裝配制造是產(chǎn)品生命制造周期的重要組成部分，是實現(xiàn)產(chǎn)品功能的主要制造過程。在汽車動力總成裝配制造中，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)動機(jī)裝配是整個發(fā)動機(jī)制造過程的龍頭。

傳統(tǒng)的裝配設(shè)計采用2D圖樣、工藝文件、人工裝配和剛性工裝等，使得動力總成裝配設(shè)計受限，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

柔性化制造技術(shù)要從產(chǎn)品的設(shè)計開始，因為柔性是相對柔性，不存在萬能的生產(chǎn)設(shè)備。所以柔性化制造技術(shù)對于產(chǎn)品設(shè)計的平臺化、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化要求都十分重要，產(chǎn)品設(shè)計要重點考慮工廠的局限性，這些是柔性化制造技術(shù)的開端和基礎(chǔ)。

參數(shù)化建模

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

▲參數(shù)化設(shè)計

應(yīng)用數(shù)據(jù)庫

在數(shù)字化軟件仿真環(huán)境中，通過數(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、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；通過數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，提高設(shè)計效率，使裝配零件更具通用化和柔性化。

Part．2 汽車產(chǎn)線案例背景

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

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

物流配送：原有的371／372／472動力總成轉(zhuǎn)運器具是非通用性器具，總裝發(fā)動機(jī)裝配線邊的物流區(qū)域無法滿足三款發(fā)動機(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)動機(jī)車間由此會增加物流的存放面積及增加物流轉(zhuǎn)運壓力。

Part．3 動力總成柔性化裝配設(shè)計

數(shù)字化裝配設(shè)計

①產(chǎn)品數(shù)模的區(qū)域分析：通過對三款發(fā)動機(jī)數(shù)模進(jìn)行區(qū)域分析，初步確定支撐點位置。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)字化軟件對動力總成裝配工序進(jìn)行仿真模擬，確定每款發(fā)動機(jī)裝配及拆分順序。

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

④動力總成裝配托盤建模：根據(jù)產(chǎn)品裝配工序、動作的分析模擬，建立托盤數(shù)字模型。

▲動力總成裝配托盤

⑤動力總成與托盤裝配仿真模擬：在發(fā)動機(jī)總成裝配過程中，發(fā)動機(jī)機(jī)型差異件較多，零件分布密集，裝配空間相對狹小，因此在整個發(fā)動機(jī)裝配過程中，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，通過產(chǎn)品數(shù)模與托盤數(shù)模之間的裝配仿真模擬，可以檢測各支撐點是否合理、過程中是否有干涉等。

工作原理

整體動力總成裝配托盤在裝配線線體上輸送旋轉(zhuǎn)，通過三款發(fā)動機(jī)SE分析確定公共點，根據(jù)公共點設(shè)計固定支撐點。

▲動力總成裝配線改進(jìn)前后

考慮到動力總成裝配順序和裝配重心等因素，確定重合支撐點，通過設(shè)計活動支撐柱、扳倒底座和轉(zhuǎn)動銷等設(shè)計柔性化支撐立柱結(jié)構(gòu)，接著設(shè)計定位銷，保證發(fā)動機(jī)放置的一致性，以及動力總成裝配過程中的晃動等問題，從而最終滿足三款發(fā)動機(jī)的柔性化裝配的目的。

Part．4 動力總成轉(zhuǎn)運托盤設(shè)計

動力總成轉(zhuǎn)運器具裝載的是發(fā)動機(jī)車間裝配完成的發(fā)動機(jī)動力總成（發(fā)動機(jī)和變速器），考慮現(xiàn)場物流轉(zhuǎn)運方式、物流存放空間和柔性化等因素，器具包括通用框架和托盤。通用框架具有堆垛、柔性化和減少物流存放空間等優(yōu)點。托盤可以拆卸，方便以后的車型切換。

設(shè)計細(xì)節(jié)

①通過前面動力總成裝配托盤的設(shè)計，確定了三款發(fā)動機(jī)的支撐點位置。

②動力總成轉(zhuǎn)運器具裝載的是發(fā)動機(jī)車間裝配完成的發(fā)動機(jī)動力總成（發(fā)動機(jī)和變速器），在原有的發(fā)動機(jī)支撐點位置的基礎(chǔ)上，確定變速器的支撐點位置（通過數(shù)字化模擬仿真確定）。

▲動力總成轉(zhuǎn)運器具

③確定器具托盤方案后，經(jīng)過三款動力總成吊裝模擬、檢查干涉和碰撞等，設(shè)計導(dǎo)向桿，方便起吊。

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

工作原理

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

▲轉(zhuǎn)運托盤

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

Part．5 柔性化生產(chǎn)設(shè)計與應(yīng)用實例

柔性化線可以把不同平臺的車型在不同的產(chǎn)線之間實現(xiàn)任意調(diào)換，減少銷量需求變化對生產(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

一級總成（主線及下部線）：車身骨架總成和車身下部總成；二級總成（分裝總成大工位）：發(fā)動機(jī)艙總成、前地板總成、后地板總成和左右側(cè)圍總成；三級總成（各級分裝小工位）：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)計與應(yīng)用

1）隨行夾具的應(yīng)用

隨行夾具是依據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)管理系統(tǒng)（G－MES）的指令車型結(jié)合設(shè)備PLC控制程序進(jìn)行自動調(diào)用，在相應(yīng)的人工裝件工位設(shè)置有電子顯示屏，通過預(yù)先的編程來顯示裝件車型及狀態(tài)，最終實現(xiàn)人工裝件與隨行夾具切換的匹配。焊接作業(yè)由機(jī)器人自動完成，拼接后分總成件再由機(jī)器人抓取通過輸送系統(tǒng)輸送到下道工序。因此，這種柔性方式可實現(xiàn)任意平臺車型在同一條生產(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型柔性：發(fā)艙總成、前／后地板總成通過空中EMS排序輸送到拼接工位，機(jī)器人切換抓手來實現(xiàn)對應(yīng)車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一個七軸機(jī)器人抓取放置到主線臺車系統(tǒng)中，此七軸機(jī)器人也是通過切換抓手來實現(xiàn)柔性生產(chǎn)。

▲機(jī)器人頂蓋工位應(yīng)用

頂蓋工位：通過定位夾具（抓具與定位夾具一體）的切換，來實現(xiàn)多車型柔性生產(chǎn)。

3）自動送料與機(jī)器人抓手應(yīng)用

門檻總成上件工位：由于門檻總成形狀為細(xì)長條型，我們采用豎向懸掛的自動送料機(jī)構(gòu)，多車型柔性生產(chǎn)，可以采用一個車型對應(yīng)兩個自動送料機(jī)構(gòu)（左右各一個，圖9為四車型混線），通過機(jī)器人切換定位抓手的形式來實現(xiàn)。

▲工位應(yīng)用

現(xiàn)階段的柔性化已從設(shè)備自動化的“量優(yōu)化”向“質(zhì)優(yōu)化”轉(zhuǎn)變。柔性化制造是從企業(yè)的長期戰(zhàn)略考慮而產(chǎn)生的一種生產(chǎn)與經(jīng)營決策。通過以上動力總成的柔性化裝配設(shè)計可以看出，生產(chǎn)柔性化不僅是單一的技術(shù)問題，還涉及到企業(yè)管理的各個方面，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)，這個總的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)才能良好運行并發(fā)揮最大的效益。