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基于國內(nèi)某車企總裝車間規(guī)劃實踐，并對標(biāo)國內(nèi)外主流主機廠總裝車間，總結(jié)歸納了總裝車間在輸送線、生產(chǎn)管理、裝配、客戶體驗、綠色制造及新興技術(shù)六大領(lǐng)域的智能化應(yīng)用與實踐。為規(guī)劃出“裝配智能化、生產(chǎn)管理數(shù)字信息化、服務(wù)智能化”的理想化智能總裝車間提供參考。

近年來，工業(yè) 4.0 席卷全球制造業(yè)。汽車制造是先進(jìn)制造業(yè)中的排頭兵，總裝車間智能制造取得了很多成績，同時也需理性對待。首先明確智能制造不是目的，不是盲目追求無人工廠、黑燈工廠及機器換人等，而是要以智能制造為抓手，降本增效為目的，滿足客戶個性化需求，提高產(chǎn)品質(zhì)量和附加值，提升整車廠的核心競爭力和盈利能力。其次，推進(jìn)智能制造是一個長期復(fù)雜的系統(tǒng)過程，涉及多個領(lǐng)域的技術(shù)，不要期望“畢其功于一役”，應(yīng)本著務(wù)實求真的態(tài)度摸清現(xiàn)狀，對照標(biāo)桿，頂層系統(tǒng)規(guī)劃，分步實施，痛點先行，持續(xù)優(yōu)化。

智能柔性化輸送線

總裝輸送線分為分裝線和主輸送線（內(nèi)飾線、底盤線、外裝線、檢測線和終檢線）?？傃b輸送線是建設(shè)智能化、透明化、實時化及柔性化總裝車間的主要承載層。向下關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施層和設(shè)備終端執(zhí)行層采集數(shù)據(jù)，向上關(guān)聯(lián)企業(yè)系統(tǒng)層和管理 層進(jìn)行實時生產(chǎn)狀態(tài)管理，其最新智能化應(yīng)用主要體現(xiàn)在載具在線數(shù)量與產(chǎn)能匹配柔性縮減、產(chǎn)線凈空和地面凈坑及載具作業(yè)高度智能可調(diào)。

傳統(tǒng)的內(nèi)飾外裝線為固定式裝配線，新型內(nèi)飾外裝線采用圖1、圖2 工廠中的 AGV（自動導(dǎo)航車）無軌自動運輸系統(tǒng)，或圖 3中的內(nèi)外飾滑板直接布置在地面上。AGV 或地面滑板式載具每 個輸送單元相對獨立，由于不需要土建施工，每個線體在線頭線尾提前預(yù)留好載具和軟件的擴容空間，根據(jù)產(chǎn)能需要，類似搭積木方式對產(chǎn)線工 位載具數(shù)量隨時擴充縮減，或調(diào)整內(nèi)、外飾間工位數(shù)量，在站點間進(jìn)行切換，提高工位利用率，也被稱為柔性可伸縮產(chǎn)線。不僅可以保證大規(guī)模生產(chǎn)，同時保證了靈活性，以便最大化利用資源。

圖 1 保時捷 Taycan 總裝生產(chǎn)線

圖 2 寶馬 i3 AGV 外裝線

圖 3 廣汽新能源總裝內(nèi)飾滑板線

部分工廠局部產(chǎn)線已經(jīng)實現(xiàn)了空中凈空和地面凈坑。載具直接布置在地面上，采用無吊點設(shè)計，取消了傳統(tǒng)的空中作業(yè)鏈， 減少地面基坑可以減少土建施工，縮短建設(shè)周期，節(jié)省建設(shè)成本。如圖3所示線邊空中不再通鋪工藝吊架，空調(diào)系統(tǒng)集成在立柱上，輔以工位工具臺車，空中輸送吊掛系統(tǒng)的減少使車間更加寬敞、透亮且視線無所阻擋。輔以大面積的天窗和側(cè)窗，打造明亮的“陽光車間”，營造更好的 作業(yè)環(huán)境，同時廠房高度可以適當(dāng)降低，達(dá)到降低成本的目的。 

載具智能可調(diào)主要是多車型混線生產(chǎn)時，按過車型號、車自重等自動調(diào)整車身裝配高度適應(yīng)不同產(chǎn)品和不同工藝，任意調(diào)節(jié)操作高度。如圖1、圖2和圖3中內(nèi)飾滑板線和外裝線的作業(yè)工藝高度可按車型工藝編程柔性伺服升降，圖1和圖4中底盤吊具不僅Z 向可升降， 且可在 0°～ 110°范圍旋轉(zhuǎn)。充分考慮了人機工程學(xué)原理，操作者在最省力最舒適的工藝高度裝配，提升安全防護水平和裝配效率以及保證了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。

圖 4 某主機廠可升降旋轉(zhuǎn)吊具

數(shù)字化生產(chǎn)體系

高性能廣域網(wǎng)和5G移動網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施為生產(chǎn)流程的全面數(shù)字化奠定了重要基礎(chǔ)。全新數(shù)字化生產(chǎn)體系軟件通過共享接口和標(biāo)準(zhǔn)化用戶界 面，不僅整個車間內(nèi)部的機器人 和生產(chǎn)設(shè)備彼此互聯(lián)互通，而且能夠實現(xiàn)從開發(fā)——設(shè)計——供應(yīng)商——生產(chǎn)流程——客戶，整個增值鏈 360°全方位的互聯(lián)互通，使所有的生產(chǎn)流程絕對透明化，彼此連接，利用實時數(shù)據(jù)支持生產(chǎn)以及整個全價值鏈。 

工廠內(nèi)部價值鏈中，整個裝配車間內(nèi)部實現(xiàn)全面數(shù)字化無紙化，生產(chǎn)的實時統(tǒng)計數(shù)據(jù)都可通過屏幕或個人數(shù)字助理 一目了然，因而能獲得最佳效率的掌控。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)收集和評估生產(chǎn)數(shù)據(jù)并把結(jié)果傳回生產(chǎn)線，通過預(yù)測性維護有效規(guī)避設(shè)備故障，增加業(yè)務(wù)運營時間，系統(tǒng)自檢到偏差后并及時通知對此負(fù)責(zé)的員工和質(zhì)量經(jīng)理，再利用此前收集的歷史數(shù)據(jù)，可以立即發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致偏差的原因并及時糾正。 

在工廠上下端中，從開發(fā)和設(shè)計到供貨商、生產(chǎn)以及最終端的客戶均無所不連，所有單位之間快速透明的溝通，可以及早發(fā)現(xiàn)供應(yīng)鏈與消費端的差異，從而縮短反映時間。例如對于研發(fā) 和生產(chǎn)來說，通過與供貨商的協(xié)調(diào)，可以允許在世界各地以數(shù)字方式共同實時追蹤料件的物流 狀況。在正式生產(chǎn)之前，生產(chǎn)過程可通過虛擬現(xiàn)實進(jìn)行可視化模擬而優(yōu)化。

智能裝配

汽車沖壓、焊裝及涂裝自動化程度較高，由于總裝工藝相對復(fù)雜，車型間裝配內(nèi)容差異較大，裝配配合柔性化程度高，車間輸送裝配靜止工位較少，自動化水平相對較低。近年來隨著機器人技術(shù)發(fā)展和汽車產(chǎn)品平臺化水平提升，越來越多的汽車整車廠開始積極部署自動裝配和自動擰緊。利用機器人高精度操作，裝配質(zhì)量穩(wěn)定，不會因時間的推移和人員變更而下降。提升生產(chǎn)效率、 品質(zhì)、作業(yè)安全及柔性化才是市場競爭的取勝之道。 

總裝有15種常用的智能自動裝配或擰緊設(shè)備：車輛識別碼打刻、儀表、天窗、前端模塊、前保、風(fēng)窗涂膠安裝、座椅、輪胎、底盤合車、底盤擰緊、車門密封條滾壓、車門防水膜涂膠及電池組裝線（模組上件、殼體上件及殼體擰緊）。“機器換人”的核心不是無人化， 而是少人化和人機協(xié)作，在哪里換、如何換，需要綜合評估， 避免過度自動化損害工廠的靈活性和生產(chǎn)效率。首先考慮成本回收周期和收益，其次是采用自動化設(shè)備調(diào)整效率，產(chǎn)品質(zhì)量是否得到提升，同時要著重評估對產(chǎn)線柔性化程度的影響。

如圖5中的天窗涂膠裝配系統(tǒng)由伺服定量供膠系統(tǒng)、視覺引導(dǎo)、裝配機器人及自動玻璃輸送臺組成，可實現(xiàn)自動供膠、涂膠、 定位和裝配。自帶 3D 視覺掃描系統(tǒng)，多角度實時監(jiān)控膠型和軌跡，膠型控制精度為 ±0.5 mm， 安裝精度 ±0.8 mm，較傳統(tǒng)的人工玻璃安裝工藝大幅提升裝配質(zhì)量，并提高約 20％的節(jié)拍， 還可以節(jié)約 10％的原料。圖6中全自動輪胎裝配設(shè)備，由五軸電動擰緊機、物料輸送系統(tǒng)及視覺定位系統(tǒng)組成，通過信息系統(tǒng)與輪胎廠家、物流車輛和輪胎輸送線實現(xiàn)互聯(lián)互通，輪胎從進(jìn)廠到輸送、抓取、定位和擰緊，實現(xiàn)全自動化。抓取擰緊部分可變距提升柔性化程度，雙班可以節(jié)省4人，約4～5年收回設(shè)備投資成本。

圖 5 某主機廠天窗自動裝配

圖 6 廣汽新能源總裝車間輪胎安裝

新興科技

一批最具潛力的新興技術(shù)崛起將會為汽車智能制造帶來顛覆性的變革。一是增材制造，圖7為寶馬工廠3D打印天窗夾具，相比傳統(tǒng)夾具減重3Kg，縮短小批量、復(fù)雜定制化工裝和零部件的開發(fā)周期。二是 VR 技術(shù)進(jìn)行員工培訓(xùn)，在同一地點模擬不同工廠實際操作場景培訓(xùn)，通過虛擬畫面讓員工更直觀地了解操作流程，提高培訓(xùn)效率。三是通過個人手機和現(xiàn)場智能終端，一線員工準(zhǔn)確獲得生產(chǎn)信息并進(jìn)行即時通信。四是智能可穿戴的應(yīng)用，如圖8機械外骨骼，保護關(guān)節(jié)，減輕肌肉勞損負(fù)擔(dān)，降低勞動強度，提高生產(chǎn)率。五是協(xié)作機器人在風(fēng)窗玻璃底涂和擰緊工位的應(yīng)用，人機協(xié)作、靈活易用。

圖 7 寶馬工廠3D打印天窗夾具

圖 8 某工廠機械外骨骼輔助擰緊

結(jié)論

智能制造涵蓋領(lǐng)域多且系統(tǒng)極其復(fù)雜，在漸進(jìn)式演變中，遠(yuǎn)未達(dá)到“終極形態(tài)”。建設(shè)過程中立足企業(yè)實際需求，探尋智能制造基因，洞悉發(fā)展趨勢，對照標(biāo)桿找差距，學(xué)習(xí)先進(jìn)補短板。總裝車間以建設(shè)“設(shè)備自動化、 人員高效化、管理信息化”的中國特色的智能工廠為宗旨，做好頂層規(guī)劃，多部門協(xié)同，分步穩(wěn)妥推進(jìn)。真正實現(xiàn)通過智能制造來提升整車廠的核心競爭力和盈利能力。

AMTS 2022 全新打造的『總裝工程館』，聚焦汽車總裝車間復(fù)雜性管理及柔性化生產(chǎn)的挑戰(zhàn)、總裝車間的數(shù)字化轉(zhuǎn)型、新能源汽車及電池的裝配、汽車管線裝配、總裝車間的高效物流方案、裝配及整車質(zhì)量控制與檢測、以及總裝車間的人機工程優(yōu)化方案等。

AMTS 2022 第十七屆上海國際汽車制造技術(shù)與裝備及材料展覽會將于2022年7月6-9日再次登陸上海新國際博覽中心W1-W5，E1-E3館。

圖文來源：AI《汽車制造業(yè)》

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展會預(yù)告：

2022年4月20日-21日 武漢

AMC 2022汽車工程與新能源汽車產(chǎn)業(yè)系列會議

2022年7月6日-9日 上海

AMTS 2022（第十七屆上海國際汽車制造技術(shù)與裝備及材料展覽會）