設計面向制造技術在柔性生產系統的探索與應用

余志坤 王天生

摘 ?要：當今的世界已經步入以滿足消費者個體需求為核心的經濟時代，隨著物聯網及柔性制造技術的發展，這種個性化消費需求由小型商品向大型商品發展的速度不斷加快。對汽車主機廠而言，面對客戶多變的需求，生產系統能快速的/低成本的響應車型產品快速迭代，快人一步方能占得先機。簽于此，文章從產品設計面向制造的角度出發，從白車身生產定位面設計、柔性制造技術等關鍵環節進行研究，論證通過建立生產系統的輸送承載點統一標準，結合新產品在開發階段設計面向制造的理念，可以在較大范圍內實現“以不變應對萬變”的低成本柔性智能制造模式。

關鍵詞：設計面向制造;輸送系統;柔性制造

中圖分類號：U466 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）18-0162-03

Abstract： Today's world has entered an economic era with meeting the individual needs of consumers as the core. With the development of the Internet of things and flexible manufacturing technology， the development of personalized consumer demand from small goods to large goods is accelerating. For the automobile mainframe factory， in the face of the ever-changing needs of customers， the production system can quickly， at a low cost， respond to model products' rapid iteration， fast one step can take the lead. From the point of view of manufacturing-oriented product design， this paper studies the key links such as body-in-white production positioning surface design and flexible manufacturing technology， and demonstrates that by establishing the unified standard of transportation and bearing point of production system， Combined with the manufacturing-oriented concept of new product design in the development stage， the low-cost flexible intelligent manufacturing mode of "coping with constant change" can be realized in a large range.

Keywords： design oriented manufacturing; transmission system; flexible manufacturing

1 概述

汽車主機廠的產能建設， 生產系統一般為特定的某幾款產品而進行設計與建設，其與產品相關的工裝夾具等都具有特定性（僅能適應某款產品的使用）。隨著市場需求的變化，當新的車型產品開發出來，由于產能方面的原因，主機廠一般不會因為某款新車型而建設新的生產線，往往是將新產品導入原有生產線進行生產。因為不同產品的尺寸、結構、局部特征的不同，導致新車型與原生產系統存在干涉（如圖1所示），生產系統需要對其工裝夾具進行改造才能滿足新產品的生產要求。

對一條產能15萬生產線而言，三大工藝車間總的輸送工裝數量很多（共有各類滑橇、滑板1300個）、改造施工組織難度很大，不但改造投資數百萬之多，而且耗時數月之久。生產線每導入一款新產品，均需進行一次改造，不但消耗了大量的人力/物力/財力，更有甚者還會導致延長了產品上市節點，耽誤銷售時機。

2 制造面向產品的柔性生產系統

（1）在產量低、自動化程度不高的生產線，采用人工切換特定產品工裝支架的方式來滿足不同類型產品的生產需求（如圖2所示）。在生產系統的入口端設置工裝支架切換工位，在產品放置如工裝之前，人工操作將該產品的支架放置在工裝上。這種方式可以滿足生產系統對不同規格產品的柔性生產需求，但是效率不高，人員投入大，切換操作過程存在擠壓安全風險。

（2）在產量高、自動化程度高的生產系統中，主機廠往往采用由多臺柔性定位單元組成自動柔性定位系統，能自動的對不同規格類型的車型進行定位夾緊，實現不停線車型的快速切換。柔性定位單元的結構類型及三維空間動作示意如圖3 所示，J1為水平移動軸，J2為豎向移動軸，J3為垂直升降軸。參照直角坐標系工業機器人的類型，采用3自由度串聯布置形式來實現三維空間內的定位[3]。這種方式可以滿足生產系統對不同規格產品的柔性生產需求，效率高，能實現無人全自動，但是柔性工裝結構復雜，設計要求高、一次性投資成本大。

3 設計面向制造的柔性生產系統探索

為了降低生產線改造難度以及公司未來車型導入的改造成本，筆者提出了一種通過在產品設計端和制造端的同步結合的新方式，研究結合設計面向制造技術來建設低成本柔性制造系統。在制造生產端，針對工裝的支架數量提出“少既優”的理念，減少工裝支架的數量，并規劃與產品一致的定位尺寸;在產品設計端，采用設計面向制造的技術，按制造工裝的要求預留定位一致的支撐面。