新能源汽車輕量化底盤懸架系統智能制造技術

毛明

(中船重工鵬力(南京)智能裝備系統有限公司, 江蘇 南京 211106)

0 引言

隨著新能源汽車輕量化底盤懸架系統研制的高速發展[1]，制造企業間競爭加劇，企業贏利能力面臨挑戰。加強技術創新，以新一代信息技術與制造業的深度融合，促進企業提質增效，已成為企業發展的新引擎[2]。智能裝備、智能工廠等智能制造新理念正在引領汽車零部件制造領域生產方式變革。為適應國內外汽車底盤懸架系統市場發展新態勢，縮短生產周期、降低成本，圍繞產品設計、工藝、制造、生產管控等關鍵要素全面開展智能制造系統建設十分迫切。

1 研制內容

1.1 產品對象

新能源汽車采用電控懸架系統[3]，根據車身高度、車速、轉向角度及速率、制動等信號，由電子控制單元(electronic control unit, ECU)控制懸架執行機構，使減振器氣囊剛度、減振器的阻尼力及車身高度等參數得以改變，從而使汽車具有良好的乘坐舒適性、操縱穩定性以及通過性。汽車底盤懸架系統如圖1所示。

圖1 汽車底盤懸架系統

1.2 總體設計

底盤懸架系統生產屬于典型的離散型制造，以“數字化車間+智能工廠”為設計模型，建成國內先進的節能與新能源汽車輕量化底盤懸架系統智能制造系統[4]，實現從產品設計到銷售，從設備控制到企業資源管理整體環節的“全面數字化”和加工、制造、裝配、焊接、質量等關鍵工藝環節的“核心智能化”。

技術路線采用5層架構：總體規劃與布局層—研發設計層—信息化管控層—制造過程數字化層—供應鏈商務層。

智能制造系統的總體建設包括總體布局數字化建模與4大平臺建設，包括：基于產品簇設計資源重用的研發設計平臺、信息數據集成管控一體化平臺、多品種混流生產智能制造裝備體系、“基于互聯網+協同制造”供應鏈商務平臺。4大平臺系統框架如圖2所示。

圖2 系統框架

2 實施方案

2.1 總體布局數字化建模

智能工廠建設需充分應用成組技術、分道建造的理念[5]，以數字樣機技術為基礎，以機械系統運動學、動力學和控制理論為核心，融合虛擬現實、仿真技術、三維計算機圖形技術，將分散的產品設計開發和分析過程集成在一起，理順汽車底盤懸架系統從零件機械加工、自動物流配送、自動焊接、零件自動分選、理料、自動裝配、測試包裝等生產全過程的每一道工序，使產品的設計者、制造者和使用者在早期就可以直觀、形象地對數字化的虛擬產品原型進行設計優化、性能測試、制造仿真和使用仿真；根據確定的工序，對不同工序的物量進行分析，測算每一個工序的面積和人員需求，配置相應的生產設備；運用計算機輔助生產流程優化，打通設計與制造管理的數字化關鍵環節，實現設計、生產、管理一體化精益生產布置，建立汽車輕量化底盤懸架系統制造主要生產環節的數字化模型(圖3)和關鍵工藝流程及布局模擬仿真(圖4)。

圖3 工廠數字化建模

圖4 工藝流程及布局數字化建模

2.2 基于產品簇設計資源重用的研發設計平臺建設

針對節能與新能源汽車底盤懸架系統多品種、小批量及定制化生產的特點，構建基于特征的產品簇知識體系，建立和完善產品三維模型庫、工藝知識庫、關鍵零部件仿真模型庫等。利用知識體系優化設計流程，重用產品設計、工藝知識和試驗知識，實現產品設計高度靈活配置(圖5)。

圖5 設計集成平臺框架圖

1)以三維數模作為唯一制造依據，對CAD/CAE/CAPP/PDM/TDM等軟件開展系統的集成和深化應用，以三維標注等方式完整定義加工和裝配信息，并在產品設計過程中將部分工藝信息協同定義到模型中，實現單一數據源驅動的設計、仿真、工藝一體化。

2)利用成組技術建立產品簇分類體系，完成產品簇三維模型庫、有限元分析庫、裝配仿真庫、工藝實例、試驗數據及報告庫等的建設，建立共享服務器，實現設計資源的共享。

2.3 信息數據集成管控一體化平臺建設

建立以生產物流為核心的生產管控一體化業務流程，構建生產制造計劃體系、倉儲物流配送體系、可追溯體系、供應商包裝/定容/定量體系、所有生產線/產成品/零部件交接/入庫/發出等條形碼掃描體系、立體庫運行和維護體系、所有盛具/轉運器具體系和信息化體系等8個體系；實施WMS系統和二維碼管理和追溯系統，以物流為核心開展各軟件系統的集成(圖6)。

圖6 信息數據集成管控一體化平臺框架圖

1)基于RFID和條形碼技術建立產品和零部件的自動編碼體系，實現生產過程的追溯管理。

2)開展自主倉儲和物流系統規劃，實施物流自主倉儲配送系統WMS。

3)實施SCM系統，開展網絡化協同制造模式，建立企業外部基于Internet的整車廠、供應商協同制造環境。

2.4 多品種混流生產、智能制造裝備體系

集成和應用先進傳感、控制、檢測、裝配、物流等技術和智能化工藝裝備，構建柔性制造體系，建成國內領先的多品種混流生產智能制造裝備生產線。主要包括：

1)建成減振器機器人自動焊接線，完成減振器零部件焊接成型，實現機器換人效果，提高焊接質量和效率。

2)建成底閥組件、閥系、支柱自動裝配線，實現減振器關鍵零部件的高效、大批量、穩定生產制造。

3)建成鍍鉻自動化生產線及電鍍含鉻廢水零排放處理系統，所生產的產品指標達到國內領先水平。

4)建成國內領先的自動化智能化倉儲物流系統(圖7)。

圖7 智能車間核心智能裝備及智能物流系統

2.5 基于互聯網+協同制造的供應鏈商務平臺

底盤懸架系統作為整車的一個重要零部件，需要服務各個整車制造廠，接受整車制造廠的計劃、看板、訂單、變更通知等。同時作為一個總成件，需要由眾多供應商構成供應鏈。通過構建 “基于互聯網+協同制造”供應鏈商務平臺，以縮短產品制造周期，擴大多品種小批量生產模式。

1)研發建立與各客戶系統的集成適配器，通過集成適配器主動獲取各制造廠的計劃、訂單、看板等生產業務數據，并通過數據模式轉換實現與ERP系統的集成，從而實現與各制造廠的業務協同。

2)基于汽車及零部件產業鏈協同共有云平臺實施SCM系統，研發與ERP系統、PDM系統之間的集成接口，通過系統為合作供應商伙伴提供一個高效的協同商務平臺，實現7×24h的信息互動(圖8)。

圖8 “基于互聯網+協同制造”供應鏈商務平臺

3 結語

1) 工廠總體設計：工廠整體布局按照底盤懸架系統柔性生產業務流程系統規劃，數字化車間布置以柔性自動化單元為主，在空間上分道，時間上有序，實現設計、生產、管理一體化精益生產，提升產品生產效率25%，降低不良品率20%，降低運營成本20%，提高設備及能源利用率10%。信息化、自動化、智能化程度處于行業領先水平。

2) 基于產品簇的設計數字化體系：針對底盤懸架系統多品種、小批量的特點，建立產品簇分類，建立三維模型庫、特征參數庫、工藝庫、標準庫的共享機制，實現設計資源重用，使產品研發周期縮短40%，在行業處于領先水平。

3)生產物流拉動的管控一體化及網絡協同制造：建立生產物流拉動的生產管控業務流程和管理體系，以物流為核心開展制造執行系統、企業資源計劃、產品數據管理、物流倉庫系統集成應用，全面實施零部件二維碼體系，基于汽車及零部件產業協同共有云平臺實施供應鏈系統，建立公司與供應商之間“互聯網+協同制造”環境。在供應鏈管理方面達到國際先進水平。

4)制造過程現場數據采集與可視化：集成底閥無損智能檢測系統、智能化焊接管理系統、裝配過程智能測量系統、產品條形碼掃碼追溯系統、零部件電子標簽與追溯系統等，實現每個工件在每個工位的操作和技術參數信息的實時在線收集、建檔和分析、利用。通過生產過程可視化、物流配送可視化、故障智能報警等提升生產管控水平，達到國內領先水平。