柔性混流裝配線在智能工廠中的研究與應用

摘 要：汽車行業智能工廠的建設成為必然趨勢，實現精益制造，滿足智能化、高效率、高柔性的要求，設計具有承載與非承載車型混流生產的汽車制造車間。依據承載與非承載車型不同的工藝特性，運用自動分合流、智能物流等技術，設計了承載與非承載柔性混流裝配的工藝方案，首先裝配工藝相近的車體內飾共線裝配，然后兩種車型自動分流輸送至各自的底盤線，分別完成裝配工藝完全不同的底盤裝配后，再自動合流共線進行底盤內飾和整車裝配，并確保分、合流時的順序完全一致。同時，導入QRQC質量停線管理、重保重要管理、力矩防呆管理，設備故障報警管理等系統，具有信息化程度高、生產效率高、質量穩定、生產成本低等特點，實現了車輛的智能化生產，對傳統汽車裝配工藝進行了技術創新。該項目的技術特點是可以滿足小批量、多品種車型柔性化、定制化客戶訂單生產需求，真正實現智能化制造，打造智能工廠。

關鍵詞：智能制造 智能化 混流 分合流技術 柔性化 定制化

1 緒論

汽車行業智能制造轉型升級加快，智能工廠成為行業發展必然趨勢。隨著我國汽車行業步入穩增長階段，汽車產能布局受到國家嚴控，市場客戶需求越來越專業化和細分化，同時皮卡類車型限制的放開，非承載式車身的皮卡和越野型SUV的需求成逐步上升趨勢，研究一條能夠生產承載與非承載兩種車型柔性化、智能化、精益化混流生產線，具有較高的社會價值。現代汽車制造智能工廠的建設，是提升產品競爭力的保證，從產品智能化，向制造精益化、到服務數字化等各個環節，都是智能工廠的達成要件。該研究項目的技術特點是在線采用自動化、柔性化、機電一體技術，實現了承載和非承載車型共線生產需求，設定一定的車型混流比例，滿足生產效率最大化，并最大化數字化應用，活用工藝設備及生產人員，降低制造成本，對汽車傳統裝配生產線進行了技術創新，導入信息化系統，進行數字化轉型升級，實現客戶定制化訂單生產。

2 設計思路及關鍵技術

2.1 設計思路

采用智能制造工廠中柔性生產線的設計與優化理念，通過分析柔性生產線的概念和特點，設計車型共線分流與合流的柔性技術，對于提高生產效率，降低生產成本和適應市場需求變化做到了快速響應，從面適應現代汽車智能制造的轉型升級需求，及汽車市場的競爭和挑戰。

依據智能制造智能化、自動化、信息化等生產要件，結合公司產品特點，設計柔性裝配線。公司車型有承載式車身車型和非承載式車身車型，根據未來幾年的兩種車型規劃產量，設計一條生產能力為JPH30的承載與非承載混流柔性化生產裝配線，設定為承載式車身與8f4611efb5752967b55e09f196d3bcdf非承載式車身混流比例為2：1～1：5之間，根據兩種車型裝配工藝的特性，設計內飾裝配線共線生產，而后分流進行兩種車型底盤裝配，完成承載與非承載車型的底盤裝配后，進行合流，實現底盤內飾作業、最終裝配作業、商品化檢查作業，檢測線作業等合流共線生產。通過信息化系統，實現定制化、柔性化、智能化生產。

2.2 生產工藝流程

根據承載與非承載車型的產品特點，設計工藝流程，詳見圖1。

2.3 關鍵技術

2.3.1 柔性快速切換技術

為滿足線體承載與非承載不同車型的快速切換，設計分流降機，根據不同的混流生產比例，承載與非承載車型比例：2：1～1：5，設計了最優的線體輸送長度及路徑，通過RFID自動識別車型系統，采集車型信息，識別出承載車型或非承載車型，車型信息輸送給線體工控機，驅動利用滑板AGV輸送、升降機轉載、吊具輸送等技術實現自動化分、合流，以滿足不同車型按照不同生產比例進行生產運行的需求，車型切換不需要等待，實現線體的最大柔性化，生產效率最大化。

2.3.2 智能生產管理系統

導入日產先進的CAS訂單管理系統及NX-AUTO工程管理系統，前者實現客戶從訂單開始，每輛訂單車從下單，到物資訂貨、到貨、配貨、生產過程、交車入庫等環節，可追蹤管理，實現與客戶同期的生產理念，后者對從焊接、涂裝、總裝、到檢測、入庫整個車輛制造過程智能化管理，通過線體大量運用RFID設備自動識別技術，對車輛生產裝配進線前的排序、部品的物料配送、生產線的自動化輸送和裝配等信息的傳遞。該系統能夠最大化縮短車輛生產周期，車輛實現讓客戶可視化感知生產過程，質量放心、交期放心，做到1對1的交車服務。

2.3.3 質量在線監控管理系統

對裝配作業中的重保項、重要項等關鍵裝配技術標準錄入系統中，在作業過程中，對于沒有達到標準要求的作業，系統報警直至生產線停止運行，確保產品質量。同時，對車型及其裝配信息，也存貯于系統中，以備后期問題追溯。采用裝配螺栓扭矩管理系統，輸入產品合格規格標準，生產過程中當扭矩出現超出范圍時，設備報警系統會發出報警聲，線體自動停線，方便作業人員快速處理不良品，可以有效防止不良品流入下道工序。

生產管理人員可以從系統的數據中實時監控生產過程中發生的各類品質、設備、物料、作業等影響正常生產的信息，第一時間到達現場進行排除問題，以提升車間的管理水平和生產效率。

2.3.4 智能物流系統

智能工廠要求物流的智能化，不管是零部件、整車、原輔材料等從進廠到出廠的各個環節，都納入系統管理。合理的工廠布局，優化的物流路線，實現一次物流距離最短，二次物流最大化實現無人化。廠內物流方面，現生產車型零部件多達四千多種，為避免錯、漏裝等問題發生，導入裝配零件防呆分揀系統，該系統依據車型生產順序及信息，按順序點亮料架上的分揀指示點，提示作業員分揀物料，實現中小零件100%KIT化率。廠外物流方面，采用在線監控系統，可視化零部件、整車運輸過程，有效提升物流效率，提升客戶滿意度。同時，為降低物流成本，采取in/on-site、同步供貨等先進供貨模式，最大化實現模塊化裝配，降低成本，提升裝配質量。

2.3.5 重要設備監控系統

該系統實時監控生產線體上各類關鍵設備，并將設備關鍵參數實時傳遞到車間保全班組，并以圖形顯示當前生產狀況、設備運行狀況等，發生故障進行報警，及時到現場予以排除，減少對生產造成的影響。

2.4 技術創新點

2.4.1 承載與非承載式車身車型混流生產線

學習日產設計標準，進行承載與非承載兩種車型的混流生產，在一定比例下實現柔性化生產彈性，內飾線和內飾底盤線共線設計，采用大滑板AGV無接觸供電模式，底盤線承載與非承載分開設計，利用工管系統設備自動識別車型，保證分合流時順序不變，商品化線與檢測線共線設計。為解決空中輸送線交叉問題，我們創新設計了智能化AGV牽引滑摩擦輸送系統。此AGV可雙向運行，整體高度只有260mm；牽引力高達5T，最高時速可達每分鐘38米，滑板線間均用此AGV地面轉接，無設備基坑，線體柔性好，安裝周期短，以后能力增強改造簡單，并解決了空中輸送設備交叉問題。此項設計為國內首創。

2.4.2 車架分裝總成轉載與自動翻轉一體化設計

為解決非承載式車身車型車架分裝總成的翻轉及向底盤線的空中轉接，我們開發研制了集車架分裝總成翻轉及空中轉接于一體的轉接翻轉機構，并可實現自動識別適應多種不同規格的車架轉載，同時進一步提升了動作精度。該機構為國內總裝工廠首次使用。

如圖2，此機構包括升降機、車架分裝總成夾具、翻轉機構及電控系統。車架到位后，升降機滑架下降到位后，觸發下到位開關，伺服電缸接收到位信號，帶動裝在線性滑軌上的夾具夾緊車架，然后滑架上行到安全高度，并觸發翻轉開關，翻轉電機帶動設置于旋轉軸上的夾具及車架分裝總成一起旋轉到180°時，觸發翻轉到位開關停止翻轉，滑架繼續上行到上止點并觸發上到位開關，滑架停止上行，氣缸推動空中吊具閉合，把車架分裝總成轉接到空中吊具中，完成車架分裝總成空中翻轉及轉接。

2.4.3 轉接升降機與隨行機構一體化設計

把升降機的托架通過線性滑軌設置在升降機的滑架上，托架本來就可隨滑架上下移動，同時，由于托架用線性滑軌與升降機滑架裝在一起，也可進行水平方向的滑移。在生產線運行中，對射開關掃描到裝在板帶上工位定位塊，壓緊氣缸通過連桿把托架與板帶上的定位塊緊壓在一起，使得托架能可靠與輸送板帶同步運行，在同步運行中，滑架下行，把車架分裝總成放置于輸送板帶上。其結構簡單，故障少，投資少，運行成本低。

2.4.4 智能化整車天窗及前風擋玻璃裝配機構

為提高作業效率，保證裝配質量，減輕勞動強度，我們設計制作了天窗面差調整裝置和前風擋玻璃飾條壓入工裝，實現車輛自動調整。

面差調整裝置通過與主線聯動，實時接收主線速度信號，做到該裝置與主線同步運行，同時，還具有在線作業環境下的預警及緊急停止功能，以保證作業人員的安全，解決了在線體運行狀態下作業困難的問題，提高作業效率，減輕作業強度，最大限度減小天窗面差調整對人員技能的依賴程度，調整品質通過工裝可靠保證。

汽車前風擋玻璃飾條壓入裝置，包括矩形斷面的壓入條本體，此本體左端面開設有拱形壓槽，其右端上方設置有壓片，右端底部設置有向內彎曲的彎鉤，壓片內端的壓入條本體右端頂部開設有弧形凹槽，其結構簡單、使用方便、維護成本低，大幅改善裝配質量，提高了作業效率。

2.4.5 客戶定制化生產訂單系統

公司產品的特點是多品種、小批量、定制化、行業化、專用化等生產，一條混流柔性化的智能裝配線體可以最大化的滿足客戶定制化的要求，從客戶下訂單，通過CAS系統，工程管理系統，重保重要品質系統等實現訂單評審，零件采購，生產排產、質量管控等環節，快速的使客戶要求反映到生產線體上，實現全價值鏈的智能化生產，并縮短交車周期，提高了客戶滿意度。

3 結語

本設計研究從“工業4.0、智能制造、互聯網+”等理念出發，遵循智能化、數字化設計思路，最大化實現生產自動化、精益化、模快化、標準化。為當代汽車行業產品多樣性、生產靈活性類的企業提供打造智能工廠的技術路線。

本項目開發設計了承載式車身車型與非承載式車身車型混線生產柔性化裝配線，先共線進行車體內飾裝配，而后兩種車型分流輸送進行底盤裝配，再合流完成底盤內飾及整車裝配。此外，在該生產線中，滑板輸送線線體間采用AGV自動轉接，車架分裝總成通過升降機轉接到空中輸送線，完成空中翻轉及轉接。開創了國內汽車行業的技術先例，具備國內領先，國際先進的技術水平，通過第三方機構鑒定，具備廣闊的應用前景和推廣價值，通過與設計公司合作，已在國內外主要汽車廠家應用實施。

項目實施后，主機廠累計節約生產線投資1億元以上，及時對應客戶訂單，提升了客戶滿意度，提升了產品競爭力，創造了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]國務院.中國制造2025[國發〔2015〕28號][Z].2015-5-19.

[2]梁乃明.工業4.0實戰：裝備制造業數字化之道[M].北京：機械工業出版社，2015.

[3]歐陽生.精益智能制造[M].北京：機械工業出版社，2018.

[4]趙雅蕓，馬繼晶.善于智能制造中機電一體技術的應用[J].電子測試，2022（08）.

[5]郎咸浦.智能制造工廠的柔性生產線設計與優化[J].大眾文摘，2022（26）：0157-0158.