汽車總裝工藝技術應用趨勢研究

蘭德洪

關鍵詞：汽車總裝；工藝技術；應用趨勢

0 前言

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

1 汽車總裝工藝技術發展歷程

自第二次工業革命后，汽車逐步取代了傳統車具和人工載具，成為使用規模最廣、應用普及度最高的交通工具。隨著生產力與生產需求的不斷提高，如何在短時間內完成汽車的裝配工作已成為汽車制造業首要關注的問題，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，大多是經生產線生產完畢后由人工進行裝配。隨著汽車車型的發展與部件類型的增加，汽車總裝工藝逐步發展為模塊化生產［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，電子控制系統模塊與產品結構模塊是此階段汽車總裝工藝的主要發展類型。由于人工成本及汽車制造技術多元發展的影響，汽車總裝工藝的自動化發展迅速，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的顯著特征，各部件的裝配越發呈現模塊化、機械化趨勢。此后，隨著裝配技術的進一步發展，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（SPS）物流；④ 裝配仿真。

2 汽車總裝工藝技術應用現狀

2. 1 力矩控制智能化

汽車智能化總裝工藝技術中的力矩擰緊工作普遍采用高精度設備完成，通常采用扭矩法+轉角法的方式屈服裝配強度。該技術的實際應用主要是以控制力矩的手段，實現間接控制擰緊質量的目的，具有在線動態力矩監控的顯著特性［2］。汽車裝配工程通過網絡手段實時監控擰緊質量與數據信息分析處理，以此進行智能統計的過程控制。該技術利用網絡化通信模塊與單片機控制器結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、自動化的方向發展。當前，擰緊多采用扭矩加屈服強度或轉角的方式，偏向于通過控制力矩實現對擰緊質量的控制，并將之轉化為直接控制預緊力，保證生產組裝的有效性。此外，智能數據化網絡系統的運用，使得工作人員能夠借助力矩數據系統對力矩擰緊裝備進行科學監控，并將檢測數據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雜的情況，容易出現裝配人員的非常規作業姿勢。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，并采取柔性化設計提高工裝作業的人機性，具體案例包括：① 汽車底盤車體附件裝配往往出現人員身體彎曲等不良作業清理情況，現如今越來越多的汽車裝配廠采用可旋轉C 型鉗吊具矯正人員的作業姿態［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模式為多車型混線生產，由于儲料空間和物料種類的限制，導致汽車總裝效率與物流效率不甚理想。因此，現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量。同時，由于SPS 物流主要以智能技術為依托，汽車物料的投放更趨向于自動化、智能化，且采用自動導向車（AGV）車型代替人工物流操作，是現階段汽車總裝過程普遍采用的物流方式。

2. 4 裝配仿真

隨著智能技術的進一步發展，虛擬現實技術及建筑信息模型（BIM）技術的高仿真能力在汽車總裝領域得到越來越廣泛的應用，汽車總裝的同步工程在開發初期階段，就開始對設備的可操作性、產品結構裝配性等方面進行虛擬仿真分析，因此能夠在設計的事前階段發現和解決裝配工藝問題。相關產品數據設計利用3D 仿真分析軟件的工時分析模塊對裝配設備的裝配工時及裝配工序實現了優化分配。隨著仿真技術的進一步發展，虛擬化裝配的應用越發普及，開始偏向于借助計算機模擬生產過程，能夠有效降低汽車裝配的出錯率。該技術集成了計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工藝規劃（CAPP）和計算機輔助設計（CAD），能夠實現對零部件裝配的數據化模擬，提升裝配模塊拆分的合理性。此外，虛擬化裝配技術還能將裝配生產信息轉化為數據進行管理，進一步平衡總裝工藝流水，合理分配各崗位工作量，實現工作效率的進一步提升。整體而言，虛擬化裝配技術作為精益求精的產物，未來將會帶來難以估計的回報，極有可能成為發展熱點。

3 汽車總裝工藝技術的特征分析

汽車總裝工藝技術的特征主要包括：

（1） 現階段汽車總裝工藝的模塊化技術越發成熟，進一步簡化了汽車裝配關系，逐步改變了傳統汽車總裝的設計理念和工藝實施策略，汽車全球化采購和供貨趨勢越發明顯，產品結構的模塊化和通用化必然會成為汽車制造業的全新供應鏈關系，但由于此模式高度依賴線上網絡技術，如果出現技術滯后等問題則很容易出現信息不對稱現象［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，部分高級汽車制造商借此工藝實現了平臺化生產到智能化生產的有效過渡，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的高度。因此，在多個模塊的高智能化開發基礎上，形成了“多功能汽車平臺”和“高端元模型智能群”的整體趨勢，汽車總裝工藝技術同步設計出風格不同的產品，其設計生產更加高效。

（3） 智能化技術在汽車總裝工藝技術中的應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智能化發展難以全面滲透的主要原因之一。但隨著智能化技術不斷轉換為實際效益，車型的研發成本逐步降低，汽車總裝工藝技術智能化回報率明顯提高。目前，汽車總裝工藝技術與人工智能、物聯網、BIM 等高端智能技術的聯合使用已逐步形成了新型制造形態。在“工業4.0”引導下的智能技術必然會在汽車總裝工藝中迎來飛速發展，汽車制造業也將迎來新一輪的技術革命。

（4） 隨著科學技術發展與產品營銷理念的日趨成熟，汽車總裝工藝生產層面與技術層面的進化必然會受到消費結構的影響，目前隨著汽車總裝工藝的進一步發展，汽車制造廠家的角色正在發生轉變，主要轉化為移動出行和產品服務的提供商，這必將成為汽車制造工藝技術革新的新方向。

4 汽車總裝工藝技術的應用趨勢

4. 1 汽車總裝車間生產的精細化與智能化

為了降低資源消耗率、實現資源的合理配置，歐美發達國家經長期研究實踐后，提出了大規模應驗了汽車總裝的精細柔性化生產，利用各種技術手段在保障汽車企業生產質量的同時提高生產效益?，F代企業在汽車總裝過程中，必然遵循著生產制造效益的提高與資源的高效發揮的制造原則。隨著國內外學者的長期實踐與探索，精細化、智能化汽車總裝生產模式越發完善，最終在汽車制造領域得到了有效發展。目前的汽車生產過程具有產品更新速度快、人工費用多及生產工期長等特點，精細化、智能化總裝技術能夠有效縮減汽車生產過程中的人力、材料等成本支出，保障汽車裝配的穩定性，提升汽車產品質量［5］。此外，自動化總裝技術還為測試支出、生產支出等提供了保障，提升了裝配的精準性，有利于汽車成品質量的提升?；诖髷祿夹g的不斷發展，智能化汽車總裝車間生產發展可行性進一步提高。

4. 2 總裝技術的虛擬化與自動化

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，汽車廠家生產制造的產品從原有的單一大批量生產，逐步轉化為靈活的訂單式生產，汽車裝配的復雜性越發明顯，汽車零部件種類與數量越來越多，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方式的變革。

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

5 結語

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