裝配制造是產(chǎn)品生命制造周期的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的主要制造過(guò)程。在汽車(chē)動(dòng)力總成裝配制造中，裝配成本占到總成本的40％，裝配工作占全機(jī)生產(chǎn)工作的一半以上，因此發(fā)動(dòng)機(jī)裝配是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程的龍頭。

傳統(tǒng)的裝配設(shè)計(jì)采用2D圖樣、工藝文件、人工裝配和剛性工裝等，使得動(dòng)力總成裝配設(shè)計(jì)受限，剛性強(qiáng)，柔性化程度不高，造成投入成本增高。

Part．1 參數(shù)化建模及應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)

柔性化制造技術(shù)要從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)始，因?yàn)槿嵝允窍鄬?duì)柔性，不存在萬(wàn)能的生產(chǎn)設(shè)備。所以柔性化制造技術(shù)對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的平臺(tái)化、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化要求都十分重要，產(chǎn)品設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮工廠的局限性，這些是柔性化制造技術(shù)的開(kāi)端和基礎(chǔ)。

參數(shù)化建模

對(duì)于柔性化裝配過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)和通用零件（如夾具定位銷(xiāo)、規(guī)制塊和夾鉗等），根據(jù)其規(guī)格尺寸建立表格，通過(guò)數(shù)字化軟件進(jìn)行參數(shù)化建模，并建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，有效縮減了建模的時(shí)間。

▲參數(shù)化設(shè)計(jì)

應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)

在數(shù)字化軟件仿真環(huán)境中，通過(guò)數(shù)據(jù)接口，調(diào)入建立裝配工位所需的各種CAD模型，如工作臺(tái)、產(chǎn)品和工裝夾具等；在數(shù)字化軟件模塊里可以從可查詢的資源目錄中裝載各類裝配資源；通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用，提高設(shè)計(jì)效率，使裝配零件更具通用化和柔性化。

Part．2 汽車(chē)產(chǎn)線案例背景

乘用車(chē)總裝車(chē)間：根據(jù)產(chǎn)品規(guī)劃要求，現(xiàn)有的整車(chē)裝配線需要滿足S系列與A系列車(chē)型的混線生產(chǎn)，同時(shí)總裝車(chē)間發(fā)動(dòng)機(jī)分裝線需要滿足371／372／472三款發(fā)動(dòng)機(jī)總成混線裝配生產(chǎn)，以滿足兩款車(chē)型共線排序生產(chǎn)的需求。

發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)間：371／372／472三款發(fā)動(dòng)機(jī)總成不在一條裝配線生產(chǎn)，為滿足總裝車(chē)間的混線排序生產(chǎn)的需求，提升發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)間的生產(chǎn)效率，371／372／472三款發(fā)動(dòng)機(jī)總成需要實(shí)現(xiàn)共線排序的生產(chǎn)。

物流配送：原有的371／372／472動(dòng)力總成轉(zhuǎn)運(yùn)器具是非通用性器具，總裝發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線邊的物流區(qū)域無(wú)法滿足三款發(fā)動(dòng)機(jī)總成的存放，而且制約了混線排序生產(chǎn)效率，易造成停線。發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)間由此會(huì)增加物流的存放面積及增加物流轉(zhuǎn)運(yùn)壓力。

Part．3 動(dòng)力總成柔性化裝配設(shè)計(jì)

數(shù)字化裝配設(shè)計(jì)

①產(chǎn)品數(shù)模的區(qū)域分析：通過(guò)對(duì)三款發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)模進(jìn)行區(qū)域分析，初步確定支撐點(diǎn)位置。產(chǎn)品數(shù)模的區(qū)域分析如圖所示。

▲產(chǎn)品數(shù)模的區(qū)域分析

②裝配工序創(chuàng)建及工序數(shù)據(jù)的拆分：利用數(shù)字化軟件對(duì)動(dòng)力總成裝配工序進(jìn)行仿真模擬，確定每款發(fā)動(dòng)機(jī)裝配及拆分順序。

③裝配動(dòng)作的三維仿真：利用數(shù)字化軟件對(duì)動(dòng)力總成裝配動(dòng)作進(jìn)行仿真模擬，確定每款發(fā)動(dòng)機(jī)裝配動(dòng)作相互間的關(guān)系。

④動(dòng)力總成裝配托盤(pán)建模：根據(jù)產(chǎn)品裝配工序、動(dòng)作的分析模擬，建立托盤(pán)數(shù)字模型。

▲動(dòng)力總成裝配托盤(pán)

⑤動(dòng)力總成與托盤(pán)裝配仿真模擬：在發(fā)動(dòng)機(jī)總成裝配過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型差異件較多，零件分布密集，裝配空間相對(duì)狹小，因此在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中，極有可能出現(xiàn)工具與靜態(tài)設(shè)備（工件、定位座和夾具等）之間的碰撞或干涉，通過(guò)產(chǎn)品數(shù)模與托盤(pán)數(shù)模之間的裝配仿真模擬，可以檢測(cè)各支撐點(diǎn)是否合理、過(guò)程中是否有干涉等。

工作原理

整體動(dòng)力總成裝配托盤(pán)在裝配線線體上輸送旋轉(zhuǎn)，通過(guò)三款發(fā)動(dòng)機(jī)SE分析確定公共點(diǎn)，根據(jù)公共點(diǎn)設(shè)計(jì)固定支撐點(diǎn)。

▲動(dòng)力總成裝配線改進(jìn)前后

考慮到動(dòng)力總成裝配順序和裝配重心等因素，確定重合支撐點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)活動(dòng)支撐柱、扳倒底座和轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)等設(shè)計(jì)柔性化支撐立柱結(jié)構(gòu)，接著設(shè)計(jì)定位銷(xiāo)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)放置的一致性，以及動(dòng)力總成裝配過(guò)程中的晃動(dòng)等問(wèn)題，從而最終滿足三款發(fā)動(dòng)機(jī)的柔性化裝配的目的。

Part．4 動(dòng)力總成轉(zhuǎn)運(yùn)托盤(pán)設(shè)計(jì)

動(dòng)力總成轉(zhuǎn)運(yùn)器具裝載的是發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)間裝配完成的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成（發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器），考慮現(xiàn)場(chǎng)物流轉(zhuǎn)運(yùn)方式、物流存放空間和柔性化等因素，器具包括通用框架和托盤(pán)。通用框架具有堆垛、柔性化和減少物流存放空間等優(yōu)點(diǎn)。托盤(pán)可以拆卸，方便以后的車(chē)型切換。

設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

①通過(guò)前面動(dòng)力總成裝配托盤(pán)的設(shè)計(jì)，確定了三款發(fā)動(dòng)機(jī)的支撐點(diǎn)位置。

②動(dòng)力總成轉(zhuǎn)運(yùn)器具裝載的是發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)間裝配完成的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成（發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器），在原有的發(fā)動(dòng)機(jī)支撐點(diǎn)位置的基礎(chǔ)上，確定變速器的支撐點(diǎn)位置（通過(guò)數(shù)字化模擬仿真確定）。

▲動(dòng)力總成轉(zhuǎn)運(yùn)器具

③確定器具托盤(pán)方案后，經(jīng)過(guò)三款動(dòng)力總成吊裝模擬、檢查干涉和碰撞等，設(shè)計(jì)導(dǎo)向桿，方便起吊。

④設(shè)計(jì)外框架模型，與托盤(pán)和動(dòng)力總成做模擬仿真分析，檢查每款動(dòng)力總成之間是否存在干涉、碰撞及能否實(shí)現(xiàn)混裝。

工作原理

考慮到器具的轉(zhuǎn)運(yùn)方式等因素，托盤(pán)上的支撐組件不易采用活動(dòng)扳倒結(jié)構(gòu)，必須采用固定結(jié)構(gòu)，保證動(dòng)力總成在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中穩(wěn)固可靠。

▲轉(zhuǎn)運(yùn)托盤(pán)

動(dòng)力總成在吊裝過(guò)程中為了方便和保證質(zhì)量，導(dǎo)向桿起到多款不同發(fā)動(dòng)機(jī)在起吊過(guò)程中導(dǎo)向限位及員工目視參照的作用，方便動(dòng)力總成落入規(guī)定的支撐點(diǎn)上。發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器支撐單元保證了轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的動(dòng)力總成穩(wěn)定。

Part．5 柔性化生產(chǎn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例

柔性化線可以把不同平臺(tái)的車(chē)型在不同的產(chǎn)線之間實(shí)現(xiàn)任意調(diào)換，減少銷(xiāo)量需求變化對(duì)生產(chǎn)線產(chǎn)能的影響，保證不同生產(chǎn)線之間的產(chǎn)能平衡，提高生產(chǎn)線利用率。

工藝規(guī)劃——制定生產(chǎn)線分區(qū)原則

一級(jí)總成（主線及下部線）：車(chē)身骨架總成和車(chē)身下部總成；二級(jí)總成（分裝總成大工位）：發(fā)動(dòng)機(jī)艙總成、前地板總成、后地板總成和左右側(cè)圍總成；三級(jí)總成（各級(jí)分裝小工位）：前縱梁輪罩總成、前擋板總成和后縱梁總成等。

▲產(chǎn)線分區(qū)

夾具設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1）隨行夾具的應(yīng)用

隨行夾具是依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)（G－MES）的指令車(chē)型結(jié)合設(shè)備PLC控制程序進(jìn)行自動(dòng)調(diào)用，在相應(yīng)的人工裝件工位設(shè)置有電子顯示屏，通過(guò)預(yù)先的編程來(lái)顯示裝件車(chē)型及狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)人工裝件與隨行夾具切換的匹配。焊接作業(yè)由機(jī)器人自動(dòng)完成，拼接后分總成件再由機(jī)器人抓取通過(guò)輸送系統(tǒng)輸送到下道工序。因此，這種柔性方式可實(shí)現(xiàn)任意平臺(tái)車(chē)型在同一條生產(chǎn)線上按照規(guī)劃預(yù)定的生產(chǎn)模式實(shí)現(xiàn)共線生產(chǎn)。

2）機(jī)器人拼裝工位應(yīng)用

機(jī)器人拼裝工位的多車(chē)型柔性：發(fā)艙總成、前／后地板總成通過(guò)空中EMS排序輸送到拼接工位，機(jī)器人切換抓手來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)車(chē)型分總成的抓取上件，裝件完畢后機(jī)器人切換焊鉗完成焊接；焊接好的下部總成通過(guò)一個(gè)七軸機(jī)器人抓取放置到主線臺(tái)車(chē)系統(tǒng)中，此七軸機(jī)器人也是通過(guò)切換抓手來(lái)實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)。

▲機(jī)器人頂蓋工位應(yīng)用

頂蓋工位：通過(guò)定位夾具（抓具與定位夾具一體）的切換，來(lái)實(shí)現(xiàn)多車(chē)型柔性生產(chǎn)。

3）自動(dòng)送料與機(jī)器人抓手應(yīng)用

門(mén)檻總成上件工位：由于門(mén)檻總成形狀為細(xì)長(zhǎng)條型，我們采用豎向懸掛的自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，多車(chē)型柔性生產(chǎn)，可以采用一個(gè)車(chē)型對(duì)應(yīng)兩個(gè)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)（左右各一個(gè)，圖9為四車(chē)型混線），通過(guò)機(jī)器人切換定位抓手的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

▲工位應(yīng)用

現(xiàn)階段的柔性化已從設(shè)備自動(dòng)化的“量?jī)?yōu)化”向“質(zhì)優(yōu)化”轉(zhuǎn)變。柔性化制造是從企業(yè)的長(zhǎng)期戰(zhàn)略考慮而產(chǎn)生的一種生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)決策。通過(guò)以上動(dòng)力總成的柔性化裝配設(shè)計(jì)可以看出，生產(chǎn)柔性化不僅是單一的技術(shù)問(wèn)題，還涉及到企業(yè)管理的各個(gè)方面，只有將與之相關(guān)的生產(chǎn)、物流、質(zhì)量和成本等系統(tǒng)都考慮在內(nèi)，這個(gè)總的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)才能良好運(yùn)行并發(fā)揮最大的效益。