第3章——智能制造典型裝備及實(shí)例學(xué)習(xí)目標(biāo)能簡(jiǎn)要概括工業(yè)機(jī)器人等智能制造裝備的主要特點(diǎn)和種類能清晰闡述AGV系統(tǒng)構(gòu)成及其控制方式并使用算法進(jìn)行路徑規(guī)劃能簡(jiǎn)要概括汽車整車智能制造典型裝備的特點(diǎn)及功能能簡(jiǎn)要概括飛機(jī)智能制造典型裝備的特點(diǎn)及功能案例導(dǎo)入——汽車生產(chǎn)線重載AGV應(yīng)用歐洲Ego汽車公司的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)布局案例導(dǎo)入——汽車生產(chǎn)線重載AGV應(yīng)用討論:1）AGV在生產(chǎn)線上的應(yīng)用，會(huì)對(duì)智能制造系統(tǒng)帶來(lái)哪些影響或改變？2）AGV是智能工廠中應(yīng)用較為普通的一類物料運(yùn)輸設(shè)備，你認(rèn)為這種設(shè)備在智能制造場(chǎng)景下有何優(yōu)勢(shì)？3）如果某同學(xué)想開(kāi)發(fā)一種AGV設(shè)備并以此進(jìn)行創(chuàng)業(yè)，請(qǐng)你與同伴討論并幫助該同學(xué)提出AGV的功能需求，給出創(chuàng)業(yè)建議。第3章——智能制造典型裝備及實(shí)例智能制造典型裝備及實(shí)例3.1智能制造典型裝備概述3.2工業(yè)機(jī)器人3.3自動(dòng)引導(dǎo)車(AGV) 3.4汽車整車智能制造典型裝備3.5國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)智能制造典型裝備3.1智能制造典型裝備概述3.1.1智能制造裝備的主要特點(diǎn)無(wú)縫接入制造網(wǎng)絡(luò)，與其他裝備和系統(tǒng)互聯(lián)互通具有高度的自動(dòng)化能力，基于算法，數(shù)據(jù)分析結(jié)果自主運(yùn)行具有快速適應(yīng)的能力，靈活處理多樣化的生產(chǎn)任務(wù)具備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)處理和分析的能力并且可以通過(guò)傳感器技術(shù)和機(jī)器視覺(jué)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控裝備能夠?qū)W習(xí)、適應(yīng)新情況、并自主解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)性能的持續(xù)提升適應(yīng)性認(rèn)知與學(xué)習(xí)能力互聯(lián)互通性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量監(jiān)控智能化自我診斷與預(yù)測(cè)性維護(hù)能在故障發(fā)生前識(shí)別并報(bào)告潛在問(wèn)題，通過(guò)預(yù)測(cè)性維護(hù)減少停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、智能決策、精準(zhǔn)執(zhí)行3.1.2智能制造裝備的主要分類1.生產(chǎn)類設(shè)備自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備數(shù)控機(jī)床增材制造設(shè)備智能制造系統(tǒng)中的生產(chǎn)類設(shè)備是指那些集成了數(shù)字技術(shù)、傳感器和軟件的先進(jìn)機(jī)械和工具，它們是工業(yè)4.0和智能制造概念的核心組成部分。這些設(shè)備主要包括（不限于）：3.1.2智能制造裝備的主要分類2.檢測(cè)類設(shè)備視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試設(shè)備3D掃描和成像系統(tǒng)智能制造系統(tǒng)的檢測(cè)和質(zhì)量控制設(shè)備利用自動(dòng)化、傳感器、人工智能和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，確保產(chǎn)品在整個(gè)制造過(guò)程中符合既定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。關(guān)鍵設(shè)備包括（不限于）：無(wú)損檢測(cè)設(shè)備3.1.2智能制造裝備的主要分類3.物流搬運(yùn)設(shè)備自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV）傳送帶系統(tǒng)機(jī)械臂在智能制造體系中，物料搬運(yùn)裝備扮演著至關(guān)重要的角色，它們通過(guò)采用尖端智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物料在整個(gè)制造流程中的高效移動(dòng)、存儲(chǔ)、保護(hù)和控制。以下是一些具體的物料運(yùn)輸設(shè)備示例（不限于）：3.1.2智能制造裝備的主要分類3.物流搬運(yùn)設(shè)備/zh-cn/solutions/automated-guided-vehicles/building-agvs/3.1.2智能制造裝備的主要分類4.過(guò)程控制與自動(dòng)化設(shè)備可編程邏輯控制器（PLC）監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA)集散控制系統(tǒng)（DCS）智能制造系統(tǒng)的過(guò)程控制和自動(dòng)化設(shè)備是現(xiàn)代工業(yè)運(yùn)營(yíng)的基石，它們使制造環(huán)境能夠向更智能、更高效和高適應(yīng)性的方向過(guò)渡。關(guān)鍵組件包括（不限于）：3.1.2智能制造裝備的主要分類5.傳感器與基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備智能制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和分析設(shè)備是收集、處理和解釋制造環(huán)境中數(shù)據(jù)的核心，它們構(gòu)成了智能制造的支柱，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和決策支持優(yōu)化流程。關(guān)鍵組件包括（不限于）：傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）組件、邊緣計(jì)算設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。第三章——智能制造典型裝備及實(shí)例智能制造典型裝備及實(shí)例3.1智能制造典型裝備概述3.2工業(yè)機(jī)器人3.3自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV) 3.4汽車整車智能制造典型裝備3.5國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)智能制造典型裝備3.2工業(yè)機(jī)器人3.2.1關(guān)節(jié)機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)器人，也稱關(guān)節(jié)機(jī)械手臂或多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)形式以轉(zhuǎn)動(dòng)為主，與人的手臂類似。關(guān)節(jié)機(jī)器人以其卓越的靈活性和執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的能力，是當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中最常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)器人的形態(tài)之一，適合用于諸多工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)械自動(dòng)化作業(yè)，如圖所示的KUKA關(guān)節(jié)機(jī)器人及其應(yīng)用場(chǎng)景示例。/video/BV1cX4y1R7ef/?share_source=copy_web&vd_source=f3f10f5e2bcf08ed934642e5ddc8c7213.2.2

SCARA機(jī)器人SCARA（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm，選擇性裝配機(jī)械臂）機(jī)器人，以其專為提供垂直和水平精密運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)的獨(dú)特構(gòu)造而著稱。它們以快速響應(yīng)和極高的定位精度（在0.01-0.1毫米）聞名，而其緊湊的機(jī)身設(shè)計(jì)尤其適合在空間受限的環(huán)境中作業(yè)。SCARA機(jī)器人通常用于處理較輕的物體，非常適合于搬運(yùn)小型電子元件或裝配輕質(zhì)部件，它們?cè)谔嵘圃炝鞒痰撵`活性、敏捷性和效率方面發(fā)揮著重要作用。3.2.3協(xié)作機(jī)器人協(xié)作機(jī)器人簡(jiǎn)稱“Cobots”，其最大特點(diǎn)是能夠與人類工人協(xié)同工作，能夠直接與人類共享工作空間，而無(wú)需傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人那樣的安全柵欄或隔離措施。由于協(xié)作機(jī)器人裝備了先進(jìn)的傳感器和人工智能技術(shù)，確保與人類的安全互動(dòng)，并能適應(yīng)各種任務(wù)，如裝配、機(jī)器維護(hù)、質(zhì)量檢查等，如圖所示，KUKA協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景示例。3.2.3協(xié)作機(jī)器人協(xié)作機(jī)器人——搬運(yùn)紙箱第三章——智能制造典型裝備及實(shí)例智能制造典型裝備及實(shí)例3.1智能制造典型裝備概述3.2工業(yè)機(jī)器人3.3自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV）

3.4汽車整車智能制造典型裝備3.5國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)智能制造典型裝備3.3自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV）自動(dòng)導(dǎo)引車（AutomaticGuidedVehicle，AGV）是指裝備有自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，利用內(nèi)置的控制系統(tǒng)和導(dǎo)航技術(shù)在特定的路徑上自主行駛，能夠按照設(shè)定路線自動(dòng)行駛或牽引載貨臺(tái)至指定地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)裝卸和搬運(yùn)。智能制造場(chǎng)景下，AGV的使用越來(lái)越廣泛，在物料搬運(yùn)過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的無(wú)人駕駛，也稱為自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車。3.3.1AGV系統(tǒng)的基本組成AGV系統(tǒng)組成傳感系統(tǒng)分析和決策系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)激光雷達(dá)、視覺(jué)、角速度等各類傳感器/系統(tǒng)，確保AGV安全行駛上位機(jī)應(yīng)用軟件：任務(wù)調(diào)度、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、路徑規(guī)劃、避障決策等下位機(jī)控制系統(tǒng)+基礎(chǔ)硬件：運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航、路徑導(dǎo)引、車輛驅(qū)動(dòng)裝卸操作等3.2.2AGV系統(tǒng)控制方法1.

集中式多AGV系統(tǒng)

集中式多AGV系統(tǒng)由一個(gè)中央控制系統(tǒng)及包含多個(gè)AGV的底層系統(tǒng)構(gòu)成，彼此間存在管理與被管理的關(guān)系。中央控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)所有AGV的行為、協(xié)作以及共享資源等提供統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和管理。其任務(wù)調(diào)度以及無(wú)沖突控制策略都由中央控制系統(tǒng)完成。中央控制系統(tǒng)從全局角度為各AGV分配任務(wù)、規(guī)劃路徑并將信息下發(fā)；各AGV嚴(yán)格按照指令執(zhí)行任務(wù)，當(dāng)沖突發(fā)生后，中央控制系統(tǒng)根據(jù)無(wú)沖突控制策略進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止AGV之間發(fā)生碰撞。集中式多AGV系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。3.3.2AGV系統(tǒng)控制方法2.

分布式多AGV系統(tǒng)在分布式的多AGV系統(tǒng)中，所有AGV都是平等關(guān)系。各AGV在遵循可能的規(guī)則和共享資源的管理策略基礎(chǔ)上，基于通信技術(shù)彼此交換信息。其任務(wù)調(diào)度以及無(wú)沖突控制依賴各AGV的智能。分布式多AGV系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。3.3.2AGV系統(tǒng)控制方法3.混合式多AGV系統(tǒng)

混合式多AGV系統(tǒng)介于集中式和分布式之間，由一個(gè)中央控制系統(tǒng)和多個(gè)具有一定智能的AGV構(gòu)成，平衡了集中式和分布式兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。各AGV的基本行為和簡(jiǎn)單任務(wù)由AGV自主完成；當(dāng)系統(tǒng)多任務(wù)調(diào)度，或協(xié)通作業(yè)時(shí)，可由中央控制系統(tǒng)集中規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)，或借助各AGV有限的智能水平，彼此通信進(jìn)行協(xié)同計(jì)算，分擔(dān)中央控制系統(tǒng)部分壓力；相較分布式多AGV系統(tǒng)，該方案對(duì)AGV的智能化要求低，投入成本容易控制。混合式多AGV系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。3.3.3AGV的導(dǎo)引原理與路徑規(guī)劃1.

AGV的導(dǎo)引原理

AGV導(dǎo)引可分為固定路徑導(dǎo)引和自由路徑導(dǎo)引兩種方式。固定路徑導(dǎo)引原理依據(jù)不同的信息媒介，又可以分為電磁導(dǎo)引和光學(xué)導(dǎo)引。3.3.3AGV的導(dǎo)引原理與路徑規(guī)劃2.

AGV路徑規(guī)劃技術(shù)

路徑規(guī)劃是指AGV從起點(diǎn)到終點(diǎn)有多條路徑可以選擇，而系統(tǒng)根據(jù)一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)從中選出路徑或者時(shí)間最短的運(yùn)行路徑。路徑在多AGV系統(tǒng)中是AGV能否高效、安全運(yùn)行的關(guān)鍵一步，它不僅需要處理起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的關(guān)系，還需要解決AGV互相之間的關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)給AGV分配了任務(wù)，它的起點(diǎn)和終點(diǎn)就已將被確定下來(lái)，接著就由調(diào)度系統(tǒng)為AGV進(jìn)行路徑規(guī)劃，提供一條最優(yōu)的、安全的路徑。經(jīng)典的AGV路徑規(guī)劃算法如圖所示，其中，Dijkstra算法、A*算法是最主流的路徑規(guī)劃算法。隨著移動(dòng)機(jī)器人智能化的應(yīng)用需求逐漸上升，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在路徑規(guī)劃領(lǐng)域，涌現(xiàn)出了以遺傳算法、蟻群算法等為代表的智能搜索算法，以強(qiáng)化學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等為代表的人工智能算法的相關(guān)研究與應(yīng)用示范。3.3.3AGV的導(dǎo)引原理與路徑規(guī)劃2.

AGV路徑規(guī)劃技術(shù)

在上述方法中，應(yīng)用最普遍的是直接表征法和柵格地圖。對(duì)于多種不同車型的總裝車間，柵格地圖易于構(gòu)建和保存較大的運(yùn)行環(huán)境，對(duì)AGV可以進(jìn)行精確定位。地圖可行路徑的方向可以分為單車道單向行駛、雙車道雙向行駛和單車道雙向行駛?cè)N方式。單車道單向行駛情況下道路的利用率較低，主要應(yīng)用于物流分揀和倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域。雙車道雙向行駛類似于現(xiàn)實(shí)的交通道路，這種方法在路徑規(guī)劃上具有較好的靈活性，但是對(duì)規(guī)劃道路的空間需求也相應(yīng)增大，建設(shè)和管理費(fèi)用也會(huì)更高。單車道雙向行駛相對(duì)于單車道單向行駛的車輛控制系統(tǒng)更為復(fù)雜，但是其道路的利用率更高。以單車道雙向行駛模式的二維車間AGV的調(diào)度為例，位置信息用二維坐標(biāo)來(lái)表示。地圖環(huán)境主要包含四部分，AGV停靠區(qū)（充電區(qū)）、AGV工作區(qū)、車間總裝線（障礙物）、零部件倉(cāng)庫(kù)區(qū)。柵格地圖的建模過(guò)程有如下三個(gè)關(guān)鍵要素：1）柵格尺寸的選取：柵格尺寸相當(dāng)于比例尺，當(dāng)柵格所表示的面積較小時(shí)，整個(gè)需要建模的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景所包含的柵格數(shù)量將會(huì)增加，地圖激精度也會(huì)提高2）柵格位置的標(biāo)記：一般可通過(guò)直角坐標(biāo)系里的點(diǎn)坐標(biāo)表示每一個(gè)柵格的位置信息。3）柵格屬性的編碼：柵格屬性代表了柵格的物理性質(zhì)，可以決定該柵格是否為可行區(qū)域。3.3.3AGV的導(dǎo)引原理與路徑規(guī)劃3.

AGV路徑規(guī)劃中的最短路問(wèn)題最短路徑問(wèn)題是圖論研究中的一個(gè)經(jīng)典算法問(wèn)題，旨在尋找圖（由結(jié)點(diǎn)和路徑組成的）中兩結(jié)點(diǎn)之間的最短路徑。根據(jù)AGV任務(wù)分配的結(jié)果，AGV的路徑問(wèn)題是確定起點(diǎn)終點(diǎn)的最短路徑問(wèn)題，即已知起點(diǎn)和終點(diǎn)，求兩結(jié)點(diǎn)之間的最短路徑。A*算法是求解最短路徑最有效的直接搜索方法之一，是一種啟發(fā)式算法，所謂啟發(fā)式就是A*算法通過(guò)啟發(fā)函數(shù)來(lái)引導(dǎo)搜索方向，這種方式通常可以很高效地得到路徑搜索問(wèn)題的最優(yōu)解，即使對(duì)于NP問(wèn)題，A*算法也可以在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)得到一個(gè)近似最優(yōu)解，算法流程如圖所示。第三章——智能制造典型裝備及實(shí)例智能制造典型裝備及實(shí)例3.1智能制造典型裝備概述3.2工業(yè)機(jī)器人3.3自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV）

3.4汽車整車智能制造典型裝備3.5國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)智能制造典型裝備3.4汽車整車智能制造典型裝備當(dāng)前，我國(guó)已成為世界新能源汽車的制造大國(guó)，2023年的產(chǎn)銷量已居世界第一位。但依然面臨著促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、搶占國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值鏈全鏈提升的緊迫任務(wù)。大規(guī)模個(gè)性化定制，是繼福特大規(guī)模生產(chǎn)、豐田精益生產(chǎn)模式后最具行業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意義的新模式，引領(lǐng)著世界汽車工業(yè)的發(fā)展潮流；因此，本節(jié)主要以中國(guó)一汽紅旗車間、北汽北分株洲工廠為例，針對(duì)汽車沖壓、焊裝車間的典型設(shè)備加以概述。3.4.1沖壓生產(chǎn)線典型裝備汽車沖壓生產(chǎn)線總體工藝流程如下圖所示：上料→磁性分張→拆垛→雙料檢測(cè)→板料傳輸→板料清洗→板料涂油→雙料檢測(cè)板料對(duì)中→→上料裝置送料→（首臺(tái)壓力機(jī)沖壓）→工序間送料→（壓力機(jī)沖壓）→(根據(jù)工序數(shù)量循環(huán))→下料裝置取料送料→（末端壓力機(jī)沖壓）→線尾下料裝置取料放料→皮帶機(jī)輸送→人工檢驗(yàn)→人工裝箱→叉車入庫(kù)。1-上料機(jī)器人及上料輸送裝置；2-首臺(tái)壓力機(jī)；3-工序壓力機(jī)；4-工序間送料裝置；5-末端壓力機(jī)；6-線尾下料取料裝置3.4.1沖壓生產(chǎn)線典型裝備1.板料立體庫(kù)自動(dòng)上料

中國(guó)一汽在國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用了超大噸位的立體庫(kù)設(shè)備存儲(chǔ)板料，同時(shí)也是在國(guó)際上首次利用板料立體庫(kù)實(shí)現(xiàn)沖壓線線首的自動(dòng)上料，大大提升了沖壓車間的自動(dòng)化水平,如圖所示。3.4.1沖壓生產(chǎn)線典型裝備2.高速鋼鋁混合沖壓線

高速鋼鋁混合沖壓線采用濟(jì)南二機(jī)床公司的8500噸全自動(dòng)連續(xù)鋼鋁混合機(jī)械沖壓線，如圖所示。3.4.1沖壓生產(chǎn)線典型裝備3.雙飛翼式換模+全自動(dòng)換模天車

智能天車在港口、造紙和核工業(yè)等領(lǐng)域使用的較為超前，其它領(lǐng)域由于工況、標(biāo)準(zhǔn)化等因素的限制使用較少,但隨著沖壓生產(chǎn)線的節(jié)拍提升、產(chǎn)品小批量定制化需求、人工成本增加及工業(yè)4.0等因素影響，智能天車越來(lái)越多的被應(yīng)用到了沖壓車間，但都是半自動(dòng)天車，需人員參與完成相應(yīng)工作，中國(guó)一汽在紅旗沖壓車間首次配備了全自動(dòng)天車，如圖所示。中國(guó)一汽紅旗車間采用全自動(dòng)天車3.4.1沖壓生產(chǎn)線典型裝備4.重載AGV

傳統(tǒng)沖壓車間一般采用有軌轉(zhuǎn)運(yùn)車等用于運(yùn)輸模具或板料，采用叉車轉(zhuǎn)運(yùn)零件。但隨著工藝布局的柔性化需求越來(lái)越高，AGV發(fā)揮的作業(yè)越來(lái)越大。中國(guó)一汽紅旗車間采用的重載AGV3.4.1沖壓生產(chǎn)線典型裝備5.線尾自動(dòng)裝框系統(tǒng)

沖壓線的自動(dòng)裝框系統(tǒng)集成了先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)、自動(dòng)化控制等技術(shù)，系統(tǒng)利用高精度的3D點(diǎn)云相機(jī)或其他高級(jí)視覺(jué)傳感器，在一次拍攝中快速獲取沖壓件及料架的精確位置和尺寸信息，再基于視覺(jué)識(shí)別，引導(dǎo)機(jī)器人精確定位，即使對(duì)于形狀各異的沖壓件也能實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的抓取和放置。如圖所示為線尾自動(dòng)裝框系統(tǒng)。中國(guó)一汽紅旗車間采用的線尾自動(dòng)裝框系統(tǒng)3.4.1沖壓生產(chǎn)線典型裝備6.光學(xué)自動(dòng)質(zhì)檢系統(tǒng)目前，在國(guó)內(nèi)奔馳、寶馬、大眾等主機(jī)廠的沖壓車間已陸續(xù)使用了線尾沖壓件光學(xué)質(zhì)檢技術(shù)，如圖所示。線尾沖壓件光學(xué)自動(dòng)質(zhì)檢系統(tǒng)3.4.2焊裝生產(chǎn)線典型裝備汽車焊裝生產(chǎn)線是汽車制造過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，主要負(fù)責(zé)將沖壓好的車身零部件通過(guò)焊接等工藝組裝成完整的車身骨架（白車身），此過(guò)程中涉及到多種高度自動(dòng)化和機(jī)械化的裝備。焊裝生產(chǎn)線一般包含機(jī)艙線地板、側(cè)圍、主線、門蓋線等典型設(shè)備，車身總拼采用OpenGate技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)四平臺(tái)、六車型柔性化共線，如圖所示。焊裝生產(chǎn)線的柔性化共線生產(chǎn)流程（OpenGate總拼）3.4.2焊裝生產(chǎn)線典型裝備OpenGate總拼技術(shù)，是在平移式總拼的基礎(chǔ)上通過(guò)堆棧法實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)的一種總拼形式，只需在一個(gè)總拼工位就可以實(shí)現(xiàn)夾具和車型的切換，其動(dòng)作順序與平移式總拼相似。以某國(guó)產(chǎn)汽車在湖南的車身車間為例，該車間采用了與奔馳相同的德國(guó)KUKA機(jī)器人，其中包括焊接機(jī)器人、涂膠機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、弧焊機(jī)器人等，如圖所示。焊裝生產(chǎn)線工業(yè)機(jī)器人3.4.2焊裝生產(chǎn)線典型裝備1.車身自動(dòng)涂膠視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)車身自動(dòng)涂膠視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)主機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)顯示屏，可實(shí)施監(jiān)控涂膠是否斷膠、涂膠量、涂膠位置，對(duì)涂膠質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，確保車身的密閉性，如圖所示。車身自動(dòng)涂膠視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)3.4.2焊裝生產(chǎn)線典型裝備2.車身弧焊設(shè)備車身弧焊采用奔馳CMT（ColdMeatalTransfer，冷金屬過(guò)渡焊接工藝）機(jī)器人自動(dòng)焊接設(shè)備，如圖所示。奔馳CMT機(jī)器人自動(dòng)焊接設(shè)備3.4.2焊裝生產(chǎn)線典型裝備3.在線激光測(cè)量設(shè)備和視覺(jué)拍照引導(dǎo)系統(tǒng)采用在線激光測(cè)量設(shè)備ACS（AutoCheckingSystem，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)），如左圖所示，通過(guò)精度傳感器，對(duì)通過(guò)的每臺(tái)車身100%進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，與理論數(shù)據(jù)作對(duì)比，判斷車身安裝點(diǎn)是否發(fā)生偏移，并把數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量到控制中心，對(duì)車身偏移原因進(jìn)行分析，防止不合格車身流出，影響下工序裝配，對(duì)整車安全及性能造成影響；采用奔馳較先進(jìn)的視覺(jué)拍照引導(dǎo)系統(tǒng)，如圖右圖所示，對(duì)機(jī)器人抓取零部件進(jìn)行精度監(jiān)控，防止由于抓件定位不準(zhǔn)，造成零部件磕傷及車身精度發(fā)生偏移，影響整車的裝配及性能安全。車身在線測(cè)量系統(tǒng)車身視覺(jué)引導(dǎo)系統(tǒng)3.4.2焊裝生產(chǎn)線典型裝備4.柔性高效FDS設(shè)備

FDS（熱融自攻絲，F(xiàn)rictionDrillScrew或FrictionDrivenSystem）設(shè)備是一種先進(jìn)的連接技術(shù)，在汽車焊裝生產(chǎn)線中主要用于車身輕量化材料的連接，特別是鋁合金和其他異種材料的單面快速連接。相比傳統(tǒng)焊接，F(xiàn)DS產(chǎn)生的熱影響區(qū)域小，有助于減少材料變形，保持良好的連接強(qiáng)度和外觀。如圖所示，為高柔性彈夾式FDS鉚接工作站主要構(gòu)成。高柔性彈夾式FDS鉚接工作站主要構(gòu)成第三章——智能制造典型裝備及實(shí)例智能制造典型裝備及實(shí)例3.1智能制造典型裝備概述3.2工業(yè)機(jī)器人3.3自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV）

3.4汽車整車智能制造典型裝備3.5國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)智能制造典型裝備3.5國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)智能制造典型裝備

飛機(jī)裝配作為飛機(jī)制造過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，是將大量的飛機(jī)零件按工藝路線進(jìn)行組合連接的過(guò)程。飛機(jī)裝配過(guò)程一般可以分為三個(gè)階段：首先將若干單獨(dú)的零件裝配成組合件；然后再將若干組合件組裝成大部件；最后將各大部件對(duì)接裝配成完整的飛機(jī)機(jī)體。

在數(shù)字化和智能化技術(shù)的推動(dòng)下，飛機(jī)裝配技術(shù)快速發(fā)展，形成了現(xiàn)代飛機(jī)的數(shù)字化柔性裝配模式。數(shù)字化柔性裝配模式具體表現(xiàn)為：在飛機(jī)裝配中，以數(shù)字化柔性工裝為裝配定位與夾緊平臺(tái)，以先進(jìn)數(shù)控鉆鉚系統(tǒng)為自動(dòng)連接設(shè)備，以激光跟蹤儀等數(shù)字化測(cè)量裝置為在線檢測(cè)工具，在數(shù)字化裝配數(shù)據(jù)及數(shù)控程序的協(xié)同驅(qū)動(dòng)下，在集成的數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線上完成飛機(jī)產(chǎn)品的自動(dòng)化裝配。本節(jié)對(duì)飛機(jī)制造領(lǐng)域自動(dòng)化、智能化的典型裝備進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，主要包括柔性裝配工裝、激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)、大部件自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)。3.5.1柔性裝配工裝1.多點(diǎn)陣真空吸盤式柔性裝配工裝

多點(diǎn)陣真空吸盤式柔性裝配工裝是由系列帶真空吸盤的立柱式模塊化單元組成的。多點(diǎn)陣真空吸盤式柔性裝配工裝廣泛應(yīng)用于波音、MD及EADS等公司的軍、民用飛機(jī)生產(chǎn)中，如圖所示。多點(diǎn)陣真空吸盤式柔性裝配工裝3.5.1柔性裝配工裝2.行列式柔性裝配工裝

行列式柔性裝配工裝是一種由多個(gè)行列式排列的立柱單元構(gòu)成的工裝，立柱單元為模塊化結(jié)構(gòu)且相互獨(dú)立。行列式柔性裝配工裝以空客系列飛機(jī)機(jī)翼壁板柔性裝配系統(tǒng)為主，包括空客A320/E4000、A340/E4100/E4150、A380/E380等機(jī)翼壁板柔性裝配系統(tǒng)，如圖所示。機(jī)翼壁板行列式結(jié)構(gòu)柔性裝配工裝3.5.1柔性裝配工裝3.分散式部件柔性裝配工裝分散式部件柔性裝配工裝系統(tǒng)是一個(gè)集成了工裝、定位計(jì)算軟件、控制系統(tǒng)（包括人機(jī)操作界面）和數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的綜合集成系統(tǒng)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)敞性好、占地面積小、可重組等優(yōu)點(diǎn)，如圖所示。分散式部件柔性裝配工裝系統(tǒng)主要用于機(jī)身和機(jī)翼部件的裝配，在使用時(shí)，工裝首先到達(dá)理論位置，利用激光跟蹤儀測(cè)量各組件的實(shí)際位置數(shù)據(jù)，與理論位置數(shù)據(jù)對(duì)比，如果符合公差要求，將進(jìn)行裝配，否則重新調(diào)整定位器，直到滿足裝配誤差要求。當(dāng)前應(yīng)用廣泛的兩個(gè)分散式柔性裝配工裝系統(tǒng)是M.Torres公司的MTPS系統(tǒng)和AIT公司的自動(dòng)定位準(zhǔn)直系統(tǒng)APAS。前者應(yīng)用于空客系列飛機(jī)的機(jī)身部件裝配及運(yùn)輸機(jī)A400M的機(jī)翼部件裝配，后者應(yīng)用于波音747的機(jī)身部件裝配。分散式部件裝配柔性裝配工裝系統(tǒng)3.5.1柔性裝配工裝4.橋架式柔性裝配工裝

橋架式柔性裝配工裝主要用于飛機(jī)機(jī)身框與交點(diǎn)的定位，如圖所示。橋架式柔性裝配工裝3.5.1柔性裝配工裝

近年來(lái)，我國(guó)各大航空制造企業(yè)、高校和科研院所利用國(guó)外先進(jìn)數(shù)字化裝配理念和技術(shù)，在柔性工裝技術(shù)方面開(kāi)展了廣泛研究，并取得了一定進(jìn)展，開(kāi)發(fā)了多種柔性工裝系統(tǒng)，包括三坐標(biāo)POGO柱、數(shù)控柔性多點(diǎn)型架、立柱式三坐標(biāo)定位單元等，如圖所示。(a)薄壁件多點(diǎn)柔性工裝(b)數(shù)控柔性多點(diǎn)型架(c)柔性工裝立柱式三坐標(biāo)定位單元3.5.2激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)

由于航空產(chǎn)品的尺寸大、外形復(fù)雜、精度要求高，因此在制造和裝配過(guò)程中需要進(jìn)行精密的測(cè)量，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。必須采用先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備和定位調(diào)姿設(shè)備，而激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)(LaserTrackerSystem)正是飛機(jī)大部件對(duì)接的標(biāo)尺和眼睛。激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)是航空產(chǎn)品制造和裝配過(guò)程中常用的數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)。激光跟蹤儀在航空制造中的典型應(yīng)用場(chǎng)景如圖所示。激光跟蹤儀應(yīng)用場(chǎng)景3.5.2激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)激光跟蹤儀是利用激光測(cè)距，所以測(cè)距精度很高，但角度編碼器隨著距離的加大帶來(lái)的位置誤差亦很大，所以跟蹤儀本身主要是角度誤差。影響精度主要有兩個(gè)因素：一是靶標(biāo)對(duì)測(cè)量精度的影響。二是激光本身受大氣溫度、壓力、濕度及氣流流動(dòng)的影響，所以大氣參數(shù)的補(bǔ)償對(duì)此儀器的正常使用十分關(guān)鍵。激光跟蹤儀具有非常高的技術(shù)壁壘，受此限制，目前全球能夠提供該產(chǎn)品的主要企業(yè)僅有美國(guó)FARO、美國(guó)API、德國(guó)Leica等少數(shù)幾家，這些企業(yè)憑借著強(qiáng)大的技術(shù)創(chuàng)新實(shí)力和全球影響力，在全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中始終保持領(lǐng)先地位。而這三家企業(yè)也占據(jù)了中國(guó)激光跟蹤儀絕大部分市場(chǎng)份額。目前具有代表性的激光跟蹤儀產(chǎn)品如圖所示。3.5.3大部件自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)

大傳統(tǒng)的大部件對(duì)接采用人工吊裝，水準(zhǔn)儀與經(jīng)緯儀等光學(xué)儀器測(cè)量，憑工人經(jīng)驗(yàn)，依靠手工或型架的方式進(jìn)行裝配，如圖所示。飛機(jī)大部件質(zhì)量大且外形復(fù)雜，人工操作困難、裝配效率低、裝配質(zhì)量難以保證。同時(shí)，傳統(tǒng)的大部件對(duì)接裝配協(xié)調(diào)仍采用模擬量傳遞模式，為了保證對(duì)接裝配順利可靠，常常需在對(duì)接部位設(shè)計(jì)制造相應(yīng)的巨大標(biāo)準(zhǔn)工裝用于協(xié)調(diào)，延長(zhǎng)了裝配周期，增加了裝配成本。傳統(tǒng)的大部件人工吊裝3.5.3大部件自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)

隨著數(shù)字化測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化定位控制、精密制孔等多種先進(jìn)自動(dòng)化對(duì)接技術(shù)的發(fā)展，新一代飛機(jī)大多采用了全數(shù)字量協(xié)調(diào)，其大部件對(duì)接綜合采用了數(shù)字化測(cè)量、信息化管理、數(shù)控自動(dòng)定位和自動(dòng)對(duì)接等技術(shù)，使得飛機(jī)大部件對(duì)接朝著自動(dòng)化和數(shù)字化裝配方向發(fā)展，如圖所示。飛機(jī)數(shù)字化裝配車間3.5.3大部件自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)下圖為大部件自動(dòng)化對(duì)接平臺(tái)示意圖。大部件自動(dòng)化對(duì)接平臺(tái)示意圖3.5.3大部件自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)根據(jù)工裝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可把當(dāng)前的大部件對(duì)接平臺(tái)分為3種形式：柱式結(jié)構(gòu)工裝平臺(tái)、塔式結(jié)構(gòu)工裝平臺(tái)和塔柱混聯(lián)式結(jié)構(gòu)的工裝平臺(tái)，如圖所示。大部件自動(dòng)化對(duì)接平臺(tái)示意圖（a）柱式結(jié)構(gòu)工裝平臺(tái)（b）塔式結(jié)構(gòu)工裝平臺(tái)3.5.3大部件自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)大部件自動(dòng)對(duì)接的流程如下圖所示：3.5.3大部件自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)

下面以某國(guó)產(chǎn)大型直升機(jī)的大部件自動(dòng)對(duì)接