论文部分内容阅读
摘 要：本文阐述了目前国内整车装配的工艺及相关设备的概况和现状，并说明了今后在市场作用的推动下，总装工艺及总装设备的发展趋势。
关键词：整车装配 工艺 发展趋势
Current Status and Development Trend of Automobile Final Assembly Process
Gong Ke
Abstract：This article describes the current domestic vehicle assembly process and related equipment overview and status quo， and explains the future development trend of the final assembly process and final assembly equipment driven by the market.
Key words：vehicle assembly， technology， development trend
随着国内汽车行业的发展及人民汽车消费观的成熟，汽车市场正逐步迈入国际化、个性化、多样化的方向发展，传统的总装流水线式生产模式因为其局限性，逐渐无法满足目前趋于多样性的产品要求。在此背景下，总装生产线也逐渐开始进行转变，对传统流水线工位进行整合，实现总装工艺的并行，保证物流的流畅，逐渐向模块化装配、柔性装配方向转变。在这样的大背景下，如何实现装配的模块化、自动化、柔性化，如何在装配过程中合理运用计算机技术，已经成为提高行业整车装配效率的关键问题。
1 总装工艺设备概况
汽车总装生产线是由输送设备、加注设备、各类专用设备及工具组成。
1）输送设备：输送设备即传统意义上的流水线，是总装最基本也是最重要的设备，其主要由线体及各类转接机构组成。线体的用途是完成车体在流水线上的运输工作，由于模块化生产在总装车间的广泛应用，目前汽车行业总装线体大致可以划分为PBS线、内饰线、底盘线、完成线、检测线、报交线、仪表预装线、车门预装线、前端模块预装线、前后桥预装线、底盘预装线等。线体的形式主要有滚床滑橇、滑动板链、摩擦线、积放链、板链、EMS、AGV。各线体之间的衔接工作就需要各类转接机构来完成，通过转接设备，完成预装总成与主线车体的连接。如前后桥、动力总成一般采用电、气动葫芦或起重机，采用吊挂的形式完成转接、仪表预装总成采用举升定位结构，与主线机械手完成交接，动力电池总成采用带升降功能的AGV小车实现上线。
2）加注设备：汽车内部充斥着大量油液，有汽油、机油、冷却液、制动液、风窗洗涤液等，加注质量也很大程度上决定了整车的装配质量。随着制造业技术的高速发展，国内加注设备功能上得到了很大的提升，由最初的纯手动加注发展到目前的全自动加注设备或集中加注站。目前轿车油液加注已普遍采用具有抽真空、保压检漏、定量加注等功能的加注设备，大大提高了油液加注质量。
3）检测设备：检测线的设备能力也有较大的提升，由最初的室外道路检测发展到目前的室内检测线。检测线主要由侧滑台、前束调整、大灯检测、转鼓实验台、尾气检测、安规检测、燃油密封检测等设备组成。
4）专用设备：随着对汽车产量及质量要求的提升，各类高效的专用设备逐步被开发并被广泛使用。目前常见的單机设备有：VIN码打刻机、激光打标机、轮胎拧紧机、仪表合装机械手、前围合装机械手、座椅机械手、轮胎机械手、风窗涂胶设备、方向盘对中设备、手制动调整设备、ADAS标定设备、头道密封设备、整车电器检测配置、外接电源设备等。
5）工具：由于目前总装的自动化率不是很高，主要还是靠人工完成装配作业，在这个过程中工具对提高装配效率及人机工程起到了至关重要的作用。常见的工具包括标准的动力工具、风动套筒、铆钉枪、铆螺母枪等，此外还有特殊定制的各类标签定位工装、缝道调整工具、随行小车等。
2 汽车总装工艺设备水平现状
设备的技术先进度对提高整车制造效率及生产质量起到了至关重要的作用，同时也体现了我国汽车装配技术的水平。随着我国汽车工业的蓬勃发展，我国引进了大量国外先进制造设备，极大地提高了国内汽车制造水平。国内各大设备生产厂家也纷纷吸收国外最新技术，并加以改进，形成大量专利。随着近20年的高速发展，除检测线外，绝大多数的设备均已实现国产化。汽车总装工艺设备主要分为以下六类：检测设备、输送设备、自动化装配站、加注设备、拧紧设备及专用设备。各类设备的现状如下：
1）检测设备：由于此类设备的精度要求较高，目前国内几乎没有厂家能完全掌握相关制造技术及标准，仅有部分研究机构有进行初步的研究，市面上并没有成熟的产品可以选用，仍主要依靠进口，仅有部分简单的实验设备由国内自行集成，但核心传感器技术仍掌握在他国手中。
2）输送设备：主要分为刚性和柔性两类。常见的刚性输送线有滑板线、滚床线、摩擦线等，该类产线因为结构简单，稳定可靠，技术难度底，国内已经可以完全自主设计并制造，同时保证较高的设备稳定性。柔性输送一般分为三种：第一种为整车柔性输送设备，常见的输送形式有积放链、EMS、AGV，目前均实现国产化，其中积放链因为技术引进较早，目前使用广泛，且国产质量牢靠，EMS及AGV由于成本及集成难度稍高，国产化后的稳定性相对较高，但较传统的输送线还是有所不足，不过胜在高柔性的特点，近几年国内应用也越趋广泛。第二种是中型总成件柔性输送线，主要用于输送动力总成及底盘件等预装总成，目前这类输送线也已实现国产，单寿命较短。第三种是小型零件柔性输送线，运输诸如减震器、滤清器等零件，该种输送线负载较小，精度要求低，目前国内已经能够实现国产，且质量稳定。 3）全自动装配站：总装车间常见用于前后风窗及天窗的装配，但由于成本优势较低，国内采用的并不多见，目前国内能实现自行集成。
4）加注设备：已经能够实现国内集成，且主流功能完备，但核心传感器技术仍由国外掌握。
5）拧紧机：国产设备精度差，故障率高，目前主要还是依靠进口，但是为了降低成本，夹持及助理部分基本采用国产，仅拧紧轴部分仍采用进口。
6）专用设备：目前绝大多数专用设备均能实现国产，仅对精度要求较高的伺服电机、传感器及气动元件仍保持进口。
3 汽车总装技术及设备发展趋势
3.1 总装技术发展趋势
随着国内汽车市场产品种类日趋完善，消费者的个性化需求也日趋多样化，在这样的背景下，汽车生产也从一开始的产品单一的大批量生产逐渐转变为灵活的高产品适应性的订单式生产。汽车装配的复杂性越来越高，零件的选装种类及数量也越来越多，这样对零件的供给、接收、保管都提出了更为苛刻的要求。这就必然促使生产方式产生新的变革。目前主要的趋势有模块化装配、柔性装配及虚拟化装配。
7）模块化装配：目前该种装配方式在各类主机厂中较为常见，但是因为各品牌产品结构上的差异，在模块化的程度上可能略有不同。常见的模块有仪表、前围、车门、底盘、动力总成等。通过模块化生产，各工序能够实现并行装配，大量压缩主线长度，大幅提高生产效率，甚至部分厂家会将模块外包外做，仅需采购模块化产品进行总装即可，同时后期如需引入其他车型，相应的适应性改造也要更为经济、便捷。
8）自动化装配：随着今年国内机器人集成技术及视觉技术的不断发展，在总装实现更多的自动化装配已成为可能。自动化装配系统是柔性的、可编程、可扩展的。完整的系统由自动送料装置、机器人系统、视觉识别技术、超声波系统、夹具更换机构、计算机系统综合集成而来。该种装配方式的现实優点是可以大幅降低工人的劳动强度，提高装配质量，保证产品一致性，也可以避免现场扯皮的问题。目前该技术因为其成本原因，并未大范围采用，仅部分龙头企业进行过少量应用，但是可以预见，随着技术的发展及成本的下降，自动化装配必定是今后发展的主要方向。
9）虚拟化装配：该方法是采用计算机技术，通过计算机模拟的手段，对汽车零部件进行模拟装配，拆分装配模块，制定装配工序，选取相应工具。该方法通过产品数据管理（Product Data Management），将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CA PP）和计算机辅助制造（CAM）统一集成起来，是一种具有高柔性、高适应性的模拟装配方法。该方法主要包含三个部分：1、整车数据管理，通过产品数据管理的方法获得产品设计结构数据、产品装配数据，为后续详细分析做好准备。2、拆分装配模块，该部分是制定总转工艺的基础，通过该部分，我们能基本确定整车的装配工序、装配工具、专用设备的技术要求等。3、工时平衡：该部分用于改善流水线流畅性，平衡各岗位工作量，提高装配效率，降低生产成本，是精益生产的重要组成部分。
10）专用设备的发展趋势：随着汽车装配技术的不断提升，相应的专用设备也得到空前发展。输送线目前朝着柔性化、自动化、模块化的方向发展，以满足多车型、高产量的生产需求。加注设备朝着自动化、多功能、高集成度、定量加注、真空检测等方向发展，大大提高加注质量及加注成功率。检测线朝视觉技术、激光技术、智能监控诊断方向发展，不断加入新颖的计算机技术，能够极大提高检测精度，同时如发生问题，可以引导维修人员进行快速的故障排除。拧紧机朝着无线、自动化拧紧的方向发展。动力工具由气动朝电动化方向发展。总的来说，专用设备的主要发展方向是自动化、柔性化、智能化，实现适应多种产品的共线生产，减少工人负荷，快速排查故障的需求。
4 结束语
随着汽车市场竞争的日益激烈，消费者汽车消费观的不断成熟，提高生产效率、降低制造成本、提高生产线柔性必定是各大厂家的核心问题。根据目前相关网站上的数据，总装自动化率仅有10%左右，工人的劳动负荷率平均水平也仅有82%，人工费用在生产成本中的占比在35%，与发达国家的水平还存在一定差距。因此各大企业应采用自动化装配、模块化装配、虚拟化装配等技术来降低生产成本，快速适应市场及时代日新月异的需求，尽可能用最低的成本生产出满足不同用户需求的产品，以此让企业自身脱颖于激烈的市场竞争中。
参考文献：
[1]刘冰.汽车装配工艺模块化设计研究[J].技术研发 2012.
[2]宋丽芹.浅谈汽车装配工艺现状及改进措施[J].生产现场 2013.
[3]杨军伟.模块化装配生产在汽车总装生产工艺中的运用 [J].SILICON VALLEY 2013.
关键词：整车装配 工艺 发展趋势
Current Status and Development Trend of Automobile Final Assembly Process
Gong Ke
Abstract：This article describes the current domestic vehicle assembly process and related equipment overview and status quo， and explains the future development trend of the final assembly process and final assembly equipment driven by the market.
Key words：vehicle assembly， technology， development trend
随着国内汽车行业的发展及人民汽车消费观的成熟，汽车市场正逐步迈入国际化、个性化、多样化的方向发展，传统的总装流水线式生产模式因为其局限性，逐渐无法满足目前趋于多样性的产品要求。在此背景下，总装生产线也逐渐开始进行转变，对传统流水线工位进行整合，实现总装工艺的并行，保证物流的流畅，逐渐向模块化装配、柔性装配方向转变。在这样的大背景下，如何实现装配的模块化、自动化、柔性化，如何在装配过程中合理运用计算机技术，已经成为提高行业整车装配效率的关键问题。
1 总装工艺设备概况
汽车总装生产线是由输送设备、加注设备、各类专用设备及工具组成。
1）输送设备：输送设备即传统意义上的流水线，是总装最基本也是最重要的设备，其主要由线体及各类转接机构组成。线体的用途是完成车体在流水线上的运输工作，由于模块化生产在总装车间的广泛应用，目前汽车行业总装线体大致可以划分为PBS线、内饰线、底盘线、完成线、检测线、报交线、仪表预装线、车门预装线、前端模块预装线、前后桥预装线、底盘预装线等。线体的形式主要有滚床滑橇、滑动板链、摩擦线、积放链、板链、EMS、AGV。各线体之间的衔接工作就需要各类转接机构来完成，通过转接设备，完成预装总成与主线车体的连接。如前后桥、动力总成一般采用电、气动葫芦或起重机，采用吊挂的形式完成转接、仪表预装总成采用举升定位结构，与主线机械手完成交接，动力电池总成采用带升降功能的AGV小车实现上线。
2）加注设备：汽车内部充斥着大量油液，有汽油、机油、冷却液、制动液、风窗洗涤液等，加注质量也很大程度上决定了整车的装配质量。随着制造业技术的高速发展，国内加注设备功能上得到了很大的提升，由最初的纯手动加注发展到目前的全自动加注设备或集中加注站。目前轿车油液加注已普遍采用具有抽真空、保压检漏、定量加注等功能的加注设备，大大提高了油液加注质量。
3）检测设备：检测线的设备能力也有较大的提升，由最初的室外道路检测发展到目前的室内检测线。检测线主要由侧滑台、前束调整、大灯检测、转鼓实验台、尾气检测、安规检测、燃油密封检测等设备组成。
4）专用设备：随着对汽车产量及质量要求的提升，各类高效的专用设备逐步被开发并被广泛使用。目前常见的單机设备有：VIN码打刻机、激光打标机、轮胎拧紧机、仪表合装机械手、前围合装机械手、座椅机械手、轮胎机械手、风窗涂胶设备、方向盘对中设备、手制动调整设备、ADAS标定设备、头道密封设备、整车电器检测配置、外接电源设备等。
5）工具：由于目前总装的自动化率不是很高，主要还是靠人工完成装配作业，在这个过程中工具对提高装配效率及人机工程起到了至关重要的作用。常见的工具包括标准的动力工具、风动套筒、铆钉枪、铆螺母枪等，此外还有特殊定制的各类标签定位工装、缝道调整工具、随行小车等。
2 汽车总装工艺设备水平现状
设备的技术先进度对提高整车制造效率及生产质量起到了至关重要的作用，同时也体现了我国汽车装配技术的水平。随着我国汽车工业的蓬勃发展，我国引进了大量国外先进制造设备，极大地提高了国内汽车制造水平。国内各大设备生产厂家也纷纷吸收国外最新技术，并加以改进，形成大量专利。随着近20年的高速发展，除检测线外，绝大多数的设备均已实现国产化。汽车总装工艺设备主要分为以下六类：检测设备、输送设备、自动化装配站、加注设备、拧紧设备及专用设备。各类设备的现状如下：
1）检测设备：由于此类设备的精度要求较高，目前国内几乎没有厂家能完全掌握相关制造技术及标准，仅有部分研究机构有进行初步的研究，市面上并没有成熟的产品可以选用，仍主要依靠进口，仅有部分简单的实验设备由国内自行集成，但核心传感器技术仍掌握在他国手中。
2）输送设备：主要分为刚性和柔性两类。常见的刚性输送线有滑板线、滚床线、摩擦线等，该类产线因为结构简单，稳定可靠，技术难度底，国内已经可以完全自主设计并制造，同时保证较高的设备稳定性。柔性输送一般分为三种：第一种为整车柔性输送设备，常见的输送形式有积放链、EMS、AGV，目前均实现国产化，其中积放链因为技术引进较早，目前使用广泛，且国产质量牢靠，EMS及AGV由于成本及集成难度稍高，国产化后的稳定性相对较高，但较传统的输送线还是有所不足，不过胜在高柔性的特点，近几年国内应用也越趋广泛。第二种是中型总成件柔性输送线，主要用于输送动力总成及底盘件等预装总成，目前这类输送线也已实现国产，单寿命较短。第三种是小型零件柔性输送线，运输诸如减震器、滤清器等零件，该种输送线负载较小，精度要求低，目前国内已经能够实现国产，且质量稳定。 3）全自动装配站：总装车间常见用于前后风窗及天窗的装配，但由于成本优势较低，国内采用的并不多见，目前国内能实现自行集成。
4）加注设备：已经能够实现国内集成，且主流功能完备，但核心传感器技术仍由国外掌握。
5）拧紧机：国产设备精度差，故障率高，目前主要还是依靠进口，但是为了降低成本，夹持及助理部分基本采用国产，仅拧紧轴部分仍采用进口。
6）专用设备：目前绝大多数专用设备均能实现国产，仅对精度要求较高的伺服电机、传感器及气动元件仍保持进口。
3 汽车总装技术及设备发展趋势
3.1 总装技术发展趋势
随着国内汽车市场产品种类日趋完善，消费者的个性化需求也日趋多样化，在这样的背景下，汽车生产也从一开始的产品单一的大批量生产逐渐转变为灵活的高产品适应性的订单式生产。汽车装配的复杂性越来越高，零件的选装种类及数量也越来越多，这样对零件的供给、接收、保管都提出了更为苛刻的要求。这就必然促使生产方式产生新的变革。目前主要的趋势有模块化装配、柔性装配及虚拟化装配。
7）模块化装配：目前该种装配方式在各类主机厂中较为常见，但是因为各品牌产品结构上的差异，在模块化的程度上可能略有不同。常见的模块有仪表、前围、车门、底盘、动力总成等。通过模块化生产，各工序能够实现并行装配，大量压缩主线长度，大幅提高生产效率，甚至部分厂家会将模块外包外做，仅需采购模块化产品进行总装即可，同时后期如需引入其他车型，相应的适应性改造也要更为经济、便捷。
8）自动化装配：随着今年国内机器人集成技术及视觉技术的不断发展，在总装实现更多的自动化装配已成为可能。自动化装配系统是柔性的、可编程、可扩展的。完整的系统由自动送料装置、机器人系统、视觉识别技术、超声波系统、夹具更换机构、计算机系统综合集成而来。该种装配方式的现实優点是可以大幅降低工人的劳动强度，提高装配质量，保证产品一致性，也可以避免现场扯皮的问题。目前该技术因为其成本原因，并未大范围采用，仅部分龙头企业进行过少量应用，但是可以预见，随着技术的发展及成本的下降，自动化装配必定是今后发展的主要方向。
9）虚拟化装配：该方法是采用计算机技术，通过计算机模拟的手段，对汽车零部件进行模拟装配，拆分装配模块，制定装配工序，选取相应工具。该方法通过产品数据管理（Product Data Management），将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CA PP）和计算机辅助制造（CAM）统一集成起来，是一种具有高柔性、高适应性的模拟装配方法。该方法主要包含三个部分：1、整车数据管理，通过产品数据管理的方法获得产品设计结构数据、产品装配数据，为后续详细分析做好准备。2、拆分装配模块，该部分是制定总转工艺的基础，通过该部分，我们能基本确定整车的装配工序、装配工具、专用设备的技术要求等。3、工时平衡：该部分用于改善流水线流畅性，平衡各岗位工作量，提高装配效率，降低生产成本，是精益生产的重要组成部分。
10）专用设备的发展趋势：随着汽车装配技术的不断提升，相应的专用设备也得到空前发展。输送线目前朝着柔性化、自动化、模块化的方向发展，以满足多车型、高产量的生产需求。加注设备朝着自动化、多功能、高集成度、定量加注、真空检测等方向发展，大大提高加注质量及加注成功率。检测线朝视觉技术、激光技术、智能监控诊断方向发展，不断加入新颖的计算机技术，能够极大提高检测精度，同时如发生问题，可以引导维修人员进行快速的故障排除。拧紧机朝着无线、自动化拧紧的方向发展。动力工具由气动朝电动化方向发展。总的来说，专用设备的主要发展方向是自动化、柔性化、智能化，实现适应多种产品的共线生产，减少工人负荷，快速排查故障的需求。
4 结束语
随着汽车市场竞争的日益激烈，消费者汽车消费观的不断成熟，提高生产效率、降低制造成本、提高生产线柔性必定是各大厂家的核心问题。根据目前相关网站上的数据，总装自动化率仅有10%左右，工人的劳动负荷率平均水平也仅有82%，人工费用在生产成本中的占比在35%，与发达国家的水平还存在一定差距。因此各大企业应采用自动化装配、模块化装配、虚拟化装配等技术来降低生产成本，快速适应市场及时代日新月异的需求，尽可能用最低的成本生产出满足不同用户需求的产品，以此让企业自身脱颖于激烈的市场竞争中。
参考文献：
[1]刘冰.汽车装配工艺模块化设计研究[J].技术研发 2012.
[2]宋丽芹.浅谈汽车装配工艺现状及改进措施[J].生产现场 2013.
[3]杨军伟.模块化装配生产在汽车总装生产工艺中的运用 [J].SILICON VALLEY 2013.