數(shù)字化方法在汽車(chē)總裝工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

任承峰

奇瑞汽車(chē)股份有限公司 安徽蕪湖 241006

如圖1所示，在汽車(chē)制造四大工藝中，總裝生產(chǎn)線(xiàn)最長(zhǎng)，所裝配零件種類(lèi)繁多，約占整車(chē)生產(chǎn)的70%～80%。客戶(hù)個(gè)性化定制的配置需求絕大部分在總裝車(chē)間實(shí)現(xiàn)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),整車(chē)的質(zhì)量問(wèn)題有40%是裝配問(wèn)題[1]，由此可見(jiàn)確保產(chǎn)品裝配質(zhì)量是至關(guān)重要的。本項(xiàng)目在總裝工藝設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，以數(shù)字化手段提升設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，減少裝配問(wèn)題的發(fā)生。

圖1 單車(chē)四大工藝裝配零件數(shù)量

實(shí)施路徑

1.總裝工藝標(biāo)準(zhǔn)化

近些年，總裝工藝標(biāo)準(zhǔn)化逐步建立，結(jié)合后續(xù)新車(chē)型項(xiàng)目的不斷迭代，形成了較為完整的總裝工藝知識(shí)資源庫(kù)（見(jiàn)圖2），包括過(guò)程流程圖、PFMEA、控制計(jì)劃庫(kù)，以及設(shè)備、工裝、工具生輔材料屬性庫(kù)等。并通過(guò)工藝設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)（CAPP）進(jìn)行結(jié)構(gòu)化管理，在工藝設(shè)計(jì)完成至工藝文件的輸出過(guò)程中，效率大大提升，文件一致性也得到保障。

圖2 總裝工藝資源庫(kù)截屏示例

本課題在前期標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化。課題實(shí)施的其中一項(xiàng)重要基礎(chǔ)，是總裝“作業(yè)名稱(chēng)”的標(biāo)準(zhǔn)化，公司所有車(chē)型、生產(chǎn)線(xiàn)員工在進(jìn)行同樣的生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，文件中必須使用唯一的描述，如“天窗裝配”不可描述為“裝配天窗”。標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)名稱(chēng)描述在CAPP系統(tǒng)資源庫(kù)中進(jìn)行管理，并支持查詢(xún)和快速調(diào)取。

2.BOM零件屬性標(biāo)準(zhǔn)

公司經(jīng)過(guò)約3年的時(shí)間，成功實(shí)施了企業(yè)級(jí)BOM系統(tǒng)項(xiàng)目，打通了整車(chē)及發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)領(lǐng)域的BOM產(chǎn)生和應(yīng)用環(huán)節(jié)，從設(shè)計(jì)、試制以及生產(chǎn)到售后實(shí)現(xiàn)了超級(jí)BOM、全流程規(guī)范化、BOM標(biāo)準(zhǔn)化，成果顯著。其中，新BOM體系中的兩個(gè)零件屬性定義標(biāo)準(zhǔn)是本課題實(shí)施成功的另一項(xiàng)基礎(chǔ)。

（1）通用零件分組（GPC）通過(guò)這個(gè)編碼，可以快速識(shí)別零件屬于哪個(gè)分組系統(tǒng)，如：底盤(pán)、內(nèi)飾及外飾等一層下的第三層系統(tǒng)。

（2）功能名稱(chēng)（FND）零件在整車(chē)上應(yīng)用的命名和功能性描述，如：螺栓-左懸置軟墊總成到車(chē)身。

這兩個(gè)屬性標(biāo)準(zhǔn)是配置BOM的核心。配置BOM，在國(guó)外品牌應(yīng)用較為成熟，國(guó)內(nèi)部分自主品牌也在不斷進(jìn)行工藝研究，奇瑞已經(jīng)成熟應(yīng)用。

1、要確立后進(jìn)生也能成材的信念，去賞識(shí)鼓勵(lì)他們多給他們一些后進(jìn)生成為名人的故事，利用榜樣的力量去鼓勵(lì)他們。

不同車(chē)型、不同配置的零件有不同的零件號(hào)，這兩個(gè)屬性實(shí)現(xiàn)了所有車(chē)型同位置、同功能的零件（見(jiàn)圖3）標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一描述，見(jiàn)表1。

表1 BOM標(biāo)準(zhǔn)屬性示例

圖3 奇瑞全新一代 瑞虎8前保險(xiǎn)杠

這兩個(gè)屬性對(duì)于整車(chē)BOM中總裝標(biāo)準(zhǔn)件的識(shí)別作用尤其顯著，大大降低了工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中編制和解讀BOM的難度。

3.對(duì)應(yīng)關(guān)系庫(kù)的建立

對(duì)于大部分的總裝裝配零件，同一個(gè)裝配作業(yè)描述，對(duì)應(yīng)的零件“通用零件分組”/“功能名稱(chēng)”相同。例如：作業(yè)“方向盤(pán)裝配”對(duì)應(yīng)裝配的零件GPC/FND為“441/A00G方向盤(pán)”/“441/A00J螺母-方向盤(pán)到轉(zhuǎn)向管柱”。

將這種對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行全面梳理，如圖4所示，形成工序設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并植入CAPP系統(tǒng)的資源庫(kù)中。

圖4 梳理出來(lái)的關(guān)系庫(kù)截屏示例

4.自動(dòng)工藝設(shè)計(jì)功能的開(kāi)發(fā)及使用

總裝工藝設(shè)計(jì)的輸出，是《工序目錄》和APQP文件，把上述標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到《工序目錄》的編制過(guò)程中，通過(guò)系統(tǒng)工具的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化準(zhǔn)確快速的編制是我們本課題的最終目的。

標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)資源庫(kù)在CAPP系統(tǒng)中，而新產(chǎn)品車(chē)型的BOM在BOM系統(tǒng)中。那么，系統(tǒng)間的集成交互是必不可少的環(huán)節(jié)。本課題通過(guò)二次開(kāi)發(fā)，將整車(chē)全配置、單一配置BOM從BOM系統(tǒng)中觸發(fā)發(fā)送，在CAPP系統(tǒng)中觸發(fā)接收，實(shí)現(xiàn)了BOM的快速準(zhǔn)確傳遞。CAPP系統(tǒng)利用自身已有工廠結(jié)構(gòu)資源庫(kù)，根據(jù)工藝路線(xiàn)生成3PR工藝結(jié)構(gòu)樹(shù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的操作完成總裝工藝設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)過(guò)程如圖5所示。

圖5 總裝工藝設(shè)計(jì)過(guò)程示意

在“《工序目錄》編制”環(huán)節(jié)，從3PR工藝結(jié)構(gòu)樹(shù)導(dǎo)出excel《工序目錄》（見(jiàn)圖6），通過(guò)excel與CAPP資源庫(kù)的集成鏈接開(kāi)發(fā)，以及一些功能控件按鈕的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)BOM導(dǎo)入、工藝設(shè)計(jì)及準(zhǔn)確性質(zhì)量檢查等功能，功能控件按鈕包括以下六點(diǎn)。

圖6 《工序目錄》模板部分內(nèi)容

（1）調(diào)取BOM 從CAPP系統(tǒng)中調(diào)取全配置BOM至表中，供零件分配使用。

（2）提取零件 首先從資源庫(kù)中按照作業(yè)順序，選取標(biāo)準(zhǔn)“作業(yè)名稱(chēng)”，選中所有作業(yè)名稱(chēng)并點(diǎn)擊此按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)提取對(duì)應(yīng)的零部件（編號(hào)、名稱(chēng)、GPC/FND等）到作業(yè)名稱(chēng)行列。

（3）提取操作單元 可以先將零部件全部分配至表格中，然后點(diǎn)擊此按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)提取對(duì)應(yīng)的作業(yè)名稱(chēng)到零件行列。

（4）檢查零件正確性 在編制過(guò)程中，有可能會(huì)有設(shè)計(jì)變更發(fā)生。將更新后的BOM重新調(diào)取至表中，點(diǎn)擊此按鈕，可以自動(dòng)比對(duì)零件的變化，幫助工程師重新調(diào)整裝配零件。

（5）檢查操作正確性 在工序目錄編制過(guò)程中，點(diǎn)擊此按鈕可輔助檢查工程師錄入作業(yè)描述的準(zhǔn)確性，防止工程師誤操作導(dǎo)致不符合標(biāo)準(zhǔn)的情況。

（6）提取打點(diǎn)信息 將所有單一配置描述調(diào)取至表中，點(diǎn)擊此按鈕，系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別所分配零件對(duì)應(yīng)的配置行列。

除了以上功能，《工序目錄》可以與系統(tǒng)資源庫(kù)鏈接，輔助工程師智能調(diào)取所需的工裝工具、設(shè)備、生輔材料等工藝資源，以完成全面的工藝設(shè)計(jì)，本文不再贅述。

《工序目錄》自動(dòng)導(dǎo)入CAPP系統(tǒng)生成結(jié)構(gòu)化的3PR（product產(chǎn)品、process工藝、plant工廠及 resource資源）工藝結(jié)構(gòu)樹(shù)，再通過(guò)自動(dòng)提取資源庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)文件信息，經(jīng)過(guò)個(gè)性化內(nèi)容的更新，形成了完整的工藝設(shè)計(jì)。各種工藝文件、統(tǒng)計(jì)匯總表通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)按照已嵌入的標(biāo)準(zhǔn)模板生成。

收益成果

隨著智能汽車(chē)的推陳出新，汽車(chē)零部件及功能日趨多樣和復(fù)雜，隨之制造技術(shù)也需不斷進(jìn)步，工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、智能化技術(shù)必不可少，單純靠人工經(jīng)驗(yàn)和手工設(shè)計(jì)已經(jīng)很難適應(yīng)產(chǎn)品的進(jìn)步。本課題就是通過(guò)將人工積累的經(jīng)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)知識(shí)積累、自動(dòng)調(diào)取及智能分配等功能。在實(shí)際應(yīng)用中也體現(xiàn)出了顯著的收益。主要體現(xiàn)如圖7所示。

圖7 實(shí)際應(yīng)用中收益顯著

（1）質(zhì)量方面 《工序目錄》的生成，自動(dòng)繼承了上游BOM信息，工藝信息來(lái)源于CAPP系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)資源庫(kù)。因此，初版編制的準(zhǔn)確率從原手工的低于80%提高至98%，為整體工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量，打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（2）效率方面 通過(guò)數(shù)字化開(kāi)發(fā)手段，把人工分配變成了自動(dòng)調(diào)取資源、自動(dòng)分配零件，單車(chē)工藝設(shè)計(jì)效率提升了40%以上，隨著標(biāo)準(zhǔn)的不斷補(bǔ)充、完善，效率還有很大提升空間。

（3）成本方面 工藝設(shè)計(jì)減少了大量的人工成本；把人工從低效的勞動(dòng)轉(zhuǎn)移到更加增值的標(biāo)準(zhǔn)完善及新工藝開(kāi)發(fā)中。此項(xiàng)目基于現(xiàn)有成熟平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，較之采購(gòu)?fù)?lèi)產(chǎn)品節(jié)省上百萬(wàn)的費(fèi)用。

（4）標(biāo)準(zhǔn)化 本課題推動(dòng)了總裝工藝的標(biāo)準(zhǔn)化完善，并嵌入到系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，工藝人員可快速查閱、學(xué)習(xí)，加快人員培養(yǎng)速度；自動(dòng)調(diào)用及文件自動(dòng)生成的功能，也實(shí)現(xiàn)了部分工作的去技能化。

智能數(shù)字化工藝展望

我國(guó)正處于制造業(yè)升級(jí)的重要時(shí)間窗口，產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨絕佳機(jī)遇。智能制造熱潮持續(xù)升溫，人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及5G等技術(shù)的發(fā)展，為制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了重大機(jī)遇[2]。

近年來(lái)中國(guó)智能制造推進(jìn)體系初步形成，關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，成效明顯，開(kāi)放合作不斷拓展。智能制造場(chǎng)景技術(shù)多元化，智能制造的形式和手段多種多樣，行業(yè)之間和企業(yè)之間的差別很大，即使同一行業(yè)中相似的企業(yè)，也有可能從不同的環(huán)節(jié)開(kāi)始，使用不同的技術(shù)手段。

結(jié)語(yǔ)

本課題只是汽車(chē)數(shù)字化制造中很小一部分，相關(guān)技術(shù)的擴(kuò)展還有很大的空間，在汽車(chē)沖壓、焊裝、涂裝、總裝及發(fā)動(dòng)機(jī)工藝設(shè)計(jì)領(lǐng)域，需要更加努力創(chuàng)新，提升汽車(chē)設(shè)計(jì)制造能力和質(zhì)量。