隨著汽車行業在中國的迅猛發展，汽車的改型換代的周期明顯加速，而在花樣繁多的新車型不斷刺激消費者眼球的同時，造車的成本也因為不斷的改型（需要新開發大量的模具、工裝、檢具等）而呈上升趨勢，如何在低成本情況下來開發出更多車型，根據國際上先進的汽車企業經驗，引入并使用一些柔性的、通用的設備來支持汽車改型工藝變化，是擺在各主機廠面前的成本課題。

 
　　柔性制造技術定義及特點

　　柔性制造技術定義
 
　　柔性制造技術（FMS，Flexible Manufacturing System）也稱柔性集成制造技術，是現代先進制造技術的統稱。柔性制造技術集自動化技術、信息技術和制作加工技術于一體，把以往企業中相互孤立的工程設計、制造、經營管理等過程，在計算機及其軟件和數據庫的支持下，構成一個覆蓋整個企業的有機系統。
 
　　柔性制造技術特點
 
　　柔性制造技術是從成組技術發展起來的，因此，柔性制造技術仍帶有成組技術的烙印——三相似原則：形狀相似、尺寸相似和工藝相似。這三相似原則就成為柔性制造技術的前提條件。凡符合三相似原則的多品種加工的柔性工藝，可以做到投資最省（使用設備最少，廠房面積最小）、生產效率最高（可以混線生產，無停機損失）、經濟效益最好（成本最低）。
 
　　柔性制造技術組合了當今機床技術、監控技術、檢測技術、刀具技術、傳輸技術、電子技術和計算機技術的精華，具有高質量、高可靠性、高自動化和高效率的特點；可縮短新產品的上線時間，轉產快，適應瞬息萬變的市場需求；可減少工廠內零件的庫存，改善產品質量和降低產品成本；減少工人數量，減輕工人勞動強度。
 
　　柔性技術在汽車制造中的作用

　　柔性汽車制造技術的作用

　　汽車行業中的柔性制造技術對汽車行業起了重要的作用，具體表現在以下幾個方面：使多成型混線生產成為可能；縮短了制造周期；減少了開發成本；柔性設備使功能進行了擴展；
 
　　根據汽車行業柔性技術方面可以歸為以下三類：工藝規劃設計方面：主要表現在Layer build設計方面；產品檢測方面：柔性測量系統、工業視覺測量分析系統 ；工藝制造方面：Roller hemming（滾邊技術）。
 
　　汽車行業常用的幾種柔性技術介紹
 
　　Layer build 工藝設計技術
 
　　Layer build技術

　　Layer build技術是一種較為先進的車身設計技術，它有三層由內而外的組裝方式，內層為車身底盤包括前車身鉸鏈柱及車廂后部輪罩內板，中部為車身側圍內板分總成組成，外層為車身側圍外部組成部件，在工藝實現上采用內外總拼的方式，以增加工藝的柔性。
 
　　內總拼（Inner framing）

　　內總拼工位是地板總成與側圍內板、后端板、頂蓋橫梁組成了一個封閉的框架，結構相對穩定，為車身的穩定性構建基礎。
 
　　外總拼(Outer framing)

　　外總拼上的零件為頂蓋、側圍外板和后端板等外覆蓋件，這些件與外飾改型有很大的關聯性，這樣的內外總拼分開的方式，使零件的組合更加明晰，車型改型的變化集中在外總拼，而對內總拼零件沒有影響，從而在工藝布局變化方面減少了相關的影響，從而在開發周期、費用方面都會得到很大的提升。
 
　　柔性的分層制造技術

　　柔性的分層制造技術在同一底盤基礎上開發新車，不僅可以節省成本，而且能夠減少大量的開發時間，縮短車輛上市時間，為有效占領市場占據優勢，并能夠最大可能地重復利用現有制造工程資源。
 
　　因此上述因素為車身分層工藝技術提供了廣闊的應用空間，例如上海通用在此領域取得了矚目的成就，新車開發品種眾多基于共用平臺，采用分層開發技術：君威、君越和邁銳寶同屬于Epsilon平臺，英朗、科魯茲同屬于Delta平臺，使分層技術發揮了巨大作用。通用還在不同的國家根據不同客戶的喜好，再共用底盤的基礎上通過車身分層工藝技術，開發出風格迥異的產品。（如圖1所示）

圖1 分層制造技術應用

  柔性測量系統
 
　　檢具

　傳統的對整車、分總成、零件的檢測通常是大量采用檢具的方式進行，柔性測量系統的檢具通過檢測塊、劃線和止通規等手段，有檢測結果較為直觀，可以放在線旁，隨時進行抽檢、記錄，操作較為簡單。
 
　　檢具檢測的缺點主要有：檢具檢測具有單一性，每個檢具通常只能檢測一種零件，一旦零件改型，檢具基本上就無法使用，需要重新開發檢具，造成成本及工時的增加；檢具檢測的測量結果受到測量人員的測量誤差影響，精度較低；現場放置過多的檢具，占用車間有效工作面積，報廢的檢具也會占用很大的放置空間；檢具的維護保養也需要很大的一筆費用，質量體系需要對檢具進行定期第三方年檢。
 
　　柔性測量系統

　柔性測量系統是由支架和通用件組成的一套用于測量時固定被測物體的工具。其由兩部分組成：一塊帶有矩陣孔的的平板和與之配套的標準組件。這些標準組件包括了定位銷、定位夾頭、延長件、轉接頭/塊等功能件。針對檢具的上述的缺點，柔性檢測支架對零件的檢測方法應運而生，它基本上解決了檢具使用上的不利因素，因此得到了國際主流的整車廠家（如大眾、通用等）的研究和使用。它是采用柔性組件 三坐標（CMM）測量機共同使用，實現對零件狀態的檢測，是跨國大的整車廠近幾年來普遍采用的一種檢測方法。

　柔性支架的優點

　柔性支架的優點在于使用方便，不受限于零件外形。柔性夾具配套了不同大小尺寸的標準組件。所有標準件均經過精密加工，組件之間連接緊密牢固，搭出的架構穩定性好，有利于同種零件的反復（批量）測量；拆裝簡單，可滿足多種零件測量。由于這些組件都是規格統一的標準件，僅需一套普通內六角扳手便可完成其安裝與拆卸。當需要測量其它零件時可把原來架構迅速拆除，重新搭建新的架構；批量測量，通過柔性支架對零件的定位，零件每次都能在固定位置固定坐標內測量，大量節約時間，使零件批量測量成為可能；可積累一定量數據，為工程師改進提供零件數據趨勢性分析。
　　使用方法

　柔性支架通常是采用帶有標準矩陣孔（孔距通常為200*200mm）的鋁合金平板為基座，搭配可拆卸的組裝單元，并配上各種規格的定位銷、夾頭和相關基準面，按照零件GD&T圖紙的要求，對零件的定位基準進行初步搭建，然后再通過CMM進行標定，將定位基準標定到名義值范圍，然后將零部件放在搭建好的柔性支架上，用CMM進行編程、檢測。側圍等立式零件則采用精密鑄鋁的矩陣方管作為定位載體，配上相關的定位單元。
 
　　某車型尾燈支架搭建圖示中可以看出：盡量減少制造專用檢具，節省大量成本和擺放空間，并縮短了開發周期；提高了檢測精度，不受人為因素影響；能自動地批量進行檢測，提高了檢測效率； 柔性支架應用是一種切實可行的檢測技術。

　　工業視覺測量分析系統

　　視覺系統組成及功能

　　視覺檢測系統是由硬件和軟件兩部分組成，硬件系統包括鏡頭、光源、工業攝像（接收系統），軟件系統包括圖像識別系統和核心計算法等組成，視覺系統的光源通常采取發散性小、精度高的激光作為介質。在自動化汽車生產線中，視覺系統必要時需要同機器人匹配應用，并與生產線的PLC控制系統建立聯接，以實現測量、檢測、定位、識別的功能，由于它具有如下特點，所以在汽車行業中得到了廣泛的應用：采用非接觸式測量方式，提高了相應速度，對生產線影響小； 具有長時間的穩定、可靠地重復工作性能，適合汽車連續化的流水線作業；適用于不同車型混線生產的測量要求；適合在安全風險高、人機工程惡劣、環境差的區域工作。

測量原理

　　視覺系統是由多組傳感器組成，每個傳感器首先要計算出被測物的特點，來進行坐標確定，然后將所有接收的數據信息擬合在統一的坐標系統中，從而完成測量。PW為空間點，O（光軸與圖像平面的交叉點）為坐標原點，以X軸為圖像列增加的方向，Y軸為圖像行增加的方向建立笛卡爾圖像直角坐標系，O-XY，像平面上與PW為對應的像點P的坐標為（X、Y）。OC-XCYCZC為成像系統的坐標系，極為以原點OC為投影中心，ZC軸與成像系統的光軸重合，XC、YC軸分別與X、Y軸平行，設定空間點P在成像系統坐標系下的坐標為（XC，YC，ZC），則空間任意點在圖像上任意位置都可以用空間點PW在圖像上的投影位置P，為投影中心OC點與PW的連線與圖像平面的交點，這種關系稱為中心投影點。從而建立尺寸相對關聯。

　在線尺寸檢測功能—Vision System
 
　　車身尺寸檢測功能（通常采用動態檢測方式）

　車身尺寸檢測功能是在生產線的特定位置，設置激光測量系統，對車身的關鍵控制點進行測量，并將數據實時傳輸到數據分析系統，同時將發現的問題及時進行報警。該功能實現了實時數據記錄、分析，能夠有效控制問題的發生范圍；相對傳統的CMM測量，測量樣本量大，能在短期能有足夠的樣本進行統計學分析；靈活性好，通過計算機編程，可以對車身需要關注的局部（如車輛改型、新零件試制）進行定點檢測，對問題做出準確判斷；柔性好，對多車型混線生產有良好的兼容性；自動工作，節省人力成本；而存在的缺點有：設備初期一次性費用投入較大；測量精度較CMM，相對較低；對工位的定位精度要求相對較高。
 
　　測量單元組成

　測量單元主要包括工裝定位系統、機器人 激光測頭=測量系統、系統自檢系統（含溫度補償）、控制系統、車型識別系統（柔性化生產線）、數據分析系統等。

　工裝定位系統：工裝定位系統的精度和重復性（如果有單元切換）將直接影響車輛的測量精度，為避免定位系統的偏差影響最終的測量結果，在設計時應做到具有良好的重復性，精度要求也相對較高，有的區域為了達到更高精確，甚至可以采取車身的定位孔為坐標基準點，來消除工裝的影響；測量系統：機器人在運動過程中震動影響較大，應制作專門的、牢固的基座，并具有減震功能，機器人的選則需要考量重復精度，一般不能超過0.2mm，因在現場使用，激光測頭需要具有一定的防灰塵和焊接飛濺的保護設施。系統自檢系統（含溫度補償）：由于測量系統是包含機器人、工裝、激光掃描頭組成的相對復雜的系統，系統受到溫度和設備本身重復性的影響較大，因此需要在使用一定的周期后對系統進行精度標定，用來進行溫度等補償，具體做法是采用設置基準球，機器人的測頭進行測量校準。
 
　　另外，控制系統是保證設備與相關聯工位的信號系統的聯系，并根據編程情況調用不同的測量程序；車型識別系統（柔性化生產線）：柔性生產線，對不同車型的檢測要有車型識別系統（通常是采用條碼掃描），在前工位進行信息采集，傳輸至檢測工位后根據車型調用不同的測量程序；數據分析系統：現場采集的測量數據應能直接輸入至數據分析系統，并采取一定聲、光方式對各種尺寸、匹配問題進行報警。
 
　　案例分析

　如果從CMM測量數據中一點的波動，往往會錯失一個重大問題的發現，而在在線監測系統控制下，使問題及改進措施能夠清晰呈現。例如，當出現某車型大燈支架批次性波動的問題時，通過調查發現該車型前縱梁尺寸發生變化，供應商新線生產的前縱梁尺寸不符合要求，前縱梁為兩條線進行生產；根據零件對比檢測，最終確定供應商參照第一條生產線的狀態對零件進行整改，使之尺寸狀態一致。修復后批次性波動消除。

　Roller hemming（滾邊技術）
 
　　包邊是將工件在沖壓過程中預留的翻邊向內側翻折，從而將外板的待包邊緊緊壓緊內板，使外板和內板被整合成一體。機器人滾邊系統主要包括三大部分：滾邊夾具系統、滾輪系統、機器人及其控制系統。將待滾邊鋼板固定在滾邊模具上，滾邊頭固定到機器人上，通過滾輪將外部鋼板的邊緣繞里面的鋼板進行彎曲，通過滾頭施加作用力使滾輪滾動實現包邊。
 
　　機器人滾邊的優點

　　機器人滾邊的模具數量較少，包邊單元的投資和維護費用都相對較低；模胎開發比包邊模具的開發時間和投入使用的準備時間短；滾邊系統具備極高的靈活性，通過滾邊頭的調整，能進行不同型面的滾邊作業；滾邊零件的成形精度高，表面質量好；工作狀態更容易目視檢查和控制。
 
　　滾邊設備的分類及工作原理

　　氣動滾邊頭采用氣囊或氣缸進行壓力供給，比例閥調節壓力的輸出。壓力控制過程：設定比例閥IP地址在機器人控制面板輸入滾邊壓力值，根據IP地址輸入給比例閥進行后臺計算將壓力值轉化為2進制數組，并將該數組傳給機器人，機器人根據該數組讓氣囊或氣缸運動輸 出 相應的滾邊壓力。
 
　　彈簧加載滾邊頭采用彈簧加載滾邊頭系統可提供有效的滾邊壓力，從而使滾邊質量得到大大的提升。
 
　　液壓滾邊頭的滾床起到支撐及對滾輪的導向作用，該種方式主要日系企業普遍采用。
 
　　伺服驅動滾頭主要是機器人驅動程序控制伺服馬達來控制滾輪運動，減小滾邊壓力，從而減少回彈；輪的轉動與機器人手臂線性運動同時進行；最后一道滾邊的主驅動同時采用彈簧補償。
 
　　總之，機器人 滾邊頭的組合滾邊技術廣泛應用于四門、前后蓋包邊，天窗、翼子板、輪罩等處的滾邊，它改變了傳統的壓機 沖壓模具的方式，沖壓模具的劣勢在于一套模具只能對一種零件進行包邊，結構復雜，開模費用高；壓機生產場地占用空間大，能源消耗大，產生噪音、震動等不良的環境影響； 滾邊技術很好的解決了包邊的柔性問題，一臺機器人只要更換滾輪頭，使用簡單的胎模就可以實現不同類型的工件滾邊，而且占用空間小，維護保養簡單，切換迅速。所以近幾年迅速得到較為廣泛的應用。
 
　　柔性汽車制造技術前景展望
 
　　隨著社會技術的進步，一些先進的柔性化技術也迅速被轉化應用到汽車行業，如目前比較流行的3D打印技術也不例外。如今，幾乎所有跨國汽車企業都采用3D打印設備用于研發環節，這讓他們設計更加柔性化，也更易創新。
 
　　自2012年年底至今年初，福特官方連續公布了兩段視頻，介紹他們如何運用3D打印技術柔性化制造模型及零件。開發實體（油泥）模型是研發過程中最好的做法，但這也非常耗時同時也很昂貴。3D打印技術的出現，則讓這一切不再是難題。福特工程師們可以自行制造測試部件，讓汽車設計過程的運行節奏更為緊湊，產品推向市場的時間更短。
 
　　在機器人被大量采用的汽車制造業，結合日臻成熟的工業視覺技術，很多領域將發生革命性的轉變，如汽車總裝線的內外飾等裝配將由人工向“帶眼睛”的機器人進行柔性裝配所取代。