设计面向制造技术在柔性生产系统的探索与应用

余志坤 王天生

摘  要：当今的世界已经步入以满足消费者个体需求为核心的经济时代，随着物联网及柔性制造技术的发展，这种个性化消费需求由小型商品向大型商品发展的速度不断加快。对汽车主机厂而言，面对客户多变的需求，生产系统能快速的/低成本的响应车型产品快速迭代，快人一步方能占得先机。签于此，文章从产品设计面向制造的角度出发，从白车身生产定位面设计、柔性制造技术等关键环节进行研究，论证通过建立生产系统的输送承载点统一标准，结合新产品在开发阶段设计面向制造的理念，可以在较大范围内实现“以不变应对万变”的低成本柔性智能制造模式。

关键词：设计面向制造;输送系统;柔性制造

中图分类号：U466         文献标志码：A         文章编号：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

汽車主机厂的产能建设， 生产系统一般为特定的某几款产品而进行设计与建设，其与产品相关的工装夹具等都具有特定性（仅能适应某款产品的使用）。随着市场需求的变化，当新的车型产品开发出来，由于产能方面的原因，主机厂一般不会因为某款新车型而建设新的生产线，往往是将新产品导入原有生产线进行生产。因为不同产品的尺寸、结构、局部特征的不同，导致新车型与原生产系统存在干涉（如图1所示），生产系统需要对其工装夹具进行改造才能满足新产品的生产要求。

对一条产能15万生产线而言，三大工艺车间总的输送工装数量很多（共有各类滑橇、滑板1300个）、改造施工组织难度很大，不但改造投资数百万之多，而且耗时数月之久。生产线每导入一款新产品，均需进行一次改造，不但消耗了大量的人力/物力/财力，更有甚者还会导致延长了产品上市节点，耽误销售时机。

2 制造面向产品的柔性生产系统

（1）在产量低、自动化程度不高的生产线，采用人工切换特定产品工装支架的方式来满足不同类型产品的生产需求（如图2所示）。在生产系统的入口端设置工装支架切换工位，在产品放置如工装之前，人工操作将该产品的支架放置在工装上。这种方式可以满足生产系统对不同规格产品的柔性生产需求，但是效率不高，人员投入大，切换操作过程存在挤压安全风险。

（2）在产量高、自动化程度高的生产系统中，主机厂往往采用由多台柔性定位单元组成自动柔性定位系统，能自动的对不同规格类型的车型进行定位夹紧，实现不停线车型的快速切换。柔性定位单元的结构类型及三维空间动作示意如图3 所示，J1为水平移动轴，J2为竖向移动轴，J3为垂直升降轴。参照直角坐标系工业机器人的类型，采用3自由度串联布置形式来实现三维空间内的定位[3]。这种方式可以满足生产系统对不同规格产品的柔性生产需求，效率高，能实现无人全自动，但是柔性工装结构复杂，设计要求高、一次性投资成本大。

3 设计面向制造的柔性生产系统探索

为了降低生产线改造难度以及公司未来车型导入的改造成本，笔者提出了一种通过在产品设计端和制造端的同步结合的新方式，研究结合设计面向制造技术来建设低成本柔性制造系统。在制造生产端，针对工装的支架数量提出“少既优”的理念，减少工装支架的数量，并规划与产品一致的定位尺寸;在产品设计端，采用设计面向制造的技术，按制造工装的要求预留定位一致的支撑面。