淺析樣車(chē)試制柔性制造技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

張惠立

摘 要：本文屬于汽車(chē)制造技術(shù)領(lǐng)域，基于在樣車(chē)試制柔性制造技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。通過(guò)舉證一批樣車(chē)試制的自動(dòng)化柔性制造裝備、自動(dòng)化柔性測(cè)量裝備、柔性工裝夾具裝備、柔性吊運(yùn)裝備等的開(kāi)發(fā)工作經(jīng)驗(yàn)，分析在樣車(chē)試制的工藝、方法、工裝、工具、運(yùn)輸及自動(dòng)化等方面如何進(jìn)行柔性制造技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)研究，構(gòu)建一整套完全自主開(kāi)發(fā)的高精度、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、柔性化、智能化的新產(chǎn)品樣車(chē)柔性制造技術(shù)裝備體系，幫助車(chē)企縮短新產(chǎn)品汽車(chē)研發(fā)周期，提升汽車(chē)樣車(chē)試制的制造品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：樣車(chē)試制 柔性制造 技術(shù)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(chē)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，中國(guó)汽車(chē)進(jìn)入4.0時(shí)代[1]，新產(chǎn)品汽車(chē)快速更新疊代，汽車(chē)品質(zhì)要求更高更好，汽車(chē)的研發(fā)周期更短更快，一個(gè)全新車(chē)型的研發(fā)周期從VPI到 SORP（Start of Regular Production）是24～36個(gè)月[2]，而新產(chǎn)品樣車(chē)試制又是新產(chǎn)品汽車(chē)研發(fā)一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)新產(chǎn)品汽車(chē)研發(fā)周期的長(zhǎng)短和汽車(chē)制造產(chǎn)品質(zhì)量影響極大。我國(guó)的新產(chǎn)品樣車(chē)試制研發(fā)技術(shù)起步較晚，自主品牌企業(yè)、合資品牌企業(yè)本地化的試制能力仍然偏弱[3]，樣車(chē)試制技術(shù)比較落后，缺乏相應(yīng)的快速制造和柔性制造的工藝、方法、標(biāo)準(zhǔn)、夾具、工具及裝備，從而導(dǎo)致新產(chǎn)品樣車(chē)試制開(kāi)發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)、成本較高，樣車(chē)的制造精度和可靠性不高，削弱產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

本文基于在樣車(chē)試制柔性制造技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，通過(guò)舉證一批樣車(chē)試制的自動(dòng)化柔性制造裝備、自動(dòng)化柔性測(cè)量裝備、柔性工裝夾具裝備、柔性吊運(yùn)裝備等的開(kāi)發(fā)工作經(jīng)驗(yàn)，分析在樣車(chē)試制的工藝、方法、工裝、工具、運(yùn)輸及自動(dòng)化等方面如何進(jìn)行柔性制造技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)研究，從而構(gòu)建一整套完全自主開(kāi)發(fā)的高精度、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、柔性化、智能化的新產(chǎn)品樣車(chē)柔性制造技術(shù)裝備體系，幫助車(chē)企縮短新產(chǎn)品汽車(chē)研發(fā)周期，提升汽車(chē)樣車(chē)試制的制造品質(zhì)。

下文是結(jié)合某汽車(chē)公司試制中心多年來(lái)在樣車(chē)試制柔性制造技術(shù)方面的開(kāi)發(fā)應(yīng)用作出的分析和總結(jié)，重點(diǎn)分為四個(gè)方面：

2 樣車(chē)制造自動(dòng)化柔性技術(shù)裝備開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

創(chuàng)新研發(fā)一種樣車(chē)車(chē)身試制的自動(dòng)化制造技術(shù)，解決了樣車(chē)車(chē)身試制無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和平臺(tái)化生產(chǎn)的技術(shù)難題。將機(jī)器人自動(dòng)焊接技術(shù)、NC柔性定位技術(shù)、AGV靈活運(yùn)輸技術(shù)、工裝抓手高柔性集成技術(shù)、在線質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)等核心技術(shù)應(yīng)用于樣車(chē)車(chē)身試制，解決樣車(chē)車(chē)身試制無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和平臺(tái)化生產(chǎn)的技術(shù)難題，使樣車(chē)車(chē)身試制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、平臺(tái)化、模塊化、數(shù)字化、柔性化，提升樣車(chē)試制的制造質(zhì)量和制造效率。

案例一，樣車(chē)試制開(kāi)發(fā)一種樣車(chē)車(chē)身總拼自動(dòng)化柔性焊接工作島技術(shù)，改變?cè)械能?chē)身制造生產(chǎn)流水線模式，以一個(gè)個(gè)焊接工作島為制造單元，通過(guò)AGV小車(chē)按訂單需求靈活機(jī)動(dòng)運(yùn)輸串聯(lián)，形成一種以用戶(hù)訂單需求為導(dǎo)向，可靈活多種組合的樣車(chē)試制焊接工作島生產(chǎn)模式。與流水線模式生產(chǎn)相比，島式布局的生產(chǎn)線物料不必走固定的生產(chǎn)線路，使得生產(chǎn)更加柔性化，更加適應(yīng)個(gè)性化、 定制化的市場(chǎng)需求[4]。該技術(shù)發(fā)明首創(chuàng)將機(jī)器人自動(dòng)焊接技術(shù)、NC柔性定位技術(shù)、AGV靈活運(yùn)輸技術(shù)、高柔性工裝集成抓手技術(shù)、在線質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)集成用于樣車(chē)車(chē)身試制工作。通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)和工藝布局，在工作站兩側(cè)增設(shè)15米的機(jī)器人第七軸，提高機(jī)器人移動(dòng)距離和活動(dòng)范圍，將量產(chǎn)線的8個(gè)總拼工位優(yōu)化集成為2個(gè)總拼柔性焊接工位，減少機(jī)器人使用數(shù)量12臺(tái)，減少NC定位單元使用數(shù)量24套。通過(guò)使用AGV靈活運(yùn)輸方式替代傳統(tǒng)固定傳送鏈運(yùn)輸方式，實(shí)現(xiàn)多工作站制造單元的多種自由組合生產(chǎn)線模式，以滿足用戶(hù)訂單需求。使用機(jī)器人焊接代替人工焊接，將樣車(chē)車(chē)身焊點(diǎn)質(zhì)量合格率從90%提升至99.8%以上。該技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用見(jiàn)圖1。

案例二：創(chuàng)新發(fā)明一種籠式汽車(chē)車(chē)身總拼柔性焊接工裝夾具技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)發(fā)明將上車(chē)體常規(guī)需要左側(cè)圍定位抓手、右側(cè)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(yōu)化集成為左側(cè)圍定位抓手、右側(cè)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?jī)?yōu)化集成到這4套抓手上，減少定位抓手?jǐn)?shù)量3套，減少鋼平臺(tái)數(shù)量4套。優(yōu)化后的4套抓手通過(guò)一種精密的銷(xiāo)孔配合及氣缸鎖緊，分別安裝在龍門(mén)鋼立柱定位平臺(tái)上，4套抓手之間也同時(shí)相互作用鎖緊，從而形成一種牢固穩(wěn)定的籠式車(chē)身總拼焊接工裝，通過(guò)更換抓手適應(yīng)不同車(chē)型的生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)柔性化。該技術(shù)發(fā)明使樣車(chē)CMM三坐標(biāo)合格率從78%提升至92%以上，提升樣車(chē)制造質(zhì)量。該技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用見(jiàn)圖2。

案例三：創(chuàng)新開(kāi)發(fā)一種樣車(chē)改制的多功能柔性平臺(tái)技術(shù)。首創(chuàng)開(kāi)發(fā)高精度大尺寸柔性平臺(tái)底板用于樣車(chē)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(dá)±0.01mm，利用這些定位孔和螺紋孔在平臺(tái)底板上需要的位置安裝6套可滑移的工作滑臺(tái)組件，6套工作滑臺(tái)組件通過(guò)導(dǎo)軌滑移使其上面的焊接夾具實(shí)現(xiàn)在X（長(zhǎng)度）、Y（寬度）、Z（高度）三個(gè)方向的位置移動(dòng)，滑臺(tái)組件的移動(dòng)定位精度達(dá)到±0.2mm，從而解決傳統(tǒng)樣車(chē)改制因不同白車(chē)身和零件改制方案而無(wú)法通過(guò)拼裝夾具精確定位問(wèn)題，極大的節(jié)約以往不同平臺(tái)車(chē)型改制的設(shè)計(jì)及制造的成本和效率，實(shí)現(xiàn)樣車(chē)改制精確化、平臺(tái)化，實(shí)現(xiàn)全整車(chē)系全尺寸、全方位的樣車(chē)改制。該技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用見(jiàn)圖3。

3 樣車(chē)制造測(cè)量技術(shù)裝備開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

創(chuàng)新開(kāi)發(fā)樣車(chē)車(chē)身及零部件的高精度高柔性測(cè)量裝備技術(shù)，自主研發(fā)一批高精度的自動(dòng)化測(cè)量裝備和高柔性定位工裝，使樣車(chē)白車(chē)身及零部件的測(cè)量工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、高精化、標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)單化、高效化，總結(jié)了一套樣車(chē)試制的測(cè)量方法和標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建一套新的樣車(chē)試制測(cè)量體系。創(chuàng)新使用PLC電控程序模塊控制，將機(jī)器人控制系統(tǒng)、藍(lán)光檢測(cè)設(shè)備控制系統(tǒng)與工裝柔性定位控制系統(tǒng)三者串聯(lián)集成，形成有機(jī)結(jié)合和控制，解決了測(cè)量裝備的自動(dòng)化和柔性化問(wèn)題。 基于高柔性高精度測(cè)量裝備的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，創(chuàng)新構(gòu)建了一套樣車(chē)試制的測(cè)量方法和標(biāo)準(zhǔn)，使樣車(chē)試制測(cè)量體系達(dá)到CNAS試驗(yàn)體系和質(zhì)量體系的要求。

案例一：創(chuàng)新研發(fā)自動(dòng)化藍(lán)光掃描測(cè)量裝備技術(shù)，突破國(guó)外對(duì)自動(dòng)化藍(lán)光掃描測(cè)量裝備的技術(shù)封鎖。藍(lán)光掃描測(cè)量系統(tǒng)采用非接觸光學(xué)測(cè)量原理，通過(guò)光柵投影的方式實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云獲取，真實(shí)還原物體的豐富表面細(xì)節(jié)[5] [6]。目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化藍(lán)光掃描測(cè)量裝備基本上都是進(jìn)口國(guó)外成套測(cè)量設(shè)備，投入成本較高，自動(dòng)化藍(lán)光掃描測(cè)量裝備控制程序的核心技術(shù)仍然掌握在國(guó)外制造商手中。本技術(shù)開(kāi)發(fā)是將原有手動(dòng)藍(lán)光掃描測(cè)量裝備升級(jí)為自動(dòng)化藍(lán)光掃描測(cè)量裝備，通過(guò)加入機(jī)器人、柔性定位工裝，通過(guò)PLC電控模塊編程控制，使機(jī)器人控制系統(tǒng)、藍(lán)光檢測(cè)設(shè)備控制系統(tǒng)與工裝定位控制系統(tǒng)三者形成有機(jī)協(xié)作及控制，實(shí)現(xiàn)了藍(lán)光掃描測(cè)量裝備的自動(dòng)化，提升藍(lán)光掃描測(cè)量裝備的測(cè)量精度和測(cè)量效率，擴(kuò)大測(cè)量能力，滿足更多樣車(chē)、樣件的測(cè)量需要，縮短樣車(chē)試制的開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約資金200萬(wàn)元，創(chuàng)建了樣車(chē)試制的測(cè)量方法和標(biāo)準(zhǔn)16份，測(cè)量操作流程5份，構(gòu)建一套樣車(chē)試制測(cè)量工作體系。該技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用見(jiàn)圖4。

案例二：創(chuàng)新開(kāi)發(fā)一種三坐標(biāo)測(cè)量柔性定位夾具，解決目前國(guó)內(nèi)大部份三坐標(biāo)測(cè)量定位夾具屬于專(zhuān)用定位夾具而無(wú)法柔性化，造成專(zhuān)用測(cè)量定位夾具數(shù)量和品種過(guò)多的問(wèn)題，使新產(chǎn)品樣車(chē)研發(fā)成本居高。本發(fā)明一種三坐標(biāo)測(cè)量柔性定位夾具技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套車(chē)身和零部件三坐標(biāo)測(cè)高精度基準(zhǔn)水平底板，4套高柔性測(cè)量定位單元，底板和定位單元都設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)的銷(xiāo)孔和螺紋孔，便于拆裝靈活組合，類(lèi)似積木的結(jié)構(gòu)方式，在XYZ三個(gè)方向均有較大的可調(diào)性，實(shí)現(xiàn)高度柔性，增大測(cè)量空間，增大定位系統(tǒng)對(duì)車(chē)型的兼容性，滿足不同車(chē)型、不同零件快速安裝、定位和三坐標(biāo)測(cè)量的需求，提高樣車(chē)試制三坐標(biāo)測(cè)量效率，縮短樣車(chē)試制的開(kāi)發(fā)周期。該技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用見(jiàn)圖5。

4 樣車(chē)制造柔性工裝夾具開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

創(chuàng)新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)高智能高柔性的樣車(chē)試制工裝裝備技術(shù)，通過(guò)這些高智能高柔性的制造裝備，解決樣車(chē)試制工裝夾具的快速就位、快速安裝和快速切換，實(shí)現(xiàn)定位機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)的高柔性、通用性、互換性，從而滿足不同車(chē)型、不同零件的試制策略和改制方案，提高樣車(chē)試制的制造效率。

案例一：研發(fā)一種前輪罩板測(cè)量定位夾具裝備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)夾具與量具的有機(jī)結(jié)合，該技術(shù)發(fā)明為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。傳統(tǒng)常規(guī)夾具基本只有夾持功能沒(méi)有測(cè)量功能，而量具只有測(cè)量功能又沒(méi)有夾持功能。該技術(shù)發(fā)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(chē)前輪罩前懸安裝板上作基準(zhǔn)，在其固定基準(zhǔn)板的中心軸向安裝導(dǎo)軌立柱，導(dǎo)軌立柱中間軸與前懸總成的中心軸一致，導(dǎo)軌立柱一面中間槽設(shè)計(jì)安裝主刻度尺，其每格為1mm，另一套定位夾緊組件在套入導(dǎo)軌立柱定位夾緊另一前懸安裝板后，可沿軸向移動(dòng)，在該套定位夾緊組件的基準(zhǔn)板上設(shè)計(jì)安裝一塊副刻度尺，其每格為0.98mm，與導(dǎo)軌立柱主刻度尺配合使用，組成一把千分尺，測(cè)量精度達(dá)到0.02mm，通用配合可直接讀取移動(dòng)數(shù)據(jù)，當(dāng)該定位夾緊組件與前懸安裝板達(dá)到目標(biāo)值時(shí)進(jìn)行鎖緊固定，即可進(jìn)行改制焊合。本技術(shù)裝備使樣車(chē)前輪罩板改制效率提高了15倍，縮短樣車(chē)試 制的研發(fā)周期。該技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用見(jiàn)圖6。

案例二：研發(fā)一種柔性旋轉(zhuǎn)定位夾具。本技術(shù)發(fā)明是在原有定位夾具單元基礎(chǔ)上優(yōu)化改進(jìn)，在原有定位夾具單元底部設(shè)計(jì)增加一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使定位夾具可180度旋轉(zhuǎn)使用，實(shí)現(xiàn)工裝夾具不同角度的定位夾緊。同時(shí)支基改進(jìn)設(shè)計(jì)為可變距支基，實(shí)現(xiàn)定位夾具高度方向可調(diào)，提升定位夾具的柔性能力。解決傳統(tǒng)普通的定位夾具不能旋轉(zhuǎn)，無(wú)法適應(yīng)不同角度的定位夾緊，高度方向固定無(wú)法調(diào)節(jié)，柔性能力差的問(wèn)題。該技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用見(jiàn)圖7。

案例三：研發(fā)一種樣車(chē)車(chē)身補(bǔ)焊柔性定位裝置技術(shù)，創(chuàng)新將輸送小車(chē)與定位工裝合二為一，實(shí)現(xiàn)定位工裝和輸送裝備的功能兼容及柔性，解決下車(chē)體總成和白車(chē)身總成在補(bǔ)焊工位焊接時(shí)沒(méi)有定位銷(xiāo)定位基準(zhǔn)問(wèn)題。本技術(shù)發(fā)明通過(guò)在傳統(tǒng)的運(yùn)輸小車(chē)上增加定位工裝，同時(shí)設(shè)計(jì)該定位工裝可進(jìn)行X向（長(zhǎng)度方向）和Z向（高度方向）調(diào)節(jié)，這樣該裝備可同時(shí)滿足運(yùn)輸和工裝定位的需求。相對(duì)于原有裝備技術(shù)，輸送小車(chē)和定位工裝只是兩套獨(dú)立裝備，不具有關(guān)聯(lián)性，只能單獨(dú)使用，此技術(shù)發(fā)明沖破傳統(tǒng)觀念的束縛，創(chuàng)新將輸送小車(chē)與定位工裝進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，提升樣車(chē)試制裝備的柔性能力。該技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用見(jiàn)圖8。

5 樣車(chē)制造柔性吊運(yùn)裝備開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

研發(fā)適用多車(chē)型的柔性吊具裝備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)吊具柔性化，解決不同車(chē)型下車(chē)體總成、側(cè)圍總成的吊運(yùn)問(wèn)題。傳統(tǒng)吊具只能吊運(yùn)某種車(chē)型的總成，吊具專(zhuān)用，無(wú)法兼容性無(wú)法柔性。

案例：開(kāi)發(fā)一種多功能側(cè)圍總成吊具，設(shè)計(jì)原理主要是將吊裝鉤和抓取裝置設(shè)計(jì)為可在X向（長(zhǎng)度方向）和Y向（寬度方向）可移動(dòng)調(diào)節(jié)，吊具懸掛點(diǎn)可根據(jù)重心點(diǎn)調(diào)節(jié)，滿足不同車(chē)型需求，實(shí)現(xiàn)吊具柔性功能。另外側(cè)圍吊具還設(shè)計(jì)有氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)功能，同時(shí)滿足了側(cè)圍上下料和吊運(yùn)需求。

6 結(jié)束語(yǔ)

上述案例中的樣車(chē)試制柔性制造技術(shù)裝備已在某汽車(chē)公司新產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目的樣車(chē)樣件試制過(guò)程中得到充分的驗(yàn)證和應(yīng)用，為其新產(chǎn)品研發(fā)的順利完成起到很大促進(jìn)作用，增收節(jié)支，助力公司的生產(chǎn)銷(xiāo)售經(jīng)營(yíng)，使其繼續(xù)保持行業(yè)領(lǐng)先地位。由于時(shí)間倉(cāng)促以及收集的局限性，本文只對(duì)部份樣車(chē)試制的自動(dòng)化柔性制造技術(shù)裝備、柔性測(cè)量技術(shù)裝備、柔性工裝夾具、柔性吊運(yùn)裝備進(jìn)行了分析和總結(jié)，對(duì)于樣車(chē)試制柔性制造技術(shù)裝備還有許多其它的技術(shù)裝備，如樣件柔性模具制造技術(shù)裝備、物料存放柔性技術(shù)裝備等。后續(xù)研究者可以進(jìn)行更深入的研究和完善，共同促進(jìn)中國(guó)汽車(chē)行業(yè)新產(chǎn)品樣車(chē)試制柔性制造技術(shù)裝備的開(kāi)發(fā)，有力地推動(dòng)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)新產(chǎn)品樣車(chē)試制柔性制造技術(shù)裝備的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。

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