新能源汽車輕量化底盤懸架系統(tǒng)智能制造技術(shù)

毛明

(中船重工鵬力(南京)智能裝備系統(tǒng)有限公司, 江蘇 南京 211106)

0 引言

隨著新能源汽車輕量化底盤懸架系統(tǒng)研制的高速發(fā)展[1]，制造企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)加劇，企業(yè)贏利能力面臨挑戰(zhàn)。加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，以新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，促進(jìn)企業(yè)提質(zhì)增效，已成為企業(yè)發(fā)展的新引擎[2]。智能裝備、智能工廠等智能制造新理念正在引領(lǐng)汽車零部件制造領(lǐng)域生產(chǎn)方式變革。為適應(yīng)國(guó)內(nèi)外汽車底盤懸架系統(tǒng)市場(chǎng)發(fā)展新態(tài)勢(shì)，縮短生產(chǎn)周期、降低成本，圍繞產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造、生產(chǎn)管控等關(guān)鍵要素全面開展智能制造系統(tǒng)建設(shè)十分迫切。

1 研制內(nèi)容

1.1 產(chǎn)品對(duì)象

新能源汽車采用電控懸架系統(tǒng)[3]，根據(jù)車身高度、車速、轉(zhuǎn)向角度及速率、制動(dòng)等信號(hào)，由電子控制單元(electronic control unit, ECU)控制懸架執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使減振器氣囊剛度、減振器的阻尼力及車身高度等參數(shù)得以改變，從而使汽車具有良好的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性以及通過性。汽車底盤懸架系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 汽車底盤懸架系統(tǒng)

1.2 總體設(shè)計(jì)

底盤懸架系統(tǒng)生產(chǎn)屬于典型的離散型制造，以“數(shù)字化車間+智能工廠”為設(shè)計(jì)模型，建成國(guó)內(nèi)先進(jìn)的節(jié)能與新能源汽車輕量化底盤懸架系統(tǒng)智能制造系統(tǒng)[4]，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到銷售，從設(shè)備控制到企業(yè)資源管理整體環(huán)節(jié)的“全面數(shù)字化”和加工、制造、裝配、焊接、質(zhì)量等關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的“核心智能化”。

技術(shù)路線采用5層架構(gòu)：總體規(guī)劃與布局層—研發(fā)設(shè)計(jì)層—信息化管控層—制造過程數(shù)字化層—供應(yīng)鏈商務(wù)層。

智能制造系統(tǒng)的總體建設(shè)包括總體布局?jǐn)?shù)字化建模與4大平臺(tái)建設(shè)，包括：基于產(chǎn)品簇設(shè)計(jì)資源重用的研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)、信息數(shù)據(jù)集成管控一體化平臺(tái)、多品種混流生產(chǎn)智能制造裝備體系、“基于互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造”供應(yīng)鏈商務(wù)平臺(tái)。4大平臺(tái)系統(tǒng)框架如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)框架

2 實(shí)施方案

2.1 總體布局?jǐn)?shù)字化建模

智能工廠建設(shè)需充分應(yīng)用成組技術(shù)、分道建造的理念[5]，以數(shù)字樣機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制理論為核心，融合虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真技術(shù)、三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，將分散的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)和分析過程集成在一起，理順汽車底盤懸架系統(tǒng)從零件機(jī)械加工、自動(dòng)物流配送、自動(dòng)焊接、零件自動(dòng)分選、理料、自動(dòng)裝配、測(cè)試包裝等生產(chǎn)全過程的每一道工序，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者、制造者和使用者在早期就可以直觀、形象地對(duì)數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品原型進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、性能測(cè)試、制造仿真和使用仿真；根據(jù)確定的工序，對(duì)不同工序的物量進(jìn)行分析，測(cè)算每一個(gè)工序的面積和人員需求，配置相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備；運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)流程優(yōu)化，打通設(shè)計(jì)與制造管理的數(shù)字化關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理一體化精益生產(chǎn)布置，建立汽車輕量化底盤懸架系統(tǒng)制造主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)字化模型(圖3)和關(guān)鍵工藝流程及布局模擬仿真(圖4)。

圖3 工廠數(shù)字化建模

圖4 工藝流程及布局?jǐn)?shù)字化建模

2.2 基于產(chǎn)品簇設(shè)計(jì)資源重用的研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)

針對(duì)節(jié)能與新能源汽車底盤懸架系統(tǒng)多品種、小批量及定制化生產(chǎn)的特點(diǎn)，構(gòu)建基于特征的產(chǎn)品簇知識(shí)體系，建立和完善產(chǎn)品三維模型庫(kù)、工藝知識(shí)庫(kù)、關(guān)鍵零部件仿真模型庫(kù)等。利用知識(shí)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，重用產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝知識(shí)和試驗(yàn)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)高度靈活配置(圖5)。

圖5 設(shè)計(jì)集成平臺(tái)框架圖

1)以三維數(shù)模作為唯一制造依據(jù)，對(duì)CAD/CAE/CAPP/PDM/TDM等軟件開展系統(tǒng)的集成和深化應(yīng)用，以三維標(biāo)注等方式完整定義加工和裝配信息，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中將部分工藝信息協(xié)同定義到模型中，實(shí)現(xiàn)單一數(shù)據(jù)源驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)、仿真、工藝一體化。

2)利用成組技術(shù)建立產(chǎn)品簇分類體系，完成產(chǎn)品簇三維模型庫(kù)、有限元分析庫(kù)、裝配仿真庫(kù)、工藝實(shí)例、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及報(bào)告庫(kù)等的建設(shè)，建立共享服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)資源的共享。

2.3 信息數(shù)據(jù)集成管控一體化平臺(tái)建設(shè)

建立以生產(chǎn)物流為核心的生產(chǎn)管控一體化業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建生產(chǎn)制造計(jì)劃體系、倉(cāng)儲(chǔ)物流配送體系、可追溯體系、供應(yīng)商包裝/定容/定量體系、所有生產(chǎn)線/產(chǎn)成品/零部件交接/入庫(kù)/發(fā)出等條形碼掃描體系、立體庫(kù)運(yùn)行和維護(hù)體系、所有盛具/轉(zhuǎn)運(yùn)器具體系和信息化體系等8個(gè)體系；實(shí)施WMS系統(tǒng)和二維碼管理和追溯系統(tǒng)，以物流為核心開展各軟件系統(tǒng)的集成(圖6)。

圖6 信息數(shù)據(jù)集成管控一體化平臺(tái)框架圖

1)基于RFID和條形碼技術(shù)建立產(chǎn)品和零部件的自動(dòng)編碼體系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的追溯管理。

2)開展自主倉(cāng)儲(chǔ)和物流系統(tǒng)規(guī)劃，實(shí)施物流自主倉(cāng)儲(chǔ)配送系統(tǒng)WMS。

3)實(shí)施SCM系統(tǒng)，開展網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造模式，建立企業(yè)外部基于Internet的整車廠、供應(yīng)商協(xié)同制造環(huán)境。

2.4 多品種混流生產(chǎn)、智能制造裝備體系

集成和應(yīng)用先進(jìn)傳感、控制、檢測(cè)、裝配、物流等技術(shù)和智能化工藝裝備，構(gòu)建柔性制造體系，建成國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的多品種混流生產(chǎn)智能制造裝備生產(chǎn)線。主要包括：

1)建成減振器機(jī)器人自動(dòng)焊接線，完成減振器零部件焊接成型，實(shí)現(xiàn)機(jī)器換人效果，提高焊接質(zhì)量和效率。

2)建成底閥組件、閥系、支柱自動(dòng)裝配線，實(shí)現(xiàn)減振器關(guān)鍵零部件的高效、大批量、穩(wěn)定生產(chǎn)制造。

3)建成鍍鉻自動(dòng)化生產(chǎn)線及電鍍含鉻廢水零排放處理系統(tǒng)，所生產(chǎn)的產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

4)建成國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的自動(dòng)化智能化倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)(圖7)。

圖7 智能車間核心智能裝備及智能物流系統(tǒng)

2.5 基于互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造的供應(yīng)鏈商務(wù)平臺(tái)

底盤懸架系統(tǒng)作為整車的一個(gè)重要零部件，需要服務(wù)各個(gè)整車制造廠，接受整車制造廠的計(jì)劃、看板、訂單、變更通知等。同時(shí)作為一個(gè)總成件，需要由眾多供應(yīng)商構(gòu)成供應(yīng)鏈。通過構(gòu)建 “基于互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造”供應(yīng)鏈商務(wù)平臺(tái)，以縮短產(chǎn)品制造周期，擴(kuò)大多品種小批量生產(chǎn)模式。

1)研發(fā)建立與各客戶系統(tǒng)的集成適配器，通過集成適配器主動(dòng)獲取各制造廠的計(jì)劃、訂單、看板等生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)與ERP系統(tǒng)的集成，從而實(shí)現(xiàn)與各制造廠的業(yè)務(wù)協(xié)同。

2)基于汽車及零部件產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同共有云平臺(tái)實(shí)施SCM系統(tǒng)，研發(fā)與ERP系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)之間的集成接口，通過系統(tǒng)為合作供應(yīng)商伙伴提供一個(gè)高效的協(xié)同商務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)7×24h的信息互動(dòng)(圖8)。

圖8 “基于互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造”供應(yīng)鏈商務(wù)平臺(tái)

3 結(jié)語(yǔ)

1) 工廠總體設(shè)計(jì)：工廠整體布局按照底盤懸架系統(tǒng)柔性生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程系統(tǒng)規(guī)劃，數(shù)字化車間布置以柔性自動(dòng)化單元為主，在空間上分道，時(shí)間上有序，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理一體化精益生產(chǎn)，提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率25%，降低不良品率20%，降低運(yùn)營(yíng)成本20%，提高設(shè)備及能源利用率10%。信息化、自動(dòng)化、智能化程度處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

2) 基于產(chǎn)品簇的設(shè)計(jì)數(shù)字化體系：針對(duì)底盤懸架系統(tǒng)多品種、小批量的特點(diǎn)，建立產(chǎn)品簇分類，建立三維模型庫(kù)、特征參數(shù)庫(kù)、工藝庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)資源重用，使產(chǎn)品研發(fā)周期縮短40%，在行業(yè)處于領(lǐng)先水平。

3)生產(chǎn)物流拉動(dòng)的管控一體化及網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造：建立生產(chǎn)物流拉動(dòng)的生產(chǎn)管控業(yè)務(wù)流程和管理體系，以物流為核心開展制造執(zhí)行系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、物流倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)集成應(yīng)用，全面實(shí)施零部件二維碼體系，基于汽車及零部件產(chǎn)業(yè)協(xié)同共有云平臺(tái)實(shí)施供應(yīng)鏈系統(tǒng)，建立公司與供應(yīng)商之間“互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造”環(huán)境。在供應(yīng)鏈管理方面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

4)制造過程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與可視化：集成底閥無(wú)損智能檢測(cè)系統(tǒng)、智能化焊接管理系統(tǒng)、裝配過程智能測(cè)量系統(tǒng)、產(chǎn)品條形碼掃碼追溯系統(tǒng)、零部件電子標(biāo)簽與追溯系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)每個(gè)工件在每個(gè)工位的操作和技術(shù)參數(shù)信息的實(shí)時(shí)在線收集、建檔和分析、利用。通過生產(chǎn)過程可視化、物流配送可視化、故障智能報(bào)警等提升生產(chǎn)管控水平，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。