蘭德洪

關(guān)鍵詞：汽車總裝；工藝技術(shù)；應(yīng)用趨勢

0 前言

我國汽車市場正向國際化、個性化及多樣化方向發(fā)展，消費者對汽車產(chǎn)品的需求也逐漸多元化。在此背景下，傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)工藝存在局限性，難以滿足現(xiàn)行汽車生產(chǎn)的高效、高質(zhì)量及低成本要求。因此，對汽車總裝工藝技術(shù)應(yīng)用趨勢進行研究，對于提高汽車市場認知度，加強相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)效率都有著一定價值和重要意義。

1 汽車總裝工藝技術(shù)發(fā)展歷程

自第二次工業(yè)革命后，汽車逐步取代了傳統(tǒng)車具和人工載具，成為使用規(guī)模最廣、應(yīng)用普及度最高的交通工具。隨著生產(chǎn)力與生產(chǎn)需求的不斷提高，如何在短時間內(nèi)完成汽車的裝配工作已成為汽車制造業(yè)首要關(guān)注的問題，研究者對此也展開了深入研究。最開始的汽車總裝工藝較為粗放，大多是經(jīng)生產(chǎn)線生產(chǎn)完畢后由人工進行裝配。隨著汽車車型的發(fā)展與部件類型的增加，汽車總裝工藝逐步發(fā)展為模塊化生產(chǎn)［1］。模塊化汽車總裝工藝能夠減少總裝工位線長度和裝配工時，裝配效率得到了有效提升，電子控制系統(tǒng)模塊與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊是此階段汽車總裝工藝的主要發(fā)展類型。由于人工成本及汽車制造技術(shù)多元發(fā)展的影響，汽車總裝工藝的自動化發(fā)展迅速，汽車總裝廠的自動化需求也日趨凸顯，此階段的汽車總裝工藝具有流水化生產(chǎn)的顯著特征，各部件的裝配越發(fā)呈現(xiàn)模塊化、機械化趨勢。此后，隨著裝配技術(shù)的進一步發(fā)展，汽車總裝工藝的真空化與智能化已然成為當今汽車總裝的主要發(fā)展方向，此階段的汽車總裝工藝主要分為以下幾部分：① 力矩控制智能化；② 柔性化工裝；③ 成套零件供應(yīng)（SPS）物流；④ 裝配仿真。

2 汽車總裝工藝技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2. 1 力矩控制智能化

汽車智能化總裝工藝技術(shù)中的力矩擰緊工作普遍采用高精度設(shè)備完成，通常采用扭矩法+轉(zhuǎn)角法的方式屈服裝配強度。該技術(shù)的實際應(yīng)用主要是以控制力矩的手段，實現(xiàn)間接控制擰緊質(zhì)量的目的，具有在線動態(tài)力矩監(jiān)控的顯著特性［2］。汽車裝配工程通過網(wǎng)絡(luò)手段實時監(jiān)控擰緊質(zhì)量與數(shù)據(jù)信息分析處理，以此進行智能統(tǒng)計的過程控制。該技術(shù)利用網(wǎng)絡(luò)化通信模塊與單片機控制器結(jié)合的方式完成信息交互。在汽車總裝中，電動擰緊裝備常用于擰緊力矩，隨著市場對汽車生產(chǎn)精準度要求的提升，電動擰緊裝備也開始向智能化、自動化的方向發(fā)展。當前，擰緊多采用扭矩加屈服強度或轉(zhuǎn)角的方式，偏向于通過控制力矩實現(xiàn)對擰緊質(zhì)量的控制，并將之轉(zhuǎn)化為直接控制預(yù)緊力，保證生產(chǎn)組裝的有效性。此外，智能數(shù)據(jù)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運用，使得工作人員能夠借助力矩數(shù)據(jù)系統(tǒng)對力矩擰緊裝備進行科學(xué)監(jiān)控，并將檢測數(shù)據(jù)上傳至云端展開整理與分析，提升了對力矩擰緊裝置的控制效果。

2. 2 柔性化工裝

目前的汽車總裝整體工序存在部分裝配空間狹小或零部件復(fù)雜的情況，容易出現(xiàn)裝配人員的非常規(guī)作業(yè)姿勢。為了解決此問題，越來越多的汽車裝配廠采用自動化機器人代替人工裝配，并采取柔性化設(shè)計提高工裝作業(yè)的人機性，具體案例包括：① 汽車底盤車體附件裝配往往出現(xiàn)人員身體彎曲等不良作業(yè)清理情況，現(xiàn)如今越來越多的汽車裝配廠采用可旋轉(zhuǎn)C 型鉗吊具矯正人員的作業(yè)姿態(tài)［3］。② 利用Z 向高度柔性的車身托盤對不同工位的車身定位加以控制，利用坐式機器手搭配智能系統(tǒng)的方式加強汽車總裝的智能化和自動化程度。

2. 3 SPS物流

目前，汽車總裝廠采取的生產(chǎn)模式為多車型混線生產(chǎn)，由于儲料空間和物料種類的限制，導(dǎo)致汽車總裝效率與物流效率不甚理想。因此，現(xiàn)階段汽車總裝廠主要采取SPS 物流形式進行物料配送。該物流方式通過將汽車裝配與物料揀取分開作業(yè)的形式提升了運輸效率，利用智能模塊減少非增值操作，有效避免了總裝裝配的錯漏問題，有效提升了汽車裝配質(zhì)量。同時，由于SPS 物流主要以智能技術(shù)為依托，汽車物料的投放更趨向于自動化、智能化，且采用自動導(dǎo)向車（AGV）車型代替人工物流操作，是現(xiàn)階段汽車總裝過程普遍采用的物流方式。

2. 4 裝配仿真

隨著智能技術(shù)的進一步發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)及建筑信息模型（BIM）技術(shù)的高仿真能力在汽車總裝領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，汽車總裝的同步工程在開發(fā)初期階段，就開始對設(shè)備的可操作性、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)裝配性等方面進行虛擬仿真分析，因此能夠在設(shè)計的事前階段發(fā)現(xiàn)和解決裝配工藝問題。相關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)設(shè)計利用3D 仿真分析軟件的工時分析模塊對裝配設(shè)備的裝配工時及裝配工序?qū)崿F(xiàn)了優(yōu)化分配。隨著仿真技術(shù)的進一步發(fā)展，虛擬化裝配的應(yīng)用越發(fā)普及，開始偏向于借助計算機模擬生產(chǎn)過程，能夠有效降低汽車裝配的出錯率。該技術(shù)集成了計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）和計算機輔助設(shè)計（CAD），能夠?qū)崿F(xiàn)對零部件裝配的數(shù)據(jù)化模擬，提升裝配模塊拆分的合理性。此外，虛擬化裝配技術(shù)還能將裝配生產(chǎn)信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)進行管理，進一步平衡總裝工藝流水，合理分配各崗位工作量，實現(xiàn)工作效率的進一步提升。整體而言，虛擬化裝配技術(shù)作為精益求精的產(chǎn)物，未來將會帶來難以估計的回報，極有可能成為發(fā)展熱點。

3 汽車總裝工藝技術(shù)的特征分析

汽車總裝工藝技術(shù)的特征主要包括：

（1） 現(xiàn)階段汽車總裝工藝的模塊化技術(shù)越發(fā)成熟，進一步簡化了汽車裝配關(guān)系，逐步改變了傳統(tǒng)汽車總裝的設(shè)計理念和工藝實施策略，汽車全球化采購和供貨趨勢越發(fā)明顯，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模塊化和通用化必然會成為汽車制造業(yè)的全新供應(yīng)鏈關(guān)系，但由于此模式高度依賴線上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如果出現(xiàn)技術(shù)滯后等問題則很容易出現(xiàn)信息不對稱現(xiàn)象［4］。

（2） 柔性化制造工藝的普及，已然成為汽車總裝工藝的新型制造形態(tài)，部分高級汽車制造商借此工藝實現(xiàn)了平臺化生產(chǎn)到智能化生產(chǎn)的有效過渡，甚至部分汽車制造廠家進一步拓展至整車平臺智能化生產(chǎn)的高度。因此，在多個模塊的高智能化開發(fā)基礎(chǔ)上，形成了“多功能汽車平臺”和“高端元模型智能群”的整體趨勢，汽車總裝工藝技術(shù)同步設(shè)計出風格不同的產(chǎn)品，其設(shè)計生產(chǎn)更加高效。

（3） 智能化技術(shù)在汽車總裝工藝技術(shù)中的應(yīng)用前期需要投入較大成本，對于中小型汽車制造廠家來說制約性較強，這也是汽車總裝工藝技術(shù)智能化發(fā)展難以全面滲透的主要原因之一。但隨著智能化技術(shù)不斷轉(zhuǎn)換為實際效益，車型的研發(fā)成本逐步降低，汽車總裝工藝技術(shù)智能化回報率明顯提高。目前，汽車總裝工藝技術(shù)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、BIM 等高端智能技術(shù)的聯(lián)合使用已逐步形成了新型制造形態(tài)。在“工業(yè)4.0”引導(dǎo)下的智能技術(shù)必然會在汽車總裝工藝中迎來飛速發(fā)展，汽車制造業(yè)也將迎來新一輪的技術(shù)革命。

（4） 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)品營銷理念的日趨成熟，汽車總裝工藝生產(chǎn)層面與技術(shù)層面的進化必然會受到消費結(jié)構(gòu)的影響，目前隨著汽車總裝工藝的進一步發(fā)展，汽車制造廠家的角色正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，主要轉(zhuǎn)化為移動出行和產(chǎn)品服務(wù)的提供商，這必將成為汽車制造工藝技術(shù)革新的新方向。

4 汽車總裝工藝技術(shù)的應(yīng)用趨勢

4. 1 汽車總裝車間生產(chǎn)的精細化與智能化

為了降低資源消耗率、實現(xiàn)資源的合理配置，歐美發(fā)達國家經(jīng)長期研究實踐后，提出了大規(guī)模應(yīng)驗了汽車總裝的精細柔性化生產(chǎn)，利用各種技術(shù)手段在保障汽車企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的同時提高生產(chǎn)效益?，F(xiàn)代企業(yè)在汽車總裝過程中，必然遵循著生產(chǎn)制造效益的提高與資源的高效發(fā)揮的制造原則。隨著國內(nèi)外學(xué)者的長期實踐與探索，精細化、智能化汽車總裝生產(chǎn)模式越發(fā)完善，最終在汽車制造領(lǐng)域得到了有效發(fā)展。目前的汽車生產(chǎn)過程具有產(chǎn)品更新速度快、人工費用多及生產(chǎn)工期長等特點，精細化、智能化總裝技術(shù)能夠有效縮減汽車生產(chǎn)過程中的人力、材料等成本支出，保障汽車裝配的穩(wěn)定性，提升汽車產(chǎn)品質(zhì)量［5］。此外，自動化總裝技術(shù)還為測試支出、生產(chǎn)支出等提供了保障，提升了裝配的精準性，有利于汽車成品質(zhì)量的提升?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化汽車總裝車間生產(chǎn)發(fā)展可行性進一步提高。

4. 2 總裝技術(shù)的虛擬化與自動化

隨著我國汽車市場體系的完善，汽車種類的多樣化與高端化發(fā)展趨勢日益明顯，為了滿足消費者的個性化需求，汽車廠家生產(chǎn)制造的產(chǎn)品從原有的單一大批量生產(chǎn)，逐步轉(zhuǎn)化為靈活的訂單式生產(chǎn)，汽車裝配的復(fù)雜性越發(fā)明顯，汽車零部件種類與數(shù)量越來越多，這對于汽車零件制造與保管均提出了更加嚴苛的要求，這種趨勢下必然會促進汽車總裝生產(chǎn)方式的變革。

總裝技術(shù)的發(fā)展方向主要在以下幾方面：① CAPP 技術(shù)與汽車總裝工藝技術(shù)的融合發(fā)展。CAPP 技術(shù)的核心部分為計算機軟硬件與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用物聯(lián)網(wǎng)對信息的高度集成，以及計算機設(shè)備的數(shù)據(jù)計算與邏輯判斷，從而確定汽車產(chǎn)品與零部件的加工工藝。該技術(shù)會隨著汽車總裝面向?qū)ο蠹肮ぷ饕?guī)模的變化而變化，其主要模塊包括工藝過程設(shè)計、工序決策、零件信息輸出及加工過程的動態(tài)仿真，各模塊的協(xié)同運作能夠輔助工作人員進行汽車總裝的工藝設(shè)計與功能拓展。CAPP 技術(shù)能夠應(yīng)用于汽車制造的整個產(chǎn)品生命周期，對于實現(xiàn)工藝設(shè)計管理一體化發(fā)展有著極大的促進作用，CAPP 技術(shù)與汽車總裝的融合已成為現(xiàn)階段汽車制造業(yè)的主要發(fā)展方向。② 自動化與虛擬化裝配。隨著我國機器人集成技術(shù)與視覺技術(shù)的不斷發(fā)展，真正意義上的自動化裝配與虛擬化設(shè)計可行性不斷提高［6］。汽車總裝的自動化具有可拓展性與柔性特征，具有系統(tǒng)的自動送料與材料裝配模式?；煦绗F(xiàn)實技術(shù)通過計算機技術(shù)模擬出汽車零部件數(shù)據(jù)，在虛擬空間中實現(xiàn)模塊的拆裝與分配，該技術(shù)具有強大的適應(yīng)性與高柔性特征，能夠通過對整車數(shù)據(jù)管理與拆分裝配模塊促進汽車總裝工藝技術(shù)的智能化發(fā)展，是未來汽車總裝工藝技術(shù)的主要發(fā)展方向。

5 結(jié)語

隨著我國汽車產(chǎn)品市場的不斷完善，消費者對汽車功能方面的要求更加嚴苛，為了順應(yīng)市場，汽車制造業(yè)從原本的單一、大批量生產(chǎn)模式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殪`活的訂單式生產(chǎn)模式，對汽車總裝工藝技術(shù)提出了更高的要求?；谥悄芗夹g(shù)與生產(chǎn)理念的不斷發(fā)展，汽車總裝工藝技術(shù)的自動化、模塊化、智能化發(fā)展已然成為現(xiàn)階段汽車制造的主要發(fā)展方向，也必然會推動汽車總裝工藝技術(shù)的進一步革新。