新能源汽車輕量化底盤懸架系統(tǒng)智能制造技術(shù)

文/曹文衛(wèi)

“智能工廠、智能制造”已經(jīng)成為了制造行業(yè)最新的代名詞。而在汽車產(chǎn)業(yè)中，新能源汽車的崛起代表了未來汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。新能源汽車在快速發(fā)展的同時(shí)，也造成了汽車制造廠商之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益迎來了巨大的挑戰(zhàn)。注重技術(shù)創(chuàng)新，將互聯(lián)網(wǎng)和信息化的技術(shù)用于新能源汽車的智能制造當(dāng)中，有利于提升企業(yè)在未來汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，增強(qiáng)汽車品牌的經(jīng)濟(jì)效益。我國汽車企業(yè)在對(duì)新能源汽車底盤懸架技術(shù)的探究過程中，發(fā)現(xiàn)底盤動(dòng)力結(jié)構(gòu)特性呈現(xiàn)出了新的特性，急需適配的底盤懸架技術(shù)來發(fā)揮出汽車的動(dòng)力性能。為了適應(yīng)我國新能源汽車的發(fā)展新趨勢(shì)，建立智能化的底盤懸架制造系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)現(xiàn)階段底盤懸架技術(shù)方面的瓶頸問題，下文分析了智能制造的優(yōu)勢(shì)和新能源汽車底盤懸架系統(tǒng)的特性，提出了合理的底盤懸架系統(tǒng)智能制造方向，最終通過構(gòu)建研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)、信息控制中心、互聯(lián)網(wǎng)物流控制中心等智能制造平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了新能源汽車輕量化底盤懸架系統(tǒng)制造體系的“無人化”與“數(shù)字化”。

1 新能源汽車底盤懸架系統(tǒng)概述

汽車底盤懸架系統(tǒng)是汽車底部的車橋、車輪、車架之間傳力連接裝置的總稱，其主要作用就是傳遞車輪與車身之間的所有力矩和力，如支撐力、驅(qū)動(dòng)力和制造力等。而汽車的底盤又分為獨(dú)立懸掛式與非獨(dú)立懸掛式。其中，獨(dú)立懸掛式底盤非常扎實(shí)，基礎(chǔ)牢固。由于采用的是獨(dú)立懸掛，汽車兩側(cè)車輪不存在連帶關(guān)系，彼此獨(dú)立的與車身相連，因此在使用過程中，當(dāng)一側(cè)車輪受到振動(dòng)或沖擊后可通過汽車中的一些彈性構(gòu)件吸收內(nèi)部沖擊力，這種沖擊力不會(huì)影響另外一側(cè)的車輪，便于在汽車制造過程中，能夠合適的調(diào)校舒適度、底盤穩(wěn)定性、操控性能三者的配置關(guān)系；非獨(dú)立懸架式底盤則是用根桿件直接剛性連接在兩側(cè)車輪上，在其中一側(cè)的車輪受到振動(dòng)影響后，另一側(cè)車輪也無法正常行駛。相比獨(dú)立懸架式底盤，這種懸架結(jié)構(gòu)的舒適度和操控性能均得不到保證，同時(shí)由于兩側(cè)車輪的連帶性質(zhì)，車身穩(wěn)定程度大幅降低，從而影響汽車行駛過程中的安全性。目前，我國大多數(shù)轎車都采用了獨(dú)立懸掛的形式，并已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

新能源汽車在底盤懸架系統(tǒng)技術(shù)方面一般采用電動(dòng)控制的方式，根據(jù)汽車的形狀，轉(zhuǎn)向性能、最高車速、制動(dòng)等信息，由電子控制單元（ECU）控制懸架系統(tǒng)執(zhí)行功能，從而改變減振器的阻尼力和氣囊彈性、車身高度等參數(shù)，進(jìn)一步提高汽車的舒適度，增強(qiáng)操控性能和行駛過程中的穩(wěn)定性。大多數(shù)新能源汽車的底盤懸架系統(tǒng)如圖1所示。

2 底盤懸架產(chǎn)品的智能制造方案

2.1 智能制造分析

智能制造（IM）在分布式制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，根據(jù)分布式集成的基礎(chǔ)理念，應(yīng)用分布式人工智能中多Agent系統(tǒng)的理論與方法，實(shí)現(xiàn)制造單元的柔性智能化與基于網(wǎng)絡(luò)的制造系統(tǒng)柔性智能化集成。根據(jù)分布系統(tǒng)的同構(gòu)特征，在智能制造系統(tǒng)的一種局域?qū)崿F(xiàn)形式基礎(chǔ)上，實(shí)際也反映了基于Internet的全球制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下智能制造系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模式，是一種由工程師或制造專家與智能機(jī)器組成的一體化人機(jī)智能系統(tǒng)。它在制造過程中能進(jìn)行一系列智能活動(dòng)，如分析、推理、判斷、構(gòu)思、決策等。通過人類專家與智能機(jī)器的相互配合，擴(kuò)大、延伸甚至取代工程師在制造過程中的部分腦力勞動(dòng)。是把自動(dòng)化拓展到柔性化、智能化和高度集成化的一種先進(jìn)制造技術(shù)。目前我國的智能制造大體主要有以下兩種制造模式。

一是多智能體系統(tǒng)。多智能體系統(tǒng)是指在人工智能和計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域，對(duì)軟件的智能行為進(jìn)行詳細(xì)描述的智能化系統(tǒng)。它在制造行業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)于解決制造行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題、生產(chǎn)制造問題以及生產(chǎn)流程中各工序的協(xié)調(diào)配合問題提供了智能化的方案，也為系統(tǒng)集成和并行設(shè)計(jì)提供了更加高效可行的方法。

二是整子系統(tǒng)。整子是整子系統(tǒng)的基本組成部分，在制造系統(tǒng)中可以看作系統(tǒng)的最小單位或組成個(gè)體，整子系統(tǒng)由很多種類不同的整子構(gòu)成，這種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要在于它的自治性、合作性、智能性、敏捷性和柔性。自治性指的是每個(gè)整子都可以對(duì)其自身下一步的操作行為作出判斷，對(duì)制造過程中的一些意外事件，如制造資源變化、制造計(jì)劃變化等作出迅速的反饋，并控制設(shè)備狀態(tài)；合作性是每個(gè)整子可以請(qǐng)求其它的整子協(xié)助作出某種操控行為進(jìn)而控制生產(chǎn)制造流程，也可以為其他整子發(fā)出的申請(qǐng)?zhí)峁┫鄳?yīng)的服務(wù)；智能性，整子具有自我判斷和分析的能力，這種能力是完成一切智能化制造工作的前提；敏捷性即整子系統(tǒng)能夠自我組織，對(duì)設(shè)備的異常或失效狀態(tài)迅速作出反應(yīng)，并重新構(gòu)建新的工作流程；柔性指的是整子系統(tǒng)對(duì)于快速變化的制造要求具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

2.2 底盤懸架系統(tǒng)智能制造方向

從傳統(tǒng)方面來看，大多數(shù)汽車廠商和車主底盤懸架有著操控性能、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、耐久性、平滑度等方面的要求。汽車底盤懸架的制造過程一般有定標(biāo)與對(duì)標(biāo)測(cè)試，零部件圖紙繪制、零部件采購、成品試驗(yàn)、系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)，整體制造周期較長(zhǎng)，面對(duì)銷量日益增長(zhǎng)的新能源汽車市場(chǎng)，傳統(tǒng)制造模式很難滿足汽車企業(yè)的發(fā)展需求。在制造過程中，除了要滿足底盤動(dòng)力學(xué)的新變化特性，還要考慮新能源汽車的可持續(xù)利用問題，研發(fā)部門要在能量利用和材料加工工藝方面尋求新的技術(shù)突破，從而滿足智能工廠的綠色制造需求。

在新能源汽車的市場(chǎng)條件下，底盤懸架作為汽車的重要零部件，相關(guān)制造部門要在保證底盤懸架質(zhì)量和優(yōu)越性能的前提下，借助智能制造技術(shù)，盡可能地縮短底盤懸架的生產(chǎn)周期，提高制造效率，從而滿足市場(chǎng)對(duì)汽車產(chǎn)品的需求。

2.3 總體設(shè)計(jì)

底盤懸架系統(tǒng)的生產(chǎn)過程通常被分解成很多加工任務(wù)來完成，屬于典型的離散型制造流程。基于智能制造的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合汽車市場(chǎng)行情，決定采用“數(shù)字智能工廠”為初步設(shè)計(jì)模型，建立新能源汽車輕量化底盤懸架的智能制造系統(tǒng)，以此來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的智能化控制和底盤懸架的各工序統(tǒng)一管理。在整體結(jié)構(gòu)方面采用集控層—研發(fā)設(shè)計(jì)層—信息管理層—數(shù)字化智能制造層—供應(yīng)鏈商務(wù)層的五層式架構(gòu)。

底盤懸架智能制造系統(tǒng)建設(shè)包含了總體布局?jǐn)?shù)字化建模與四大平臺(tái)建設(shè)，四大平臺(tái)即信息數(shù)據(jù)集成管控一體化平臺(tái)、基于產(chǎn)品簇設(shè)計(jì)資源重用的研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)、多品種混流生產(chǎn)智能制造裝備體系、“基于互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造”供應(yīng)鏈商務(wù)平臺(tái)。

3 底盤懸架系統(tǒng)智能制造方案

3.1 總體布局?jǐn)?shù)字化建模

在我國工廠的機(jī)械生產(chǎn)制造過程中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法已被普遍采用，而數(shù)字化建模是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在生產(chǎn)制造中起著重要的作用。在智能工廠的建設(shè)過程中，需要以數(shù)字化建模技術(shù)為基礎(chǔ)，充分應(yīng)用分道建造和成組技術(shù)的理念，將仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)加工、制造、裝配、焊接、質(zhì)量等工序的全自動(dòng)化，使設(shè)計(jì)者能夠?qū)崟r(shí)操控底盤懸架產(chǎn)品的各個(gè)生產(chǎn)流程，打造數(shù)字化的制造管理系統(tǒng)，數(shù)字化的工藝流程的仿真建模如圖2所示。

3.2 信息數(shù)據(jù)集成管控一體化平臺(tái)

建立信息數(shù)據(jù)管控中心平臺(tái)，要以生產(chǎn)物流為中心，構(gòu)建制造計(jì)劃、倉儲(chǔ)、物流和配送于一體的可追溯體系；對(duì)該體系要配備供應(yīng)商包裝系統(tǒng)、定容系統(tǒng)、定量系統(tǒng)、零部件管理系統(tǒng)、交接系統(tǒng)、產(chǎn)品系統(tǒng)、入庫系統(tǒng)和發(fā)貨系統(tǒng)等8個(gè)系統(tǒng)；另外，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中要采用WMS及二維碼管理與追蹤體系，實(shí)現(xiàn)以生產(chǎn)物流為中心的各個(gè)軟件體系的整合。

3.3 基于產(chǎn)品簇設(shè)計(jì)資源重用的研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)

基于產(chǎn)品簇設(shè)計(jì)資源重用的研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)構(gòu)建了以底盤懸架特征為基礎(chǔ)的產(chǎn)品集群知識(shí)系統(tǒng)，并建立了三維模型庫、工藝知識(shí)庫、關(guān)鍵零部件仿真模庫。運(yùn)用產(chǎn)品簇知識(shí)系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行優(yōu)化，重用產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝知識(shí)和測(cè)試知識(shí)，以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性。

3.4 多品種混流生產(chǎn)智能制造裝備體系

混流生產(chǎn)指的是建立智能化的減振器機(jī)器人自動(dòng)焊接線、各種底盤部件的自動(dòng)裝配線、鍍鉻自動(dòng)化的生產(chǎn)線和處于國內(nèi)領(lǐng)先水平的倉儲(chǔ)物流線，4種產(chǎn)線協(xié)調(diào)配合，構(gòu)建柔性的智能制造裝備體系，實(shí)現(xiàn)一些關(guān)鍵零部件，如支柱、閥系和懸架組件等部件的高效率生產(chǎn)。

3.5 “基于互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造”供應(yīng)鏈商務(wù)平臺(tái)

底盤懸掛系統(tǒng)是汽車生產(chǎn)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，需要服務(wù)于各汽車生產(chǎn)廠家，并接受生產(chǎn)廠家的計(jì)劃、看板、訂單和變更通告等。同時(shí)，它也是一種集成產(chǎn)品，它的供應(yīng)鏈?zhǔn)怯稍S多供應(yīng)商組成的。建立以“互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)作制造”為基礎(chǔ)的供應(yīng)鏈體系，能夠減少產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，進(jìn)一步擴(kuò)大品種多批量小的生產(chǎn)模式。

4 結(jié)語

針對(duì)新能源汽車輕量化底盤懸架系統(tǒng)離散制造的特點(diǎn)，五層式架構(gòu)的智能制造系統(tǒng)能夠合理地解決我國汽車企業(yè)在生產(chǎn)底盤懸架產(chǎn)品過程中瓶頸問題。建立底盤懸架系統(tǒng)的智能制造體系，可以縮短其生產(chǎn)周期，提升底盤部件的生產(chǎn)效率，有利于新能源汽車底盤的大批量制造，也能夠?qū)ξ覈履茉雌囆袠I(yè)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。