柔性制造技術在汽車生產中的應用

進入二十一世紀以來，中國汽車工業一直保持著持續發展的勢頭。20世紀九十年代以前，國內汽車工業的主導產品是貨車，經過近十年的發展，出現  了以轎車為領頭羊的可喜格局。汽車工業重點發展轎車的戰略轉移，給裝備制造業帶來前所未有的發展機遇。各行各業中，與裝備制造業關聯最大的就是汽車工業。有關資料表明，美國機床的50%以上、工業機器人的60%以上用于汽車工業，因此美國成為汽車王國的同時，也成為機床生產大國。發達國家汽車工業的發展史無不證明這一點：汽車工業的發展提升了裝備制造業特別是機床制造業，而機床制造業的提升在技術與工藝上又支撐和保證汽車工業的繁榮。柔性制造技術是集數控技術、計算機技術、機器人技術以及現代生產管理技術為一體的現代制造技術。在汽車加工工業中主要表現在由計算機控制的，多臺數控機床、加工中心和自動上、下料裝置與輸送系統的運用。

1、柔性生產制造的特點

根據機械制造科學的標準分類，按照生產系統內自動化水平的高低，制造可以分為柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(FMS)、柔性制造線(FML)和柔性制造工廠(FMF)。柔性制造最大的特點在于制造上的柔性，在汽車生產中其表現如下：

(1)設備運用柔性化：設備能完成多種加工，利于實現批量生產、降低庫存費用、提高設備利用率和縮短加工周期。

(2)物料運送柔性化：物料運送設備能運送多種物料，具有較高的可獲得性和利用率。

(3)操作柔性化：具有相同加工工藝的工件能以多種方式進行加工，在機器出現故障時易于實現動態調度。

(4)人力資源配飯柔性化：操作人員掌握多種技能，能在不同崗位上工作。

(5)加工路徑柔性化：工件加工能通過制造系統的多種路徑完成，便于平衡機床負荷，增強系統在機床故障、刀具磨損等情況下運行的穩定性和可靠性。

(6)加工過程柔性化：加工過程能同時生產多種產品，具有混合比柔性，通過提供多樣化的產品來提高客戶滿意水平。

(7)產品類型柔性化：在產品中能隨時增加、去除或更換某些零部件，以提高對市場產品需求的響應能力。  

(8)生產批量柔性化：在多種生產批量下，制造系統能獲得相應利潤，保持其在各種需求水平下的獲利性。

(9)系統擴展柔性化：制造系統具有開放性，能擴展其生產能力，以適應企業拓展新市場的要求。 

(10)生產種類柔性化：無需增加重要制造設施，制造系統能制造多種產品，完成多樣化的生產任務。  

(11)市場需求柔性化：制造系統能在多變的市場環境下求得生存與發展，具有較強的適應動態變化的市場需求的綜合能力。  

2、汽車業柔性制造的發展及其作用

2.1汽車業柔性制造的發展

美國 、日本、前蘇聯、德國等發達國家在20世紀60年代末至70年代初，先后開展了柔性制造技術以及裝備的研制工作。1976年，日本法納科公司展出了由加工中心和工業機器人組成的柔性制造單元，為發展柔性制造提供了設備基礎。20世紀80年代，隨著柔性制造技術的成熟，柔性制造得到了迅速發展，并主要應用于飛機、汽車制造業等。依靠計算機、加工中心和數控機床組成的柔性自動加工系統，使汽車業由單一品種、大批量的生產方式，轉向多品種、中小批量、適應市場需求的精益生產方式，也使汽車生產企業的經濟效益和管理水平大大提高。

2.2汽車業柔性制造的作用

在國外汽車工業中，主要汽車生產廠商如通用、福特、寶馬、奔馳、豐田、大眾、雷諾、沃爾沃等公司都采用了柔性制造系統。例如，美國福特汽車公司在加拿大的一個發動機廠，在同一條自動線上對4.6L、5.4LV8發動機和6.8LV10發動機實現隨機混流生產(年產65萬臺)：而通用汽車公司的傳動系部門于1993年開始做同樣的準備，采用FMS，以滿足變速器類殼體零件多品種的制造要求：根據1983年出版的《豐田生產力方式的新發展》，該公司在3個月內的汽車產量為36400()輛，共4個基本車型，32100個型號，平均每個型號的產量約為12輛，產量最多的型號也只有17輛，最少的則只有6輛。日本汽車業在20世紀70年代開始大力發展柔性制造，到1987年己經形成較大規模，擁有數控機床2萬余臺、柔性制造生產線21條。據日本通產省第8次特定機械設備統計調查表明，以汽車制造業為核心的輸送機械制造業，1987 年擁有FMS31條，1994年增加到818條。尤其是大型汽車制造企業，FMS采用的最多，占7年間增加總量的41%。柔性制造為日本汽車工業生產率追上并超過美國創造了條件。日本汽車在國際市場上暢銷不衰與它的柔性化制造密切相關。

隨著各類先進加工技術的相繼問世，柔性制造技術本身也在不斷完善和提高。如瑞士的一家工業公司采用了由激光加工中心及CNC自動車床和自動磨床組成的柔性制造單元，該單元由于改用激光加工中心來代替原來的銑床，生產率提高了很多倍，而且產品精度高、質量好。以數控加工為例，為向柔性制造提供基礎設備，要求數控系統不僅能完成通常的加工功能，而且還應具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭(有時帶坐標變換)、自動誤差補償、自動診斷、進線和聯網功能，特別是依據用戶的不同要求，方便靈活地配置和集成。各種相關技術的不斷進步，促使柔性制造規模不斷擴大，將對汽車生產產生深刻影響。

3、我國汽車業柔性制造的發展現狀

我國汽車業與發達國家一樣，也是先進制造方式的發源地。20世紀80年代，隨著改革開放進程加快，中國汽車工業開始向發達國家汽車工業系統地學習先進的生產方式和制造方式，其中就包含有柔性制造的內容。20世紀50年代中后期，汽車界主要生產廠家開始在一些工藝流程和產品制造中，嘗試柔性制造，初步積累了經驗。

20世紀末至今，隨著國內汽車企業實力的增強，以及外國公司的大規模進人和生產裝備的改善，柔性制造在汽車工業的發展較快。主要汽車生產廠家如第一汽車集團等在一些生產領域開始進行柔性制造，在焊裝車間使用多種機器人，在生產工序上機械手以及其他自動化設備不斷增多，在一定程度上可實現多品種的混線生產：一汽大眾汽車有限公司用具有CNC三坐標模塊的組合機床柔性自動線生產轎車變速器和離合器殼體，自動線節拍達到40.5，年生產能力為36萬件，工序能力指數Cp>1.33，可連續4星期無故障生產：上海通用汽車公司也擁有柔性化生產線，涵蓋了各大總成及整車等制造環節，提高了產品換代速度。隨著汽車工業的發展，汽車零部件加工也在向柔性制造方向發展。FMS帶來了加工的高度靈活性，使得在保持高生產率的同時還能生產更多種類的零件。加工中心作為汽車零部件生產線的重要組成模塊，為滿足汽車零部件生產領域的可靠性和高效性提供了保證。其開放式結構和柔性結構技術的模塊化，以及加工中心切削速度和精度進一步提高，為汽車零部件工業獲得了更好的性價比。總之，柔性制造正向著車輛制造的各個領域發展。

4、我國汽車業柔性制造的發展前景

從整個汽車及其相關行業來看，柔性制造技術在多品種、中小批量生產中具有明顯的優勢，因此在汽車工業中，扮演著越來越重要的角色。它不僅能完成機械加工，而且還能完成飯金加工、鍛造、焊接、裝配、鑄造和激光、電火花等特種加工以及噴漆、熱處理、鑄塑和橡膠模制等工作。構成FMS的各項技術如加工技術、運儲技術、刀具管理技術、控制技術以及網絡通信技術的迅速發展，毫無疑問會大大提高FMS系統的性能。在加工中采用噴水切削加工技術和激光加工技術，并將許多加工能力很強的加工設備如立式、臥式銼銑加工中心，高效萬能車削中心等用于FMS系統，大大提高了FMS的加工能力和柔性，提高了FMS的系統性能。AVG小車以及自動存儲、提取系統的發展和應用，為FMS提供了更加可靠的物流運儲方法，同時也能縮短生產周期、提高生產率。刀具管理技術的迅速發展，保證了及時、準確地為機床提供適用刀具。同時可以提高系統柔性、生產率、設備利用率，降低刀具費用，消除人為錯誤，提高產品質量，延長無人操作時間。隨著計算機集成制造技術和系統(CIMS)日漸成為制造業發展的必然趨勢，柔性制造系統作為CIMS的重要組成部分，也必然會隨著CIMS的發展而發展。

5、結論

汽車業由傳統的單品種、大批量生產方式向多品種、中小批量及“變種變量”的生產方式過渡，以生產者為主導的生產方式逐步向以消費者為主導的生產方式轉變，柔性制造是適應這種轉變的較佳的生產制造方式。在生產制造技術、自動化技術、信息技術的基礎上，汽車生產中的柔性制造方式在具有產品柔性制造優越性的同時，也有利于將企業中相互獨立的產品設計、生產制造及經營管理等過程結合起來，構成企業中覆蓋面較大的完整而有機的系統，以實現全局動態最優化、總體高效益和高柔性。結合企業實際，發展柔性制造技術，會使汽車生產企業受益匪淺，不斷提高自身的綜合實力。