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满足可持续发展汽车工厂的制造技术Manufacturing Technique for Continuous Development of Auto Plant【摘要】汽车生产制造技术与汽车产品研发技术构成汽车产业的核心技术，对汽车工业的科学发展至关重要。本文浅析现代汽车制造技术的特征，探讨满足可持续发展汽车工厂的制造技术，以推动自主汽车工业科学发展。Abstract: Automobile manufacturing technique and product development technology are composed of core technology for automobile enterprise which is very important for auto industrys development. The paper analyzes the characteristics of auto technology as well as discusses the manufacturing technique for continuous development of auto plant in order to make native auto industry develop scientifically.【关键词】 汽车工厂 制造技术 Key Words: Auto Plant, Manufacturing Technique 1 前言汽车工业发展中，汽车产品研发技术和生产制造技术是汽车产业的两个核心技术，对汽车工业的科学发展具有重要作用。近年来，我国汽车生产企业非常重视产品研发技术，无论是合资品牌还是自主品牌，都在国内建立了自己的产品研发部门，汽车产品推陈出新，形成百蝶齐舞的市场局面，丰富了广大消费者的选择。特别值得一提的是以奇瑞和比亚迪为代表的自主品牌产品研发推动了我国自主汽车工业的发展。汽车生产制造技术是大量投资投入的主体，世界汽车工业发达国家将其作为产品研发流程中一个非常重要的环节，他们非常重视生产制造技术的规划设计工作，投入大量时间和精力进行多方案论证，这也体现出此项工作本身的重要性。我国对于制造技术的投资一般都是通过工程设计建设汽车工厂，目前我国对于生产制造技术的认识与世界汽车发达国家尚有一定的差距，多数自主品牌汽车生产企业没有充分意识到其重要性， 往往通过简单的技术方案比选和经济性分析，在较短的时间内就做出决策，有时还缺乏科学性的压缩工程设计和建设周期。建成的汽车工厂，有高投资低效益的，有低水平重复建设的，也有节能减排和环保性差的，而达到具有国际竞争力的工厂较为少见。因此，要充分认识到汽车生产制造技术是汽车工业科学发展的重要保证，采用先进的生产制造技术建设可持续发展的汽车工厂是提升我国自主汽车企业具备国际核心竞争力的重大问题。当今汽车生产制造技术是包括制造工艺、工艺设备及生产线、工艺装备、质量控制、管理信息、物流配送、厂房建安工程等在内的系统集成，是为汽车产品提供解决方案和技术支撑，这些系统之间关系相辅相成、兼容并蓄，成为一个系统工程，才能实现有竞争力的汽车工厂。2 制造工艺及装备汽车工业的发展主导了制造工艺与装备的发展，世界汽车企业巨头具有国际竞争力的资本取决于其拥有先进的工艺技术及装备和较低的制造成本。先进制造工艺具有精益化、柔性化、敏捷化、信息化、人性化、环保和节能减排俱佳等特点。2.1 冲压当代汽车小批量、多品种共线生产方式，要求冲压生产线向柔性化、智能化发展，冲压件大型化、一体化的趋势，以及高强度钢板、合金材料等新材料的应用要求冲压设备向大吨位、大台面的方向发展。大型冲压自动线和伺服压力机代表了当今冲压制造技术的最高水平。新型伺服压力机采用了适应性很强的伺服驱动技术，将液压机的灵活性与机械压力机的高效率优点有机地结合起来，显示出来了其它压力机所无法比拟的优越性，已成为世界冲压技术及装备发展的主要潮流。由伺服压力机组成的冲压自动线和伺服驱动的大型多工位压力机具有高柔性、高生产率、高精度、低噪音、节能等特点，是车身覆盖件冲压成型生产的发展方向。它们集机械、电子、控制和检测技术为一体，全自动、智能化、操作安全，冲压件综合成本低、劳动生产率高、制件质量高，满足了汽车工业大批量、捷敏化生产的需要。冲压生产智能控制技术也是发展很快的一个领域。它在材料、工艺一体化的基础上，依据已有材料和工艺数据库实现冲压加工过程的在线控制或智能控制，对材料或工艺参数建立在线检测系统，实现冲压工艺过程的自适应控制。 2.2 焊装自动化柔性焊装线在大批量生产中的运用是白车身焊装精益化、柔性化最好的解决方案。不管是丰田公司的内置式混流合装夹具、通用公司的BOP模式、还是大众公司的康采恩框架，都有共同的特点，即能够同时满足多种车型白车身柔性共线制造的工艺要求。柔性焊装线大量采用焊接机器人、多车型柔性输送线、多车型共用的主拼台、在线激光检测等先进设备。 工业机器人是焊接设备柔性化的最佳选择，目前主要使用的六自由度点焊机器人和弧焊机器人，由于其动作和程序灵活，因而属高自动化和高柔性的焊接设备。具有重复精度高、焊接质量好、运动速度快和动作稳定可靠等特点。在白车身装配过程中大量使用机器人可以满足柔性化、批量化、高效率和产品质量控制的要求。激光焊接技术也是车身焊接技术的一个发展趋势，它的主要特点是具有高效率、高精度、易实现自动控制和无后续加工的优点，应用范围包括车身顶盖、侧围板、车门及前后盖等。采用激光焊接不仅可以降低车身重量、提高车身的装配精度、简化装配工作量、降低整车制造成本，还能加强车身的强度，提高车辆碰撞安全性。激光设备的一次性投入成本很高，目前在国内采用激光焊接技术的汽车企业数量不多。2.3 涂装涂装生产线的柔性化在汽车整车制造厂冲压、焊装、涂装、总装四大工艺中是最好的，最易于实现多平台、多品种的混线生产。节能减排是衡量涂装线水平的一个重要因素，推广使用环保材料和简化涂装工序是目前涂装线主要发展方向是。在工艺材料上主要减少有害物质的使用，达到环保目的。前处理应用无磷、无氮生物分解型脱脂剂、新型液态表调剂、低温低渣磷化处理剂、无亚硝酸有机促进剂、无铬钝化和无钝化技术；中涂面漆逐步向全面水性或水性+粉末的方向发展。通过优化和简化涂装工艺，可以降低运行成本，实现汽车涂装生产的节能减排。使用新型材料减少前处理工序和取消胶烘干工序；优化“三涂层涂装工艺”，采用“二涂层涂装工艺”，如：DuPont公司的“2010工艺”、PPG公司的“B1:B2紧凑油漆系统”、BASF公司的双底色工艺；中涂和面漆涂装使用“3C1B涂装工艺”等等。2.4 总装柔性化生产技术在总装配线中体现得最显著。高水平的柔性装配线具有灵活性强、生产效率高、可以适应多品种共线生产的特点，以确保产品质量。装配线的布置形式决定了生产模式，因此在规划设计时必须运用先进的生产方式理念布置装配线。目前世界最前沿的“h型”装配线布置方式完全从精益生产理念出发，以物流配送角度考虑生产线的布置，使得物流更加畅通和提高生产效率。对于以手工作业为主的汽车装配生产线，人性化也是其发展趋势。从人机工程角度，根据工人装配作业姿势，设计可调整的机械化输送线形式和线旁物流器具的摆放，改善作业条件，保证作业安全，提高作业效率。工厂生产指示系统、安东系统等信息管理系统，以及总装生产线监控系统，都是总装车间保证柔性生产必不可少的条件。3 物流配送系统现代汽车制造企业通过运用精益生产理念，采用先进的物流技术，提高物流效率，降低生产成本，提高企业效益。混流生产是一种典型的柔性生产方式，是JIT生产系统普遍采用的一种生产组织方式，JIT生产组织方式的应用，必然要求物流同步供应与之配合，即运用JIT思想对物流活动进行管理。如何将正确数量、正确品种的零部件用正确的方式在正确的时间送到正确的地点并交给正确的人，满足生产线物料需求的同时又能够实现企业库存的最小化、节约流动资金和降低物流成本，是企业进行混流生产时必须解决的核心问题。在总装车间内设立物流配送场地，即所谓的“物流超市”，丰田称为SPS（Set Parts Supply）物流方式，它是柔性化精益生产的最新发展特征。其核心内容就是在配送场地内将零件摆放到货架上，配送人员按照每辆份需要装配的零件拣选出来，再按照顺序送到生产线旁。这种方式的特点是：防止装错零件，提高装配质量；减少操作者非创造价值性的工作、缩短装配时间，从而提高作业效率；减少生产线旁物流面积，缩短装配线长度，从而节省投资；易于实现标准化作业。 最新的趋势是焊装车间也采用按辆份配货的物流方式。在冲压件存放区中划出一块配货作业区，工人将除侧围板以外的冲压件按辆份拣选出来，放入带轮子的工位器具中，再由牵引车牵引多台带轮子的工位器具按顺序送到焊装线旁。这种方式减少了大量叉车在焊装车间内频繁运输，节省投资，降低噪音，提高了安全性。4 生产控制系统现代汽车制造业的订单制生产要求在生产制造环节必须采用生产控制系统，才能保证供货的准确率、及时率，提高整车的兑现率，提高生产效率和减少库存。生产控制系统由JIT（Just in time）基础数据库、零件上线发货数据库、ECOS及力矩数据库、销售部整车存储发送数据库、零件数据库、整车车型数据库、整车生产计划系统子系统和生产控制核心系统构成，通过生产控制核心系统向供货厂、生产车间发送生产和送货指令，控制整车生产。根据销售订单，进行零件筹措，编制生产计划，通过整车控制系统下达生产指令，通过整车控制系统现场控制点的信息控制各生产车间，实现以市场为导向的生产组织。汽车企业通过信息化确保了生产和物流组织的高效、准确运行。在汽车工厂规划设计时，我们必须考虑在生产车间合理地设置现场控制点以满足整车生产控制的需要。确定现场控制点需要物流规划、工艺规划、质量规划和IT规划为前提，物流规划、工艺规划、质量规划决定了设置现场控制点的原则，IT规划决定了现场控制点下设备的接口配置。通常轿车工厂焊装车间、涂装车间、总装车间都需要布置现场控制点。5 安全、环保与节能技术5.1 厂房和能源供应在汽车生产过程中，需要消耗大量水、电、气等能源，也会产生大量的废水、废液、废气以及噪音，这就要求汽车生产企业采取有效措施，达到保护环境和节能减排的目的。在工厂设计和布局时要以人为本，厂区内要设置人行道，厂房内物流通道与人行通道分开，通常总装车间要设置专门的参观通道。物流规划时，要将人流和车流分开，保证安全。厂房要设计节能方案，屋顶和墙板采用保温隔热性能良好的建筑材料，提高厂房的密闭性，生活建筑要设计双层中空玻璃，达到保温隔热的目的。厂房要充分利用自然采光，减少白天室内照明用电。应用电机变频器节能，变频调速范围大，稳定性好，运行效率高。变压器采用无功功率补偿，提高功率因数，减少了电能损耗。应选择大容量的储气罐，用来调节和平衡供气能力。回风利用净化空调系统风机等节能技术。能源采取相对集中供应方式，尽可能靠近负荷中心，最好是邻近涂装车间、焊装车间。建立工厂能源监控系统，对电力供应系统、供水系统、中央空调系统、压缩空气自控系统、污水处理监视系统等能源监视。对于生产过程中产生的废水和生活污水，通过建立高标准的污水处理站处理达标后排放。具有先进水平的废水处理系统是中水回用的处理设施，可以最大限度提高资源利用率。5.2 工艺设备冲压车间采用伺服压力机比传统压力机降低能耗30以上。通过全封闭冲压生产线方式，降低噪音。焊装车间通过排烟除尘装置对焊接烟尘进行收集过滤，特别是采用置换式整体厂房空调系统可以达到最好的排烟除尘效果。焊钳采用中频逆变伺服焊钳，可有效降低机器人负载，从而降低电能，降低噪声。油漆车间通过水性涂料的应用，降低有害物质VOC的排放量。前处理电泳处理系统应用无铅电泳、无铬钝化技术，避免了重金属对人员、环境的污染。烘干炉废气焚烧净化，有效减少了能源消耗，大大提高了环保性。采用多功能喷涂机器人，节约热能及电能；采用穿梭机输送系统，使前处理、电泳线槽体缩短，减少了水、热能及电能消耗量；烘干炉废气燃烧装置达到废气排放标准， 机械化采用摩擦式传动链，具有噪声小、能耗低、免润滑的特点，不仅实现了节能、清洁生产，还具有维护简单、柔性高等优点。总装车间采用随动式汽车尾气收集装置，保证车间内外整体良好的空气质量。淋雨生产线采用循环水重复利用，以此节约自来水资源。物流区域降低厂房高度，减少照明照度等措施均可节省能源降低消耗。物流牵引车采用电瓶叉车，大大减少了噪音和尾气排放。 6 结束语目前我国很多自主汽车生产企业以建设经济型工厂为目标，以少投入、高产出的指导思想规划和建设汽车工厂，通常对一次性投资较高的柔性化、人性化的先进设备和生产线不予考虑，对保证产品质量的设备也不予重视。例如国内汽车制造企业还很少采用上述的先进冲压制造技术，因而生产的冲压件不能达到当代汽车冲压件的高精度和高表面质量标准，其主要原因：一是购买这类国外设备制造商生产的冲压装备，一次性投入较大；二是国内汽车制造企业由于起点低，目前企业现有的相对落后的冲压设备尚在服役期，这也在某种程度上制约了我国自主汽车生产企业冲压技术的提高。再如国内采用自动化柔性焊装线的自主汽车制造企业很少，往往是每个车型建设一条白车身焊装线，尽管每次投资较少，但累计投资远远大于柔性焊装线，通常造成生产线开动率低，不仅浪费投资，而且还造成大量的土地、厂房、基础设施等有限资源的浪费。自主汽车制造企业采用水溶性油漆涂装线的就更少，因为水溶性油漆价格比溶剂型油漆的价格高，产品成本也随着提高。在工厂基础设施建设方面的投资更少，不在消防、环保、安全、节能等方面采取有效措施，甚至与法规打擦边球或违反法规的要求。