝備、柔性工裝夾具裝備、柔性吊運裝備等的開發工作經驗，分析在樣車試制的工藝、方法、工裝、工具、運輸及自動化等方面如何進行柔性制造技術裝備的開發研究，構建一整套完全自主開發的高精度、標準化、模塊化、柔性化、智能化的新產品樣車柔性制造技術裝備體系，幫助車企縮短新產品汽車研發周期，提升汽車樣車試制的制造品質。

關鍵詞：樣車試制 柔性制造 技術裝備

Development and application of flexible manufacturing equipment for trial production of sample vehicle

Zhang Huili

Abstract：This paper belongs to the field of automobile manufacturing technology， based on the development and application of flexible manufacturing technology equipment in the trial production of sample vehicles.Through the demonstration of a batch of sample vehicle trial production of automatic flexible manufacturing equipment， automatic flexible measuring equipment， flexible fixture equipment， flexible lifting equipment and other development work experience， analysis in the sample vehicle trial production process， methods， tooling， tools， transportation and automation and other aspects of the development of flexible manufacturing technology equipment.A complete set of high-precision， standardized， modular， flexible and intelligent flexible manufacturing technology and equipment system for new product sample vehicles has been built independently to help automobile enterprises shorten the research and development cycle of new products and improve the manufacturing quality of trial production of automobile sample vehicles.

Key words：Prototype car trial production; Flexible manufacturing; Technical equipment．

1 引言

隨著汽車產業的高速發展，中國汽車進入4.0時代[1]，新產品汽車快速更新疊代，汽車品質要求更高更好，汽車的研發周期更短更快，一個全新車型的研發周期從VPI到 SORP（Start of Regular Production）是24～36個月[2]，而新產品樣車試制又是新產品汽車研發一個重要環節，對新產品汽車研發周期的長短和汽車制造產品質量影響極大。我國的新產品樣車試制研發技術起步較晚，自主品牌企業、合資品牌企業本地化的試制能力仍然偏弱[3]，樣車試制技術比較落后，缺乏相應的快速制造和柔性制造的工藝、方法、標準、夾具、工具及裝備，從而導致新產品樣車試制開發周期過長、成本較高，樣車的制造精度和可靠性不高，削弱產品競爭力。

本文基于在樣車試制柔性制造技術裝備的開發及應用，通過舉證一批樣車試制的自動化柔性制造裝備、自動化柔性測量裝備、柔性工裝夾具裝備、柔性吊運裝備等的開發工作經驗，分析在樣車試制的工藝、方法、工裝、工具、運輸及自動化等方面如何進行柔性制造技術裝備的開發研究，從而構建一整套完全自主開發的高精度、標準化、模塊化、柔性化、智能化的新產品樣車柔性制造技術裝備體系，幫助車企縮短新產品汽車研發周期，提升汽車樣車試制的制造品質。

下文是結合某汽車公司試制中心多年來在樣車試制柔性制造技術方面的開發應用作出的分析和總結，重點分為四個方面：

2 樣車制造自動化柔性技術裝備開發與應用

創新研發一種樣車車身試制的自動化制造技術，解決了樣車車身試制無法實現自動化和平臺化生產的技術難題。將機器人自動焊接技術、NC柔性定位技術、AGV靈活運輸技術、工裝抓手高柔性集成技術、在線質量監測技術等核心技術應用于樣車車身試制，解決樣車車身試制無法實現自動化和平臺化生產的技術難題，使樣車車身試制實現自動化、平臺化、模塊化、數字化、柔性化，提升樣車試制的制造質量和制造效率。

案例一，樣車試制開發一種樣車車身總拼自動化柔性焊接工作島技術，改變原有的車身制造生產流水線模式，以一個個焊接工作島為制造單元，通過AGV小車按訂單需求靈活機動運輸串聯，形成一種以用戶訂單需求為導向，可靈活多種組合的樣車試制焊接工作島生產模式。與流水線模式生產相比，島式布局的生產線物料不必走固定的生產線路，使得生產更加柔性化，更加適應個性化、 定制化的市場需求[4]。該技術發明首創將機器人自動焊接技術、NC柔性定位技術、AGV靈活運輸技術、高柔性工裝集成抓手技術、在線質量監測技術等相關技術集成用于樣車車身試制工作。通過巧妙設計和工藝布局，在工作站兩側增設15米的機器人第七軸，提高機器人移動距離和活動范圍，將量產線的8個總拼工位優化集成為2個總拼柔性焊接工位，減少機器人使用數量12臺，減少NC定位單元使用數量24套。通過使用AGV靈活運輸方式替代傳統固定傳送鏈運輸方式，實現多工作站制造單元的多種自由組合生產線模式，以滿足用戶訂單需求。使用機器人焊接代替人工焊接，將樣車車身焊點質量合格率從90%提升至99.8%以上。該技術開發應用見圖1。

案例二：創新發明一種籠式汽車車身總拼柔性焊接工裝夾具技術。通過該技術發明將上車體常規需要左側圍定位抓手、右側圍定位抓手、頂蓋定位抓手、前橫梁定位抓手、后橫梁定位抓手、下安裝板定位抓手、尾端板定位抓手共7套定位抓手優化集成為左側圍定位抓手、右側圍定位抓手、頂蓋定位抓手、尾端板定位抓手共4套，其它3套抓手全部優化集成到這4套抓手上，減少定位抓手數量3套，減少鋼平臺數量4套。優化后的4套抓手通過一種精密的銷孔配合及氣缸鎖緊，分別安裝在龍門鋼立柱定位平臺上，4套抓手之間也同時相互作用鎖緊，從而形成一種牢固穩定的籠式車身總拼焊接工裝，通過更換抓手適應不同車型的生產需求，實現柔性化。該技術發明使樣車CMM三坐標合格率從78%提升至92%以上，提升樣車制造質量。該技術開發應用見圖2。

案例三：創新開發一種樣車改制的多功能柔性平臺技術。首創開發高精度大尺寸柔性平臺底板用于樣車改制，底板的尺寸為2800mmX5800mm，平面度為0.02mm，在底板上交叉均布有定位孔（∮10）和螺紋孔（M8），它們的間距為100mm，位置精度高達±0.01mm，利用這些定位孔和螺紋孔在平臺底板上需要的位置安裝6套可滑移的工作滑臺組件，6套工作滑臺組件通過導軌滑移使其上面的焊接夾具實現在X（長度）、Y（寬度）、Z（高度）三個方向的位置移動，滑臺組件的移動定位精度達到±0.2mm，從而解決傳統樣車改制因不同白車身和零件改制方案而無法通過拼裝夾具精確定位問題，極大的節約以往不同平臺車型改制的設計及制造的成本和效率，實現樣車改制精確化、平臺化，實現全整車系全尺寸、全方位的樣車改制。該技術開發應用見圖3。

3 樣車制造測量技術裝備開發與應用

創新開發樣車車身及零部件的高精度高柔性測量裝備技術，自主研發一批高精度的自動化測量裝備和高柔性定位工裝，使樣車白車身及零部件的測量工作實現自動化、高精化、標準化、簡單化、高效化，總結了一套樣車試制的測量方法和標準，構建一套新的樣車試制測量體系。創新使用PLC電控程序模塊控制，將機器人控制系統、藍光檢測設備控制系統與工裝柔性定位控制系統三者串聯集成，形成有機結合和控制，解決了測量裝備的自動化和柔性化問題。 基于高柔性高精度測量裝備的開發與應用，創新構建了一套樣車試制的測量方法和標準，使樣車試制測量體系達到CNAS試驗體系和質量體系的要求。

案例一：創新研發自動化藍光掃描測量裝備技術，突破國外對自動化藍光掃描測量裝備的技術封鎖。藍光掃描測量系統采用非接觸光學測量原理，通過光柵投影的方式實現點云獲取，真實還原物體的豐富表面細節[5] [6]。目前國內自動化藍光掃描測量裝備基本上都是進口國外成套測量設備，投入成本較高，自動化藍光掃描測量裝備控制程序的核心技術仍然掌握在國外制造商手中。本技術開發是將原有手動藍光掃描測量裝備升級為自動化藍光掃描測量裝備，通過加入機器人、柔性定位工裝，通過PLC電控模塊編程控制，使機器人控制系統、藍光檢測設備控制系統與工裝定位控制系統三者形成有機協作及控制，實現了藍光掃描測量裝備的自動化，提升藍光掃描測量裝備的測量精度和測量效率，擴大測量能力，滿足更多樣車、樣件的測量需要，縮短樣車試制的開發周期，節約資金200萬元，創建了樣車試制的測量方法和標準16份，測量操作流程5份，構建一套樣車試制測量工作體系。該技術開發應用見圖4。

案例二：創新開發一種三坐標測量柔性定位夾具，解決目前國內大部份三坐標測量定位夾具屬于專用定位夾具而無法柔性化，造成專用測量定位夾具數量和品種過多的問題，使新產品樣車研發成本居高。本發明一種三坐標測量柔性定位夾具技術，設計開發了一套車身和零部件三坐標測高精度基準水平底板，4套高柔性測量定位單元，底板和定位單元都設計有標準的銷孔和螺紋孔，便于拆裝靈活組合，類似積木的結構方式，在XYZ三個方向均有較大的可調性，實現高度柔性，增大測量空間，增大定位系統對車型的兼容性，滿足不同車型、不同零件快速安裝、定位和三坐標測量的需求，提高樣車試制三坐標測量效率，縮短樣車試制的開發周期。該技術開發應用見圖5。

4 樣車制造柔性工裝夾具開發與應用

創新設計開發高智能高柔性的樣車試制工裝裝備技術，通過這些高智能高柔性的制造裝備，解決樣車試制工裝夾具的快速就位、快速安裝和快速切換，實現定位機構和夾緊機構的高柔性、通用性、互換性，從而滿足不同車型、不同零件的試制策略和改制方案，提高樣車試制的制造效率。

案例一：研發一種前輪罩板測量定位夾具裝備技術，實現夾具與量具的有機結合，該技術發明為國內首創。傳統常規夾具基本只有夾持功能沒有測量功能，而量具只有測量功能又沒有夾持功能。該技術發明是利用同軸的原理，制造兩套可以用于定位夾緊前懸安裝板的定位夾緊組件，其中一套定位夾緊組件固定夾緊在原車前輪罩前懸安裝板上作基準，在其固定基準板的中心軸向安裝導軌立柱，導軌立柱中間軸與前懸總成的中心軸一致，導軌立柱一面中間槽設計安裝主刻度尺，其每格為1mm，另一套定位夾緊組件在套入導軌立柱定位夾緊另一前懸安裝板后，可沿軸向移動，在該套定位夾緊組件的基準板上設計安裝一塊副刻度尺，其每格為0.98mm，與導軌立柱主刻度尺配合使用，組成一把千分尺，測量精度達到0.02mm，通用配合可直接讀取移動數據，當該定位夾緊組件與前懸安裝板達到目標值時進行鎖緊固定，即可進行改制焊合。本技術裝備使樣車前輪罩板改制效率提高了15倍，縮短樣車試 制的研發周期。該技術開發應用見圖6。

案例二：研發一種柔性旋轉定位夾具。本技術發明是在原有定位夾具單元基礎上優化改進，在原有定位夾具單元底部設計增加一個旋轉機構，使定位夾具可180度旋轉使用，實現工裝夾具不同角度的定位夾緊。同時支基改進設計為可變距支基，實現定位夾具高度方向可調，提升定位夾具的柔性能力。解決傳統普通的定位夾具不能旋轉，無法適應不同角度的定位夾緊，高度方向固定無法調節，柔性能力差的問題。該技術開發應用見圖7。

案例三：研發一種樣車車身補焊柔性定位裝置技術，創新將輸送小車與定位工裝合二為一，實現定位工裝和輸送裝備的功能兼容及柔性，解決下車體總成和白車身總成在補焊工位焊接時沒有定位銷定位基準問題。本技術發明通過在傳統的運輸小車上增加定位工裝，同時設計該定位工裝可進行X向（長度方向）和Z向（高度方向）調節，這樣該裝備可同時滿足運輸和工裝定位的需求。相對于原有裝備技術，輸送小車和定位工裝只是兩套獨立裝備，不具有關聯性，只能單獨使用，此技術發明沖破傳統觀念的束縛，創新將輸送小車與定位工裝進行有機結合，提升樣車試制裝備的柔性能力。該技術開發應用見圖8。

5 樣車制造柔性吊運裝備開發與應用

研發適用多車型的柔性吊具裝備技術，實現吊具柔性化，解決不同車型下車體總成、側圍總成的吊運問題。傳統吊具只能吊運某種車型的總成，吊具專用，無法兼容性無法柔性。

案例：開發一種多功能側圍總成吊具，設計原理主要是將吊裝鉤和抓取裝置設計為可在X向（長度方向）和Y向（寬度方向）可移動調節，吊具懸掛點可根據重心點調節，滿足不同車型需求，實現吊具柔性功能。另外側圍吊具還設計有氣動翻轉功能，同時滿足了側圍上下料和吊運需求。

6 結束語

上述案例中的樣車試制柔性制造技術裝備已在某汽車公司新產品研發項目的樣車樣件試制過程中得到充分的驗證和應用，為其新產品研發的順利完成起到很大促進作用，增收節支，助力公司的生產銷售經營，使其繼續保持行業領先地位。由于時間倉促以及收集的局限性，本文只對部份樣車試制的自動化柔性制造技術裝備、柔性測量技術裝備、柔性工裝夾具、柔性吊運裝備進行了分析和總結，對于樣車試制柔性制造技術裝備還有許多其它的技術裝備，如樣件柔性模具制造技術裝備、物料存放柔性技術裝備等。后續研究者可以進行更深入的研究和完善，共同促進中國汽車行業新產品樣車試制柔性制造技術裝備的開發，有力地推動中國汽車工業新產品樣車試制柔性制造技術裝備的科學技術進步。

參考文獻：

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