隨著汽車行業(yè)在中國的迅猛發(fā)展，汽車的改型換代的周期明顯加速，而在花樣繁多的新車型不斷刺激消費(fèi)者眼球的同時(shí)，造車的成本也因?yàn)椴粩嗟母男停ㄐ枰麻_發(fā)大量的模具、工裝、檢具等）而呈上升趨勢(shì)，如何在低成本情況下來開發(fā)出更多車型，根據(jù)國際上先進(jìn)的汽車企業(yè)經(jīng)驗(yàn)，引入并使用一些柔性的、通用的設(shè)備來支持汽車改型工藝變化，是擺在各主機(jī)廠面前的成本課題。

 
　　柔性制造技術(shù)定義及特點(diǎn)

　　柔性制造技術(shù)定義
 
　　柔性制造技術(shù)（FMS，F(xiàn)lexible Manufacturing System）也稱柔性集成制造技術(shù)，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的統(tǒng)稱。柔性制造技術(shù)集自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)和制作加工技術(shù)于一體，把以往企業(yè)中相互孤立的工程設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)營管理等過程，在計(jì)算機(jī)及其軟件和數(shù)據(jù)庫的支持下，構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的有機(jī)系統(tǒng)。
 
　　柔性制造技術(shù)特點(diǎn)
 
　　柔性制造技術(shù)是從成組技術(shù)發(fā)展起來的，因此，柔性制造技術(shù)仍帶有成組技術(shù)的烙印——三相似原則：形狀相似、尺寸相似和工藝相似。這三相似原則就成為柔性制造技術(shù)的前提條件。凡符合三相似原則的多品種加工的柔性工藝，可以做到投資最?。ㄊ褂迷O(shè)備最少，廠房面積最?。?、生產(chǎn)效率最高（可以混線生產(chǎn)，無停機(jī)損失）、經(jīng)濟(jì)效益最好（成本最低）。
 
　　柔性制造技術(shù)組合了當(dāng)今機(jī)床技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、刀具技術(shù)、傳輸技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的精華，具有高質(zhì)量、高可靠性、高自動(dòng)化和高效率的特點(diǎn)；可縮短新產(chǎn)品的上線時(shí)間，轉(zhuǎn)產(chǎn)快，適應(yīng)瞬息萬變的市場(chǎng)需求；可減少工廠內(nèi)零件的庫存，改善產(chǎn)品質(zhì)量和降低產(chǎn)品成本；減少工人數(shù)量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
 
　　柔性技術(shù)在汽車制造中的作用

　　柔性汽車制造技術(shù)的作用

　　汽車行業(yè)中的柔性制造技術(shù)對(duì)汽車行業(yè)起了重要的作用，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：使多成型混線生產(chǎn)成為可能；縮短了制造周期；減少了開發(fā)成本；柔性設(shè)備使功能進(jìn)行了擴(kuò)展；
 
　　根據(jù)汽車行業(yè)柔性技術(shù)方面可以歸為以下三類：工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)方面：主要表現(xiàn)在Layer build設(shè)計(jì)方面；產(chǎn)品檢測(cè)方面：柔性測(cè)量系統(tǒng)、工業(yè)視覺測(cè)量分析系統(tǒng) ；工藝制造方面：Roller hemming（滾邊技術(shù)）。
 
　　汽車行業(yè)常用的幾種柔性技術(shù)介紹
 
　　Layer build 工藝設(shè)計(jì)技術(shù)
 
　　Layer build技術(shù)

　　Layer build技術(shù)是一種較為先進(jìn)的車身設(shè)計(jì)技術(shù)，它有三層由內(nèi)而外的組裝方式，內(nèi)層為車身底盤包括前車身鉸鏈柱及車廂后部輪罩內(nèi)板，中部為車身側(cè)圍內(nèi)板分總成組成，外層為車身側(cè)圍外部組成部件，在工藝實(shí)現(xiàn)上采用內(nèi)外總拼的方式，以增加工藝的柔性。
 
　　內(nèi)總拼（Inner framing）

　　內(nèi)總拼工位是地板總成與側(cè)圍內(nèi)板、后端板、頂蓋橫梁組成了一個(gè)封閉的框架，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，為車身的穩(wěn)定性構(gòu)建基礎(chǔ)。
 
　　外總拼(Outer framing)

　　外總拼上的零件為頂蓋、側(cè)圍外板和后端板等外覆蓋件，這些件與外飾改型有很大的關(guān)聯(lián)性，這樣的內(nèi)外總拼分開的方式，使零件的組合更加明晰，車型改型的變化集中在外總拼，而對(duì)內(nèi)總拼零件沒有影響，從而在工藝布局變化方面減少了相關(guān)的影響，從而在開發(fā)周期、費(fèi)用方面都會(huì)得到很大的提升。
 
　　柔性的分層制造技術(shù)

　　柔性的分層制造技術(shù)在同一底盤基礎(chǔ)上開發(fā)新車，不僅可以節(jié)省成本，而且能夠減少大量的開發(fā)時(shí)間，縮短車輛上市時(shí)間，為有效占領(lǐng)市場(chǎng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)，并能夠最大可能地重復(fù)利用現(xiàn)有制造工程資源。
 
　　因此上述因素為車身分層工藝技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用空間，例如上海通用在此領(lǐng)域取得了矚目的成就，新車開發(fā)品種眾多基于共用平臺(tái)，采用分層開發(fā)技術(shù)：君威、君越和邁銳寶同屬于Epsilon平臺(tái)，英朗、科魯茲同屬于Delta平臺(tái)，使分層技術(shù)發(fā)揮了巨大作用。通用還在不同的國家根據(jù)不同客戶的喜好，再共用底盤的基礎(chǔ)上通過車身分層工藝技術(shù)，開發(fā)出風(fēng)格迥異的產(chǎn)品。（如圖1所示）

圖1 分層制造技術(shù)應(yīng)用

  柔性測(cè)量系統(tǒng)
 
　　檢具

　傳統(tǒng)的對(duì)整車、分總成、零件的檢測(cè)通常是大量采用檢具的方式進(jìn)行，柔性測(cè)量系統(tǒng)的檢具通過檢測(cè)塊、劃線和止通規(guī)等手段，有檢測(cè)結(jié)果較為直觀，可以放在線旁，隨時(shí)進(jìn)行抽檢、記錄，操作較為簡單。
 
　　檢具檢測(cè)的缺點(diǎn)主要有：檢具檢測(cè)具有單一性，每個(gè)檢具通常只能檢測(cè)一種零件，一旦零件改型，檢具基本上就無法使用，需要重新開發(fā)檢具，造成成本及工時(shí)的增加；檢具檢測(cè)的測(cè)量結(jié)果受到測(cè)量人員的測(cè)量誤差影響，精度較低；現(xiàn)場(chǎng)放置過多的檢具，占用車間有效工作面積，報(bào)廢的檢具也會(huì)占用很大的放置空間；檢具的維護(hù)保養(yǎng)也需要很大的一筆費(fèi)用，質(zhì)量體系需要對(duì)檢具進(jìn)行定期第三方年檢。
 
　　柔性測(cè)量系統(tǒng)

　柔性測(cè)量系統(tǒng)是由支架和通用件組成的一套用于測(cè)量時(shí)固定被測(cè)物體的工具。其由兩部分組成：一塊帶有矩陣孔的的平板和與之配套的標(biāo)準(zhǔn)組件。這些標(biāo)準(zhǔn)組件包括了定位銷、定位夾頭、延長件、轉(zhuǎn)接頭/塊等功能件。針對(duì)檢具的上述的缺點(diǎn)，柔性檢測(cè)支架對(duì)零件的檢測(cè)方法應(yīng)運(yùn)而生，它基本上解決了檢具使用上的不利因素，因此得到了國際主流的整車廠家（如大眾、通用等）的研究和使用。它是采用柔性組件 三坐標(biāo)（CMM）測(cè)量機(jī)共同使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件狀態(tài)的檢測(cè)，是跨國大的整車廠近幾年來普遍采用的一種檢測(cè)方法。

　柔性支架的優(yōu)點(diǎn)

　柔性支架的優(yōu)點(diǎn)在于使用方便，不受限于零件外形。柔性夾具配套了不同大小尺寸的標(biāo)準(zhǔn)組件。所有標(biāo)準(zhǔn)件均經(jīng)過精密加工，組件之間連接緊密牢固，搭出的架構(gòu)穩(wěn)定性好，有利于同種零件的反復(fù)（批量）測(cè)量；拆裝簡單，可滿足多種零件測(cè)量。由于這些組件都是規(guī)格統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)件，僅需一套普通內(nèi)六角扳手便可完成其安裝與拆卸。當(dāng)需要測(cè)量其它零件時(shí)可把原來架構(gòu)迅速拆除，重新搭建新的架構(gòu)；批量測(cè)量，通過柔性支架對(duì)零件的定位，零件每次都能在固定位置固定坐標(biāo)內(nèi)測(cè)量，大量節(jié)約時(shí)間，使零件批量測(cè)量成為可能；可積累一定量數(shù)據(jù)，為工程師改進(jìn)提供零件數(shù)據(jù)趨勢(shì)性分析。
　　使用方法

　柔性支架通常是采用帶有標(biāo)準(zhǔn)矩陣孔（孔距通常為200*200mm）的鋁合金平板為基座，搭配可拆卸的組裝單元，并配上各種規(guī)格的定位銷、夾頭和相關(guān)基準(zhǔn)面，按照零件GD&T圖紙的要求，對(duì)零件的定位基準(zhǔn)進(jìn)行初步搭建，然后再通過CMM進(jìn)行標(biāo)定，將定位基準(zhǔn)標(biāo)定到名義值范圍，然后將零部件放在搭建好的柔性支架上，用CMM進(jìn)行編程、檢測(cè)。側(cè)圍等立式零件則采用精密鑄鋁的矩陣方管作為定位載體，配上相關(guān)的定位單元。
 
　　某車型尾燈支架搭建圖示中可以看出：盡量減少制造專用檢具，節(jié)省大量成本和擺放空間，并縮短了開發(fā)周期；提高了檢測(cè)精度，不受人為因素影響；能自動(dòng)地批量進(jìn)行檢測(cè)，提高了檢測(cè)效率； 柔性支架應(yīng)用是一種切實(shí)可行的檢測(cè)技術(shù)。

　　工業(yè)視覺測(cè)量分析系統(tǒng)

　　視覺系統(tǒng)組成及功能

　　視覺檢測(cè)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成，硬件系統(tǒng)包括鏡頭、光源、工業(yè)攝像（接收系統(tǒng)），軟件系統(tǒng)包括圖像識(shí)別系統(tǒng)和核心計(jì)算法等組成，視覺系統(tǒng)的光源通常采取發(fā)散性小、精度高的激光作為介質(zhì)。在自動(dòng)化汽車生產(chǎn)線中，視覺系統(tǒng)必要時(shí)需要同機(jī)器人匹配應(yīng)用，并與生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)建立聯(lián)接，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、檢測(cè)、定位、識(shí)別的功能，由于它具有如下特點(diǎn)，所以在汽車行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用：采用非接觸式測(cè)量方式，提高了相應(yīng)速度，對(duì)生產(chǎn)線影響?。?具有長時(shí)間的穩(wěn)定、可靠地重復(fù)工作性能，適合汽車連續(xù)化的流水線作業(yè)；適用于不同車型混線生產(chǎn)的測(cè)量要求；適合在安全風(fēng)險(xiǎn)高、人機(jī)工程惡劣、環(huán)境差的區(qū)域工作。

測(cè)量原理

　　視覺系統(tǒng)是由多組傳感器組成，每個(gè)傳感器首先要計(jì)算出被測(cè)物的特點(diǎn)，來進(jìn)行坐標(biāo)確定，然后將所有接收的數(shù)據(jù)信息擬合在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中，從而完成測(cè)量。PW為空間點(diǎn)，O（光軸與圖像平面的交叉點(diǎn)）為坐標(biāo)原點(diǎn)，以X軸為圖像列增加的方向，Y軸為圖像行增加的方向建立笛卡爾圖像直角坐標(biāo)系，O-XY，像平面上與PW為對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)P的坐標(biāo)為（X、Y）。OC-XCYCZC為成像系統(tǒng)的坐標(biāo)系，極為以原點(diǎn)OC為投影中心，ZC軸與成像系統(tǒng)的光軸重合，XC、YC軸分別與X、Y軸平行，設(shè)定空間點(diǎn)P在成像系統(tǒng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為（XC，YC，ZC），則空間任意點(diǎn)在圖像上任意位置都可以用空間點(diǎn)PW在圖像上的投影位置P，為投影中心OC點(diǎn)與PW的連線與圖像平面的交點(diǎn)，這種關(guān)系稱為中心投影點(diǎn)。從而建立尺寸相對(duì)關(guān)聯(lián)。

　在線尺寸檢測(cè)功能—Vision System
 
　　車身尺寸檢測(cè)功能（通常采用動(dòng)態(tài)檢測(cè)方式）

　車身尺寸檢測(cè)功能是在生產(chǎn)線的特定位置，設(shè)置激光測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)車身的關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析系統(tǒng)，同時(shí)將發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行報(bào)警。該功能實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄、分析，能夠有效控制問題的發(fā)生范圍；相對(duì)傳統(tǒng)的CMM測(cè)量，測(cè)量樣本量大，能在短期能有足夠的樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析；靈活性好，通過計(jì)算機(jī)編程，可以對(duì)車身需要關(guān)注的局部（如車輛改型、新零件試制）進(jìn)行定點(diǎn)檢測(cè)，對(duì)問題做出準(zhǔn)確判斷；柔性好，對(duì)多車型混線生產(chǎn)有良好的兼容性；自動(dòng)工作，節(jié)省人力成本；而存在的缺點(diǎn)有：設(shè)備初期一次性費(fèi)用投入較大；測(cè)量精度較CMM，相對(duì)較低；對(duì)工位的定位精度要求相對(duì)較高。
 
　　測(cè)量單元組成

　測(cè)量單元主要包括工裝定位系統(tǒng)、機(jī)器人 激光測(cè)頭=測(cè)量系統(tǒng)、系統(tǒng)自檢系統(tǒng)（含溫度補(bǔ)償）、控制系統(tǒng)、車型識(shí)別系統(tǒng)（柔性化生產(chǎn)線）、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。

　工裝定位系統(tǒng)：工裝定位系統(tǒng)的精度和重復(fù)性（如果有單元切換）將直接影響車輛的測(cè)量精度，為避免定位系統(tǒng)的偏差影響最終的測(cè)量結(jié)果，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到具有良好的重復(fù)性，精度要求也相對(duì)較高，有的區(qū)域?yàn)榱诉_(dá)到更高精確，甚至可以采取車身的定位孔為坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)，來消除工裝的影響；測(cè)量系統(tǒng)：機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中震動(dòng)影響較大，應(yīng)制作專門的、牢固的基座，并具有減震功能，機(jī)器人的選則需要考量重復(fù)精度，一般不能超過0.2mm，因在現(xiàn)場(chǎng)使用，激光測(cè)頭需要具有一定的防灰塵和焊接飛濺的保護(hù)設(shè)施。系統(tǒng)自檢系統(tǒng)（含溫度補(bǔ)償）：由于測(cè)量系統(tǒng)是包含機(jī)器人、工裝、激光掃描頭組成的相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)受到溫度和設(shè)備本身重復(fù)性的影響較大，因此需要在使用一定的周期后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精度標(biāo)定，用來進(jìn)行溫度等補(bǔ)償，具體做法是采用設(shè)置基準(zhǔn)球，機(jī)器人的測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量校準(zhǔn)。
 
　　另外，控制系統(tǒng)是保證設(shè)備與相關(guān)聯(lián)工位的信號(hào)系統(tǒng)的聯(lián)系，并根據(jù)編程情況調(diào)用不同的測(cè)量程序；車型識(shí)別系統(tǒng)（柔性化生產(chǎn)線）：柔性生產(chǎn)線，對(duì)不同車型的檢測(cè)要有車型識(shí)別系統(tǒng)（通常是采用條碼掃描），在前工位進(jìn)行信息采集，傳輸至檢測(cè)工位后根據(jù)車型調(diào)用不同的測(cè)量程序；數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)：現(xiàn)場(chǎng)采集的測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)能直接輸入至數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，并采取一定聲、光方式對(duì)各種尺寸、匹配問題進(jìn)行報(bào)警。
 
　　案例分析

　如果從CMM測(cè)量數(shù)據(jù)中一點(diǎn)的波動(dòng)，往往會(huì)錯(cuò)失一個(gè)重大問題的發(fā)現(xiàn)，而在在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制下，使問題及改進(jìn)措施能夠清晰呈現(xiàn)。例如，當(dāng)出現(xiàn)某車型大燈支架批次性波動(dòng)的問題時(shí)，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)該車型前縱梁尺寸發(fā)生變化，供應(yīng)商新線生產(chǎn)的前縱梁尺寸不符合要求，前縱梁為兩條線進(jìn)行生產(chǎn)；根據(jù)零件對(duì)比檢測(cè)，最終確定供應(yīng)商參照第一條生產(chǎn)線的狀態(tài)對(duì)零件進(jìn)行整改，使之尺寸狀態(tài)一致。修復(fù)后批次性波動(dòng)消除。

　Roller hemming（滾邊技術(shù)）
 
　　包邊是將工件在沖壓過程中預(yù)留的翻邊向內(nèi)側(cè)翻折，從而將外板的待包邊緊緊壓緊內(nèi)板，使外板和內(nèi)板被整合成一體。機(jī)器人滾邊系統(tǒng)主要包括三大部分：滾邊夾具系統(tǒng)、滾輪系統(tǒng)、機(jī)器人及其控制系統(tǒng)。將待滾邊鋼板固定在滾邊模具上，滾邊頭固定到機(jī)器人上，通過滾輪將外部鋼板的邊緣繞里面的鋼板進(jìn)行彎曲，通過滾頭施加作用力使?jié)L輪滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)包邊。
 
　　機(jī)器人滾邊的優(yōu)點(diǎn)

　　機(jī)器人滾邊的模具數(shù)量較少，包邊單元的投資和維護(hù)費(fèi)用都相對(duì)較低；模胎開發(fā)比包邊模具的開發(fā)時(shí)間和投入使用的準(zhǔn)備時(shí)間短；滾邊系統(tǒng)具備極高的靈活性，通過滾邊頭的調(diào)整，能進(jìn)行不同型面的滾邊作業(yè)；滾邊零件的成形精度高，表面質(zhì)量好；工作狀態(tài)更容易目視檢查和控制。
 
　　滾邊設(shè)備的分類及工作原理

　　氣動(dòng)滾邊頭采用氣囊或氣缸進(jìn)行壓力供給，比例閥調(diào)節(jié)壓力的輸出。壓力控制過程：設(shè)定比例閥IP地址在機(jī)器人控制面板輸入滾邊壓力值，根據(jù)IP地址輸入給比例閥進(jìn)行后臺(tái)計(jì)算將壓力值轉(zhuǎn)化為2進(jìn)制數(shù)組，并將該數(shù)組傳給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)該數(shù)組讓氣囊或氣缸運(yùn)動(dòng)輸 出 相應(yīng)的滾邊壓力。
 
　　彈簧加載滾邊頭采用彈簧加載滾邊頭系統(tǒng)可提供有效的滾邊壓力，從而使?jié)L邊質(zhì)量得到大大的提升。
 
　　液壓滾邊頭的滾床起到支撐及對(duì)滾輪的導(dǎo)向作用，該種方式主要日系企業(yè)普遍采用。
 
　　伺服驅(qū)動(dòng)滾頭主要是機(jī)器人驅(qū)動(dòng)程序控制伺服馬達(dá)來控制滾輪運(yùn)動(dòng)，減小滾邊壓力，從而減少回彈；輪的轉(zhuǎn)動(dòng)與機(jī)器人手臂線性運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行；最后一道滾邊的主驅(qū)動(dòng)同時(shí)采用彈簧補(bǔ)償。
 
　　總之，機(jī)器人 滾邊頭的組合滾邊技術(shù)廣泛應(yīng)用于四門、前后蓋包邊，天窗、翼子板、輪罩等處的滾邊，它改變了傳統(tǒng)的壓機(jī) 沖壓模具的方式，沖壓模具的劣勢(shì)在于一套模具只能對(duì)一種零件進(jìn)行包邊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開模費(fèi)用高；壓機(jī)生產(chǎn)場(chǎng)地占用空間大，能源消耗大，產(chǎn)生噪音、震動(dòng)等不良的環(huán)境影響； 滾邊技術(shù)很好的解決了包邊的柔性問題，一臺(tái)機(jī)器人只要更換滾輪頭，使用簡單的胎模就可以實(shí)現(xiàn)不同類型的工件滾邊，而且占用空間小，維護(hù)保養(yǎng)簡單，切換迅速。所以近幾年迅速得到較為廣泛的應(yīng)用。
 
　　柔性汽車制造技術(shù)前景展望
 
　　隨著社會(huì)技術(shù)的進(jìn)步，一些先進(jìn)的柔性化技術(shù)也迅速被轉(zhuǎn)化應(yīng)用到汽車行業(yè)，如目前比較流行的3D打印技術(shù)也不例外。如今，幾乎所有跨國汽車企業(yè)都采用3D打印設(shè)備用于研發(fā)環(huán)節(jié)，這讓他們?cè)O(shè)計(jì)更加柔性化，也更易創(chuàng)新。
 
　　自2012年年底至今年初，福特官方連續(xù)公布了兩段視頻，介紹他們?nèi)绾芜\(yùn)用3D打印技術(shù)柔性化制造模型及零件。開發(fā)實(shí)體（油泥）模型是研發(fā)過程中最好的做法，但這也非常耗時(shí)同時(shí)也很昂貴。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，則讓這一切不再是難題。福特工程師們可以自行制造測(cè)試部件，讓汽車設(shè)計(jì)過程的運(yùn)行節(jié)奏更為緊湊，產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間更短。
 
　　在機(jī)器人被大量采用的汽車制造業(yè)，結(jié)合日臻成熟的工業(yè)視覺技術(shù)，很多領(lǐng)域?qū)l(fā)生革命性的轉(zhuǎn)變，如汽車總裝線的內(nèi)外飾等裝配將由人工向“帶眼睛”的機(jī)器人進(jìn)行柔性裝配所取代。