柔性混流裝配線在智能工廠中的研究與應(yīng)用

摘 要：汽車行業(yè)智能工廠的建設(shè)成為必然趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)精益制造，滿足智能化、高效率、高柔性的要求，設(shè)計(jì)具有承載與非承載車型混流生產(chǎn)的汽車制造車間。依據(jù)承載與非承載車型不同的工藝特性，運(yùn)用自動(dòng)分合流、智能物流等技術(shù)，設(shè)計(jì)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(nèi)飾共線裝配，然后兩種車型自動(dòng)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(dòng)合流共線進(jìn)行底盤內(nèi)飾和整車裝配，并確保分、合流時(shí)的順序完全一致。同時(shí)，導(dǎo)入QRQC質(zhì)量停線管理、重保重要管理、力矩防呆管理，設(shè)備故障報(bào)警管理等系統(tǒng)，具有信息化程度高、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了車輛的智能化生產(chǎn)，對(duì)傳統(tǒng)汽車裝配工藝進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新。該項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)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(chǎn)需求，真正實(shí)現(xiàn)智能化制造，打造智能工廠。

關(guān)鍵詞：智能制造 智能化 混流 分合流技術(shù) 柔性化 定制化

1 緒論

汽車行業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)加快，智能工廠成為行業(yè)發(fā)展必然趨勢(shì)。隨著我國(guó)汽車行業(yè)步入穩(wěn)增長(zhǎng)階段，汽車產(chǎn)能布局受到國(guó)家嚴(yán)控，市場(chǎng)客戶需求越來越專業(yè)化和細(xì)分化，同時(shí)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(shì)，研究一條能夠生產(chǎn)承載與非承載兩種車型柔性化、智能化、精益化混流生產(chǎn)線，具有較高的社會(huì)價(jià)值?，F(xiàn)代汽車制造智能工廠的建設(shè)，是提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的保證，從產(chǎn)品智能化，向制造精益化、到服務(wù)數(shù)字化等各個(gè)環(huán)節(jié)，都是智能工廠的達(dá)成要件。該研究項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)是在線采用自動(dòng)化、柔性化、機(jī)電一體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了承載和非承載車型共線生產(chǎn)需求，設(shè)定一定的車型混流比例，滿足生產(chǎn)效率最大化，并最大化數(shù)字化應(yīng)用，活用工藝設(shè)備及生產(chǎn)人員，降低制造成本，對(duì)汽車傳統(tǒng)裝配生產(chǎn)線進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，導(dǎo)入信息化系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)客戶定制化訂單生產(chǎn)。

2 設(shè)計(jì)思路及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 設(shè)計(jì)思路

采用智能制造工廠中柔性生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與優(yōu)化理念，通過分析柔性生產(chǎn)線的概念和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)車型共線分流與合流的柔性技術(shù)，對(duì)于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本和適應(yīng)市場(chǎng)需求變化做到了快速響應(yīng)，從面適應(yīng)現(xiàn)代汽車智能制造的轉(zhuǎn)型升級(jí)需求，及汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)。

依據(jù)智能制造智能化、自動(dòng)化、信息化等生產(chǎn)要件，結(jié)合公司產(chǎn)品特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(jù)未來幾年的兩種車型規(guī)劃產(chǎn)量，設(shè)計(jì)一條生產(chǎn)能力為JPH30的承載與非承載混流柔性化生產(chǎn)裝配線，設(shè)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(jù)兩種車型裝配工藝的特性，設(shè)計(jì)內(nèi)飾裝配線共線生產(chǎn)，而后分流進(jìn)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(jìn)行合流，實(shí)現(xiàn)底盤內(nèi)飾作業(yè)、最終裝配作業(yè)、商品化檢查作業(yè)，檢測(cè)線作業(yè)等合流共線生產(chǎn)。通過信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定制化、柔性化、智能化生產(chǎn)。

2.2 生產(chǎn)工藝流程

根據(jù)承載與非承載車型的產(chǎn)品特點(diǎn)，設(shè)計(jì)工藝流程，詳見圖1。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 柔性快速切換技術(shù)

為滿足線體承載與非承載不同車型的快速切換，設(shè)計(jì)分流降機(jī)，根據(jù)不同的混流生產(chǎn)比例，承載與非承載車型比例：2：1～1：5，設(shè)計(jì)了最優(yōu)的線體輸送長(zhǎng)度及路徑，通過RFID自動(dòng)識(shí)別車型系統(tǒng)，采集車型信息，識(shí)別出承載車型或非承載車型，車型信息輸送給線體工控機(jī)，驅(qū)動(dòng)利用滑板AGV輸送、升降機(jī)轉(zhuǎn)載、吊具輸送等技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分、合流，以滿足不同車型按照不同生產(chǎn)比例進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行的需求，車型切換不需要等待，實(shí)現(xiàn)線體的最大柔性化，生產(chǎn)效率最大化。

2.3.2 智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)

導(dǎo)入日產(chǎn)先進(jìn)的CAS訂單管理系統(tǒng)及NX-AUTO工程管理系統(tǒng)，前者實(shí)現(xiàn)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(chǎn)過程、交車入庫等環(huán)節(jié)，可追蹤管理，實(shí)現(xiàn)與客戶同期的生產(chǎn)理念，后者對(duì)從焊接、涂裝、總裝、到檢測(cè)、入庫整個(gè)車輛制造過程智能化管理，通過線體大量運(yùn)用RFID設(shè)備自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，對(duì)車輛生產(chǎn)裝配進(jìn)線前的排序、部品的物料配送、生產(chǎn)線的自動(dòng)化輸送和裝配等信息的傳遞。該系統(tǒng)能夠最大化縮短車輛生產(chǎn)周期，車輛實(shí)現(xiàn)讓客戶可視化感知生產(chǎn)過程，質(zhì)量放心、交期放心，做到1對(duì)1的交車服務(wù)。

2.3.3 質(zhì)量在線監(jiān)控管理系統(tǒng)

對(duì)裝配作業(yè)中的重保項(xiàng)、重要項(xiàng)等關(guān)鍵裝配技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)錄入系統(tǒng)中，在作業(yè)過程中，對(duì)于沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的作業(yè)，系統(tǒng)報(bào)警直至生產(chǎn)線停止運(yùn)行，確保產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，對(duì)車型及其裝配信息，也存貯于系統(tǒng)中，以備后期問題追溯。采用裝配螺栓扭矩管理系統(tǒng)，輸入產(chǎn)品合格規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)過程中當(dāng)扭矩出現(xiàn)超出范圍時(shí)，設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，線體自動(dòng)停線，方便作業(yè)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(chǎn)管理人員可以從系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程中發(fā)生的各類品質(zhì)、設(shè)備、物料、作業(yè)等影響正常生產(chǎn)的信息，第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行排除問題，以提升車間的管理水平和生產(chǎn)效率。

2.3.4 智能物流系統(tǒng)

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(jìn)廠到出廠的各個(gè)環(huán)節(jié)，都納入系統(tǒng)管理。合理的工廠布局，優(yōu)化的物流路線，實(shí)現(xiàn)一次物流距離最短，二次物流最大化實(shí)現(xiàn)無人化。廠內(nèi)物流方面，現(xiàn)生產(chǎn)車型零部件多達(dá)四千多種，為避免錯(cuò)、漏裝等問題發(fā)生，導(dǎo)入裝配零件防呆分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)依據(jù)車型生產(chǎn)順序及信息，按順序點(diǎn)亮料架上的分揀指示點(diǎn)，提示作業(yè)員分揀物料，實(shí)現(xiàn)中小零件100%KIT化率。廠外物流方面，采用在線監(jiān)控系統(tǒng)，可視化零部件、整車運(yùn)輸過程，有效提升物流效率，提升客戶滿意度。同時(shí)，為降低物流成本，采取in/on-site、同步供貨等先進(jìn)供貨模式，最大化實(shí)現(xiàn)模塊化裝配，降低成本，提升裝配質(zhì)量。

2.3.5 重要設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)線體上各類關(guān)鍵設(shè)備，并將設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)傳遞到車間保全班組，并以圖形顯示當(dāng)前生產(chǎn)狀況、設(shè)備運(yùn)行狀況等，發(fā)生故障進(jìn)行報(bào)警，及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)予以排除，減少對(duì)生產(chǎn)造成的影響。

2.4 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

2.4.1 承載與非承載式車身車型混流生產(chǎn)線

學(xué)習(xí)日產(chǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行承載與非承載兩種車型的混流生產(chǎn)，在一定比例下實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)彈性，內(nèi)飾線和內(nèi)飾底盤線共線設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)，利用工管系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)識(shí)別車型，保證分合流時(shí)順序不變，商品化線與檢測(cè)線共線設(shè)計(jì)。為解決空中輸送線交叉問題，我們創(chuàng)新設(shè)計(jì)了智能化AGV牽引滑摩擦輸送系統(tǒng)。此AGV可雙向運(yùn)行，整體高度只有260mm；牽引力高達(dá)5T，最高時(shí)速可達(dá)每分鐘38米，滑板線間均用此AGV地面轉(zhuǎn)接，無設(shè)備基坑，線體柔性好，安裝周期短，以后能力增強(qiáng)改造簡(jiǎn)單，并解決了空中輸送設(shè)備交叉問題。此項(xiàng)設(shè)計(jì)為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

2.4.2 車架分裝總成轉(zhuǎn)載與自動(dòng)翻轉(zhuǎn)一體化設(shè)計(jì)

為解決非承載式車身車型車架分裝總成的翻轉(zhuǎn)及向底盤線的空中轉(zhuǎn)接，我們開發(fā)研制了集車架分裝總成翻轉(zhuǎn)及空中轉(zhuǎn)接于一體的轉(zhuǎn)接翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別適應(yīng)多種不同規(guī)格的車架轉(zhuǎn)載，同時(shí)進(jìn)一步提升了動(dòng)作精度。該機(jī)構(gòu)為國(guó)內(nèi)總裝工廠首次使用。

如圖2，此機(jī)構(gòu)包括升降機(jī)、車架分裝總成夾具、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)。車架到位后，升降機(jī)滑架下降到位后，觸發(fā)下到位開關(guān)，伺服電缸接收到位信號(hào)，帶動(dòng)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(fā)翻轉(zhuǎn)開關(guān)，翻轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸上的夾具及車架分裝總成一起旋轉(zhuǎn)到180°時(shí)，觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到位開關(guān)停止翻轉(zhuǎn)，滑架繼續(xù)上行到上止點(diǎn)并觸發(fā)上到位開關(guān)，滑架停止上行，氣缸推動(dòng)空中吊具閉合，把車架分裝總成轉(zhuǎn)接到空中吊具中，完成車架分裝總成空中翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)接。

2.4.3 轉(zhuǎn)接升降機(jī)與隨行機(jī)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)

把升降機(jī)的托架通過線性滑軌設(shè)置在升降機(jī)的滑架上，托架本來就可隨滑架上下移動(dòng)，同時(shí)，由于托架用線性滑軌與升降機(jī)滑架裝在一起，也可進(jìn)行水平方向的滑移。在生產(chǎn)線運(yùn)行中，對(duì)射開關(guān)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(yùn)行，在同步運(yùn)行中，滑架下行，把車架分裝總成放置于輸送板帶上。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障少，投資少，運(yùn)行成本低。

2.4.4 智能化整車天窗及前風(fēng)擋玻璃裝配機(jī)構(gòu)

為提高作業(yè)效率，保證裝配質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了天窗面差調(diào)整裝置和前風(fēng)擋玻璃飾條壓入工裝，實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)調(diào)整。

面差調(diào)整裝置通過與主線聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)接收主線速度信號(hào)，做到該裝置與主線同步運(yùn)行，同時(shí)，還具有在線作業(yè)環(huán)境下的預(yù)警及緊急停止功能，以保證作業(yè)人員的安全，解決了在線體運(yùn)行狀態(tài)下作業(yè)困難的問題，提高作業(yè)效率，減輕作業(yè)強(qiáng)度，最大限度減小天窗面差調(diào)整對(duì)人員技能的依賴程度，調(diào)整品質(zhì)通過工裝可靠保證。

汽車前風(fēng)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(shè)有拱形壓槽，其右端上方設(shè)置有壓片，右端底部設(shè)置有向內(nèi)彎曲的彎鉤，壓片內(nèi)端的壓入條本體右端頂部開設(shè)有弧形凹槽，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、維護(hù)成本低，大幅改善裝配質(zhì)量，提高了作業(yè)效率。

2.4.5 客戶定制化生產(chǎn)訂單系統(tǒng)

公司產(chǎn)品的特點(diǎn)是多品種、小批量、定制化、行業(yè)化、專用化等生產(chǎn)，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(tǒng)，工程管理系統(tǒng)，重保重要品質(zhì)系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)訂單評(píng)審，零件采購，生產(chǎn)排產(chǎn)、質(zhì)量管控等環(huán)節(jié)，快速的使客戶要求反映到生產(chǎn)線體上，實(shí)現(xiàn)全價(jià)值鏈的智能化生產(chǎn)，并縮短交車周期，提高了客戶滿意度。

3 結(jié)語

本設(shè)計(jì)研究從“工業(yè)4.0、智能制造、互聯(lián)網(wǎng)+”等理念出發(fā)，遵循智能化、數(shù)字化設(shè)計(jì)思路，最大化實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、精益化、?？旎?、標(biāo)準(zhǔn)化。為當(dāng)代汽車行業(yè)產(chǎn)品多樣性、生產(chǎn)靈活性類的企業(yè)提供打造智能工廠的技術(shù)路線。

本項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計(jì)了承載式車身車型與非承載式車身車型混線生產(chǎn)柔性化裝配線，先共線進(jìn)行車體內(nèi)飾裝配，而后兩種車型分流輸送進(jìn)行底盤裝配，再合流完成底盤內(nèi)飾及整車裝配。此外，在該生產(chǎn)線中，滑板輸送線線體間采用AGV自動(dòng)轉(zhuǎn)接，車架分裝總成通過升降機(jī)轉(zhuǎn)接到空中輸送線，完成空中翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)接。開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的技術(shù)先例，具備國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，國(guó)際先進(jìn)的技術(shù)水平，通過第三方機(jī)構(gòu)鑒定，具備廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值，通過與設(shè)計(jì)公司合作，已在國(guó)內(nèi)外主要汽車廠家應(yīng)用實(shí)施。

項(xiàng)目實(shí)施后，主機(jī)廠累計(jì)節(jié)約生產(chǎn)線投資1億元以上，及時(shí)對(duì)應(yīng)客戶訂單，提升了客戶滿意度，提升了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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