中国汽车制造行业与数字化制造(连载四)

    4．汽车行业数字化制造的需求分析

    汽车的制造工艺按照类型划分为冲压、白车身焊接、喷涂、总装、动力总成(发动机)以及其它零配件的制造/装配。其中，白车身焊接、总装和动力总成工艺是最复杂的三种类型，下面对这三种工艺的特点及数字化制造需求进行分析。

    1）白车身工艺的特点及数字化制造需求

    白车身制造的基本过程就是采用机器人(或者手动加机械手辅助)的手段，传输、抓取、夹持离散的钣金和冲压件并将其焊接成复杂的白车身结构。白车身焊装过程的操作工序繁多，工艺内容复杂，它是汽车制造企业最为关心的工艺领域之一，据统计，一个轿车的白车身在焊装过程中要经历3000~5000 个点焊步骤，用到100 多个大型夹具，500~800 个定位器，许多工艺信息都和零部件的三维几何特性密切相关，这给车身焊装工艺参数选择、工艺流程规划、车身焊装的质量控制甚至车身设计都带来很多挑战。如何管理好数以千计的焊点，保证无漏焊、重焊，是白车身工艺规划的难点。总体来说，白车身工艺的特点和发展趋势如下：

    (1) 工艺越来越复杂和先进。为了实现汽车轻量化，更多类型的材料被应用到白车身制造中来，这无疑增加了焊接工艺的难度；减少焊点数量并广泛使用先进的激光焊接技术正成为车身焊接技术的发展方向。

    (2) 制造过程属于高度资本密集类型，在夹具以及传输、夹持零件所需的自动化设备，进行焊接作业的机械手，验证质量所需的测量/测试设备等领域投资庞大。

    (3) 大量使用机器人和自动化技术。为了保证焊装工艺的节拍和白车身的整体质量，国外已经实现白车身焊接工作量的90％以上由机器人完成，机器人的控制、自动化和编程过程相当复杂。

    (4) 对产品设计和工艺规划的质量要求很高。为了保证高可靠性，要求超过95％的实际制造过程被模拟和仿真，并要求精确的设备设计、模拟和精确的生产节拍，从而缩短调试与试运行时间。

    (5) 为了追求现有资本设备的价值最大化，白车身混线生产的要求日趋明显，对标准化和柔性的要求更高。这要求实现模块化和标准化的焊接工位、标准化驱动柔性制造、采用新的工具和手段增加制造柔性、机器人之间的分工协作和共享轿车平台。

    然而多年以来，在白车身焊装线领域，国内绝大多数整车厂还处在一个很低的技术水平上，无论是项目招标还是具体项目实施，相关数据多数还停留在AutoCAD 图纸状态，焊装工艺工程师最为主要的工作内容就是Excel 填表和截图，工程师难有时间去考虑制造工艺本身的问题，如节拍平衡、生产线布置以及工位仿真等。目前，白车身制造过程中存在的问题包括：工艺设计数据和手段依然停留在二维年代；缺乏有效管理焊点信息的手段，缺乏统一的数据管理平台，缺乏精确的焊接过程分析手段，缺乏更为直观、精确的工厂布局和仿真手段，缺乏精确的物流过程分析手段，缺乏更有竞争力的招标投标技术手段。这些问题是汽车制造商在白车身工艺和制造过程中积极采用数字化制造技术的主要原因。一般来说，一套支持白车身工艺的数字化制造解决方案应具备以下功能特点：

    (1) 是一套支持白车身工艺“概念规划－粗规划－详细规划－生产运行管理”的完整解决方案，具有统一的工作平台和数据管理层；支持生产区域的工艺规划和模拟；采用先进的三维图形引擎；支持白车身工艺的特殊功能，如焊点布置、生产线的模拟、机器人模拟等。

    (2) 对白车身工艺规划的支持。获得产品数据和三维装配信息，定义工序顺序，优化布置焊点，用二维和三维的方式进行资源配置和布局，对变更进行管理，进行投资成本评估，并最终生成工艺卡和相关文件资料。

    (3) 对白车身工艺仿真的支持。对白车身焊装信息即工位、夹具、车身零部件、焊点、焊枪和操作者进行建模，生成用于模拟的工作单元，管理并分析模拟结果，通过工作单元的组合来进行生产线模拟。

    2）总装工艺的特点及数字化制造需求

    汽车总装的基本过程就是采用手动......More↓↓↓