汽车动力总成全流程数字化制造技术及成套装备生产线

     当前汽车动力总成升级换代加快,面临着多品种变批量混线生产、灵活快速排产换产的迫切需求与难题,动力总成制造已从原来的高效率、自动化向高精度、高可靠性、数字化及智能化方向发展。该项目完成前,国际上最为先进的汽车动力总成全流程数字化制造技术及高可靠性成线装备仅有德国、美国的极少数企业掌握,价格昂贵,并对我国进行技术封锁,严重制约了我国汽车工业整体发展。该项目在国家科技重大专项支持下,实现了关键技术的突破,形成创新如下:
    科技创新1:开发出集设计、工艺、装备和工业软件为一体的汽车动力总成数字化柔性制造系统,通过高可靠性精密卧式加工中心、装配单元、测试系统、信息识别与采集系统、清洗单元、立体仓库、工业机器人、换产AGV、物流系统及生产管控系统等搭建出从毛坯到零件总成的全流程数字化生产线,并实现多种异构复杂零件的柔性快速换产;实现了国产数控系统、国产功能部件和国产刀具的批量应用,研发的数字化生产线在高精度、高可靠性方面取得了重要突破,并满足动力总成柔性化及智能化的要求,打造出无人化的“黑灯工厂”。研制的四轴、五轴及双主轴高可靠性精密卧式加工中心及生产线,直线轴定位精度≤ 0.005 mm、重复定位精度≤ 0.003 mm,回转轴定位精度5″、重复定位精度3″,平均无故障时间MTBF≥2000小时,工序能力指数CPK≥1.67,综合开动率OEE≥85%,合格率≥99.8%。
    科技创新2:发明了适于柔性换产的刀夹具精准移换技术及装备,在自由导航、视觉标定、精准找正与定位技术方面形成突破,解决了夹具、刀具柔性调度和自由更换的难题,实现了多种异构复杂零件的柔性快速换产,生产线自动换产时间仅需9分18秒。
    科技创新3:开发出数字化工艺一键自动生成及云架构动态自适应排换产管控系统,即把待加工对象的毛坯和成品三维模型输入,通过特征识别、机器学习及人工智能技术,实现一键自动生成完整的数字化加工工艺、产线布局和NC程序,能够使工艺规划编制周期压缩70%以上;发明了自动换产柔性制造系统及方法,通过实时通讯、边缘计算技术,解决了协同调用机床、刀具、夹具及物料的难题,实现了生产实时决策,自适应智能排换产。
    科技创新4:发明了基于数据驱动的工艺流程数字孪生及虚实融合实时交互技术,解决了用PLC等真实物理数据驱动虚拟机床及虚拟生产线的难题,实现了虚实环境下的数字化镜像,使数字孪生与设备及生产状态精确同步,减少了设计差错,缩短了研制周期,实现了“所见”即“所得”。
    该项目共获国家发明专利21项,申报PCT国际专利6项,获实用新型专利13项、软件著作权项8项,论文100余篇(SCI/EI:76篇),企业标准7项。项目总体技术达到国际先进水平,部分技术达到国际领先,实现了核心技术自主可控。项目成果在多家知名汽车企业实现了成功应用,通过了汽车行业严苛的质量考核。该项目极大的促进了我国自主高端装备、数字化技术的科技进步,有力的支撑了智能制造产业发展。经济效益、社会效益显著。