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柔性制造技術(shù)在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

  

  • 核心提示:
  • 導(dǎo)讀:汽車業(yè)由傳統(tǒng)的單品種、大批量生產(chǎn)方式向多品種、中小批量及“變種變量”的生產(chǎn)方式過渡,以生產(chǎn)者為主導(dǎo)的生產(chǎn)方式逐步向以消費者為主導(dǎo)的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變,柔性制造是適應(yīng)這種轉(zhuǎn)變的較佳的生產(chǎn)制造方式。
  • 進入二十一世紀(jì)以來,中國汽車工業(yè)一直保持著持續(xù)發(fā)展的勢頭。20世紀(jì)九十年代以前,國內(nèi)汽車工業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品是貨車,經(jīng)過近十年的發(fā)展,出現(xiàn)  了以轎車為領(lǐng)頭羊的可喜格局。汽車工業(yè)重點發(fā)展轎車的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移,給裝備制造業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇。各行各業(yè)中,與裝備制造業(yè)關(guān)聯(lián)最大的就是汽車工業(yè)。有關(guān)資料表明,美國機床的50%以上、工業(yè)機器人的60%以上用于汽車工業(yè),因此美國成為汽車王國的同時,也成為機床生產(chǎn)大國。發(fā)達國家汽車工業(yè)的發(fā)展史無不證明這一點:汽車工業(yè)的發(fā)展提升了裝備制造業(yè)特別是機床制造業(yè),而機床制造業(yè)的提升在技術(shù)與工藝上又支撐和保證汽車工業(yè)的繁榮。柔性制造技術(shù)是集數(shù)控技術(shù)、計算機技術(shù)、機器人技術(shù)以及現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造技術(shù)。在汽車加工工業(yè)中主要表現(xiàn)在由計算機控制的,多臺數(shù)控機床、加工中心和自動上、下料裝置與輸送系統(tǒng)的運用。

    1、柔性生產(chǎn)制造的特點

    根據(jù)機械制造科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)分類,按照生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)(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(chǎn)中其表現(xiàn)如下:

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

    (2)物料運送柔性化:物料運送設(shè)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(xiàn)故障時易于實現(xiàn)動態(tài)調(diào)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(tǒng)的多種路徑完成,便于平衡機床負(fù)荷,增強系統(tǒng)在機床故障、刀具磨損等情況下運行的穩(wěn)定性和可靠性。

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

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

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

    (9)系統(tǒng)擴展柔性化:制造系統(tǒng)具有開放性,能擴展其生產(chǎn)能力,以適應(yīng)企業(yè)拓展新市場的要求。 

    (10)生產(chǎn)種類柔性化:無需增加重要制造設(shè)施,制造系統(tǒng)能制造多種產(chǎn)品,完成多樣化的生產(chǎn)任務(wù)。  

    (11)市場需求柔性化:制造系統(tǒng)能在多變的市場環(huán)境下求得生存與發(fā)展,具有較強的適應(yīng)動態(tài)變化的市場需求的綜合能力。  

    2、汽車業(yè)柔性制造的發(fā)展及其作用

    2.1汽車業(yè)柔性制造的發(fā)展

    美國 、日本、前蘇聯(lián)、德國等發(fā)達國家在20世紀(jì)60年代末至70年代初,先后開展了柔性制造技術(shù)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(yè)機器人組成的柔性制造單元,為發(fā)展柔性制造提供了設(shè)備基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代,隨著柔性制造技術(shù)的成熟,柔性制造得到了迅速發(fā)展,并主要應(yīng)用于飛機、汽車制造業(yè)等。依靠計算機、加工中心和數(shù)控機床組成的柔性自動加工系統(tǒng),使汽車業(yè)由單一品種、大批量的生產(chǎn)方式,轉(zhuǎn)向多品種、中小批量、適應(yīng)市場需求的精益生產(chǎn)方式,也使汽車生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和管理水平大大提高。

  • 2.2汽車業(yè)柔性制造的作用

    在國外汽車工業(yè)中,主要汽車生產(chǎn)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(tǒng)。例如,美國福特汽車公司在加拿大的一個發(fā)動機廠,在同一條自動線上對4.6L、5.4LV8發(fā)動機和6.8LV10發(fā)動機實現(xiàn)隨機混流生產(chǎn)(年產(chǎn)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(zhǔn)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(jù)1983年出版的《豐田生產(chǎn)力方式的新發(fā)展》,該公司在3個月內(nèi)的汽車產(chǎn)量為36400()輛,共4個基本車型,32100個型號,平均每個型號的產(chǎn)量約為12輛,產(chǎn)量最多的型號也只有17輛,最少的則只有6輛。日本汽車業(yè)在20世紀(jì)70年代開始大力發(fā)展柔性制造,到1987年己經(jīng)形成較大規(guī)模,擁有數(shù)控機床2萬余臺、柔性制造生產(chǎn)線21條。據(jù)日本通產(chǎn)省第8次特定機械設(shè)備統(tǒng)計調(diào)查表明,以汽車制造業(yè)為核心的輸送機械制造業(yè),1987 年擁有FMS31條,1994年增加到818條。尤其是大型汽車制造企業(yè),F(xiàn)MS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(yè)生產(chǎn)率追上并超過美國創(chuàng)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(guān)。

    隨著各類先進加工技術(shù)的相繼問世,柔性制造技術(shù)本身也在不斷完善和提高。如瑞士的一家工業(yè)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(chǎn)率提高了很多倍,而且產(chǎn)品精度高、質(zhì)量好。以數(shù)控加工為例,為向柔性制造提供基礎(chǔ)設(shè)備,要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能,而且還應(yīng)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(biāo)變換)、自動誤差補償、自動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)功能,特別是依據(jù)用戶的不同要求,方便靈活地配置和集成。各種相關(guān)技術(shù)的不斷進步,促使柔性制造規(guī)模不斷擴大,將對汽車生產(chǎn)產(chǎn)生深刻影響。

    3、我國汽車業(yè)柔性制造的發(fā)展現(xiàn)狀

    我國汽車業(yè)與發(fā)達國家一樣,也是先進制造方式的發(fā)源地。20世紀(jì)80年代,隨著改革開放進程加快,中國汽車工業(yè)開始向發(fā)達國家汽車工業(yè)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)先進的生產(chǎn)方式和制造方式,其中就包含有柔性制造的內(nèi)容。20世紀(jì)50年代中后期,汽車界主要生產(chǎn)廠家開始在一些工藝流程和產(chǎn)品制造中,嘗試柔性制造,初步積累了經(jīng)驗。

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

    4、我國汽車業(yè)柔性制造的發(fā)展前景

  • 從整個汽車及其相關(guān)行業(yè)來看,柔性制造技術(shù)在多品種、中小批量生產(chǎn)中具有明顯的優(yōu)勢,因此在汽車工業(yè)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(gòu)成FMS的各項技術(shù)如加工技術(shù)、運儲技術(shù)、刀具管理技術(shù)、控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展,毫無疑問會大大提高FMS系統(tǒng)的性能。在加工中采用噴水切削加工技術(shù)和激光加工技術(shù),并將許多加工能力很強的加工設(shè)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(tǒng),大大提高了FMS的加工能力和柔性,提高了FMS的系統(tǒng)性能。AVG小車以及自動存儲、提取系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)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(chǎn)周期、提高生產(chǎn)率。刀具管理技術(shù)的迅速發(fā)展,保證了及時、準(zhǔn)確地為機床提供適用刀具。同時可以提高系統(tǒng)柔性、生產(chǎn)率、設(shè)備利用率,降低刀具費用,消除人為錯誤,提高產(chǎn)品質(zhì)量,延長無人操作時間。隨著計算機集成制造技術(shù)和系統(tǒng)(CIMS)日漸成為制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢,柔性制造系統(tǒng)作為CIMS的重要組成部分,也必然會隨著CIMS的發(fā)展而發(fā)展。

    5、結(jié)論

    汽車業(yè)由傳統(tǒng)的單品種、大批量生產(chǎn)方式向多品種、中小批量及“變種變量”的生產(chǎn)方式過渡,以生產(chǎn)者為主導(dǎo)的生產(chǎn)方式逐步向以消費者為主導(dǎo)的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變,柔性制造是適應(yīng)這種轉(zhuǎn)變的較佳的生產(chǎn)制造方式。在生產(chǎn)制造技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)的基礎(chǔ)上,汽車生產(chǎn)中的柔性制造方式在具有產(chǎn)品柔性制造優(yōu)越性的同時,也有利于將企業(yè)中相互獨立的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造及經(jīng)營管理等過程結(jié)合起來,構(gòu)成企業(yè)中覆蓋面較大的完整而有機的系統(tǒng),以實現(xiàn)全局動態(tài)最優(yōu)化、總體高效益和高柔性。結(jié)合企業(yè)實際,發(fā)展柔性制造技術(shù),會使汽車生產(chǎn)企業(yè)受益匪淺,不斷提高自身的綜合實力。(作者:侯勇)

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