柔性制造技术在汽车生产中的应用

进入二十一世纪以来，中国汽车工业一直保持着持续发展的势头。20世纪九十年代以前，国内汽车工业的主导产品是货车，经过近十年的发展，出现了以轿车为领头羊的可喜格局。汽车工业重点发展轿车的战略转移，给装备制造业带来前所未有的发展机遇。各行各业中，与装备制造业关联最大的就是汽车工业。有关资料表明，美国机床的50%以上、工业机器人的60%以上用于汽车工业，因此美国成为汽车王国的同时，也成为机床生产大国。发达国家汽车工业的发展史无不证明这一点：汽车工业的发展提升了装备制造业特别是机床制造业，而机床制造业的提升在技术与工艺上又支撑和保证汽车工业的繁荣。柔性制造技术是集数控技术、计算机技术、机器人技术以及现代生产管理技术为一体的现代制造技术。在汽车加工工业中主要表现在由计算机控制的，多台数控机床、加工中心和自动上、下料装置与输送系统的运用。

1 柔性生产制造的特点

根据机械制造科学的标准分类，按照生产系统内自动化水平的高低，制造可以分为柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性制造线(FML)和柔性制造工厂(FMF)。柔性制造最大的特点在于制造上的柔性，在汽车生产中其表现如下：

(1)设备运用柔性化：设备能完成多种加工，利于实现批量生产、降低库存费用、提高设备利用率和缩短加工周期。

(2)物料运送柔性化：物料运送设备能运送多种物料，具有较高的可获得性和利用率。

(3)操作柔性化：具有相同加工工艺的工件能以多种方式进行加工，在机器出现故障时易于实现动态调度。

(4)人力资源配饭柔性化：操作人员掌握多种技能，能在不同岗位上工作。

(5)加工路径柔性化：工件加工能通过制造系统的多种路径完成，便于平衡机床负荷，增强系统在机床故障、刀具磨损等情况下运行的稳定性和可靠性。

(6)加工过程柔性化：加工过程能同时生产多种产品，具有混合比柔性，通过提供多样化的产品来提高客户满意水平。

(7)产品类型柔性化：在产品中能随时增加、去除或更换某些零部件，以提高对市场产品需求的响应能力。

(8)生产批量柔性化：在多种生产批量下，制造系统能获得相应利润，保持其在各种需求水平下的获利性。

(9)系统扩展柔性化：制造系统具有开放性，能扩展其生产能力，以适应企业拓展新市场的要求。

(10)生产种类柔性化：无需增加重要制造设施，制造系统能制造多种产品，完成多样化的生产任务。

(11)市场需求柔性化：制造系统能在多变的市场环境下求得生存与发展，具有较强的适应动态变化的市场需求的综合能力。

2 汽车业柔性制造的发展及其作用

2.1汽车业柔性制造的发展

美国、日本、前苏联、德国等发达国家在20世纪60年代末至70年代初，先后开展了柔性制造技术以及装备的研制工作。1976年，日本法纳科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元，为发展柔性制造提供了设备基础。20世纪80年代，随着柔性制造技术的成熟，柔性制造得到了迅速发展，并主要应用于飞机、汽车制造业等。依靠计算机、加工中心和数控机床组成的柔性自动加工系统，使汽车业由单一品种、大批量的生产方式，转向多品种、中小批量、适应市场需求的精益生产方式，也使汽车生产企业的经济效益和管理水平大大提高。

2.2汽车业柔性制造的作用

在国外汽车工业中，主要汽车生产厂商如通用、福特、宝马、奔驰、丰田、大众、雷诺、沃尔沃等公司都采用了柔性制造系统。例如，美国福特汽车公司在加拿大的一个发动机厂，在同一条自动线上对4.6L、5.4LV8发动机和6.8LV10发动机实现随机混流生产(年产65万台)：而通用汽车公司的传动系部门于1993年开始做同样的准备，采用FMS，以满足变速器类壳体零件多品种的制造要求：根据1983年出版的《丰田生产力方式的新发展》，该公司在3个月内的汽车产量为36400()辆，共4个基本车型，32100个型号，平均每个型号的产量约为12辆，产量最多的型号也只有17辆，最少的则只有6辆。日本汽车业在20世纪70年代开始大力发展柔性制造，到1987年己经形成较大规模，拥有数控机床2万余台、柔性制造生产线21条。据日本通产省第8次特定机械设备统计调查表明，以汽车制造业为核心的输送机械制造业，1987 年拥有FMS31条，1994年增加到818条。尤其是大型汽车制造企业，FMS采用的最多，占7年间增加总量的41%。柔性制造为日本汽车工业生产率追上并超过美国创造了条件。日本汽车在国际市场上畅销不衰与它的柔性化制造密切相关。

随着各类先进加工技术的相继问世，柔性制造技术本身也在不断完善和提高。如瑞士的一家工业公司采用了由激光加工中心及CNC自动车床和自动磨床组成的柔性制造单元，该单元由于改用激光加工中心来代替原来的铣床，生产率提高了很多倍，而且产品精度高、质量好。以数控加工为例，为向柔性制造提供基础设备，要求数控系统不仅能完成通常的加工功能，而且还应具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头(有时带坐标变换)、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网功能，特别是依据用户的不同要求，方便灵活地配置和集成。各种相关技术的不断进步，促使柔性制造规模不断扩大，将对汽车生产产生深刻影响。

3 我国汽车业柔性制造的发展现状

我国汽车业与发达国家一样，也是先进制造方式的发源地。20世纪80年代，随着改革开放进程加快，中国汽车工业开始向发达国家汽车工业系统地学习先进的生产方式和制造方式，其中就包含有柔性制造的内容。20世纪50年代中后期，汽车界主要生产厂家开始在一些工艺流程和产品制造中，尝试柔性制造，初步积累了经验。

20世纪末至今，随着国内汽车企业实力的增强，以及外国公司的大规模进人和生产装备的改善，柔性制造在汽车工业的发展较快。主要汽车生产厂家如第一汽车集团等在一些生产领域开始进行柔性制造，在焊装车间使用多种机器人，在生产工序上机械手以及其他自动化设备不断增多，在一定程度上可实现多品种的混线生产：一汽大众汽车有限公司用具有CNC三坐标模块的组合机床柔性自动线生产轿车变速器和离合器壳体，自动线节拍达到40.5，年生产能力为36万件，工序能力指数Cp>1.33，可连续4星期无故障生产：上海通用汽车公司也拥有柔性化生产线，涵盖了各大总成及整车等制造环节，提高了产品换代速度。随着汽车工业的发展，汽车零部件加工也在向柔性制造方向发展。FMS带来了加工的高度灵活性，使得在保持高生产率的同时还能生产更多种类的零件。加工中心作为汽车零部件生产线的重要组成模块，为满足汽车零部件生产领域的可靠性和高效性提供了保证。其开放式结构和柔性结构技术的模块化，以及加工中心切削速度和精度进一步提高，为汽车零部件工业获得了更好的性价比。总之，柔性制造正向着车辆制造的各个领域发展。

4 我国汽车业柔性制造的发展前景

从整个汽车及其相关行业来看，柔性制造技术在多品种、中小批量生产中具有明显的优势，因此在汽车工业中，扮演着越来越重要的角色。它不仅能完成机械加工，而且还能完成饭金加工、锻造、焊接、装配、铸造和激光、电火花等特种加工以及喷漆、热处理、铸塑和橡胶模制等工作。构成FMS的各项技术如加工技术、运储技术、刀具管理技术、控制技术以及网络通信技术的迅速发展，毫无疑问会大大提高FMS系统的性能。在加工中采用喷水切削加工技术和激光加工技术，并将许多加工能力很强的加工设备如立式、卧式锉铣加工中心，高效万能车削中心等用于FMS系统，大大提高了FMS的加工能力和柔性，提高了FMS的系统性能。AVG小车以及自动存储、提取系统的发展和应用，为FMS提供了更加可靠的物流运储方法，同时也能缩短生产周期、提高生产率。刀具管理技术的迅速发展，保证了及时、准确地为机床提供适用刀具。同时可以提高系统柔性、生产率、设备利用率，降低刀具费用，消除人为错误，提高产品质量，延长无人操作时间。随着计算机集成制造技术和系统(CIMS)日渐成为制造业发展的必然趋势，柔性制造系统作为CIMS的重要组成部分，也必然会随着CIMS的发展而发展。

5 结论

汽车业由传统的单品种、大批量生产方式向多品种、中小批量及“变种变量”的生产方式过渡，以生产者为主导的生产方式逐步向以消费者为主导的生产方式转变，柔性制造是适应这种转变的较佳的生产制造方式。在生产制造技术、自动化技术、信息技术的基础上，汽车生产中的柔性制造方式在具有产品柔性制造优越性的同时，也有利于将企业中相互独立的产品设计、生产制造及经营管理等过程结合起来，构成企业中覆盖面较大的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化、总体高效益和高柔性。结合企业实际，发展柔性制造技术，会使汽车生产企业受益匪浅，不断提高自身的综合实力。

（来源：万方数据）

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