謝寧，覃鑫

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州545007）

多品種柔性焊裝線工藝規(guī)劃研究

謝寧，覃鑫

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州545007）

對車身柔性焊裝線的概念和組成，以及柔性焊裝線的工藝規(guī)劃進(jìn)行研究，以某公司的柔性焊裝線為例，分析了其工藝布局和關(guān)鍵工位規(guī)劃，為開發(fā)高水平的柔性焊裝線提供新的思路。

白車身；柔性；工藝規(guī)劃

隨著汽車市場競爭越來越激烈，且客戶對汽車的個性化需求越來越高。汽車行業(yè)的競爭點(diǎn)逐漸集中在產(chǎn)品更新?lián)Q代速度上了，因此，汽車企業(yè)的生產(chǎn)快速調(diào)整從而適應(yīng)產(chǎn)品的變化變得越來越重要。為了順應(yīng)這一發(fā)展趨勢，國內(nèi)各汽車廠單品種大批量生產(chǎn)方式逐漸轉(zhuǎn)化成多品種柔性化生產(chǎn)方式。在汽車制造中，焊裝線與組裝和總裝相比剛性最強(qiáng)，產(chǎn)品通過性也最差。因此，如何通過焊裝線體的柔性化實(shí)現(xiàn)多車型的共線生產(chǎn)，成為汽車企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。本文通過對多品種柔性焊裝線的工藝規(guī)劃研究，為焊裝線的柔性開發(fā)提供很好的思路［1，2］。

1　柔性焊裝線的概念及組成

1.1車身焊裝線的組成

車身焊裝線就是將小零件、沖壓件和焊合件連接裝備在一起形成白車身的生產(chǎn)線。如圖1所示，它由焊接設(shè)備（焊鉗、焊接、焊接機(jī)器人）、工藝設(shè)備（涂膠、滾邊、打碼設(shè)備等）、工裝夾具、生產(chǎn)線控制系統(tǒng)等組成。焊裝線的開發(fā)水平直接決定了白車身的焊接質(zhì)量、尺寸精度、定位精度等特性［3，4］。

圖1　車身焊裝生產(chǎn)線

汽車白車身的構(gòu)成如圖2所示，分為上車體、下車體和門蓋。上車體由頂蓋、左右側(cè)圍、衣帽板和后圍板組成；下車體由前車體、后部下車體和前地板三大塊組成；門蓋由左右前門、左右后側(cè)門、尾門、發(fā)動機(jī)蓋和行李箱蓋構(gòu)成。首先將沖壓件和小零件連接成焊合件，再將焊合件裝配連接成分總成，分總成通過總拼進(jìn)行合拼，最后通過調(diào)整線形成白車身。根據(jù)白車身最多可劃分為8級，一般能夠達(dá)到200個以上的裝配和焊接工序，由于投資有限，大多數(shù)的汽車企業(yè)只將主焊裝線規(guī)劃成柔性焊裝線［5，6］。

圖2　白車身的構(gòu)成

1.2柔性焊裝線

柔性焊裝線通常指能夠通過工裝夾具自動切換和電氣控制程序切換等方法實(shí)現(xiàn)不同車型的車身拼裝焊接的生產(chǎn)線。柔性焊裝線的建造一般采用工藝一次性規(guī)劃，分步實(shí)施建造，在夾具、焊接設(shè)備、輸送設(shè)備及共用動力系統(tǒng)等方面預(yù)留柔性接口的方式。柔性生產(chǎn)線的特點(diǎn)就是自動化率高、工裝夾具機(jī)構(gòu)復(fù)雜和技術(shù)含量高，但需大量采用機(jī)器人、自動化設(shè)

在柔性焊裝線建造時，需綜合考慮生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)場地、生產(chǎn)線預(yù)留規(guī)劃等因素來決定車身車間焊裝生產(chǎn)線的分總成和主線的柔性能力、自動化程度、生產(chǎn)能力、物流方式、生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)形式等［8］。

2　柔性焊裝線工藝規(guī)劃要求

如何才能規(guī)劃一條水平較高的柔性焊裝線，需要考慮的方面很多。如：（1）產(chǎn)品的平臺化水平和工藝性；（2）車身車間的廠房結(jié)構(gòu)、場地空間和可動率等；（3）車身的生產(chǎn)形式、節(jié)拍要求、安全健康要求、運(yùn)行維護(hù)能力等；（4）制造的自動化程度、輸送方式、關(guān)鍵工位構(gòu)造形式等［9］。

此外柔性焊裝線的規(guī)劃還需考慮外協(xié)件廠家的資源和質(zhì)量保障能力；當(dāng)?shù)厝肆Τ杀痉矫妫绻と巳肆Τ杀镜停梢赃m當(dāng)安排較多的人工作業(yè)；人力成本高，就需減少人員數(shù)量，提高自動化率。目前西部地區(qū)的人工年均花費(fèi)已經(jīng)到達(dá)8萬，在一些能夠減人增效的工位還是需要改為機(jī)器人柔性工位。如圖3所示的頂蓋工位柔性化改造完成后，除去人工工位投資減少增加投資240萬元，但每班次操作人員數(shù)量從6人減少為1人，每年減少人力成本120萬元，兩年就可收回增加的投資成本。通過頂蓋采用機(jī)器人抓手上線定位，通過預(yù)留抓手預(yù)留臺，切換抓手實(shí)現(xiàn)多車型的柔性。

圖3　頂蓋機(jī)器人柔性工位改造

3　實(shí)例研究

某公司首條柔性焊裝線的規(guī)劃是滿足小批量多車型的柔性，主線自動化率要求達(dá)到90%.因此，主線柔性線的開發(fā)采用工藝一次性規(guī)劃，分步實(shí)施的制造策略，在共用動力系統(tǒng)、夾具、焊接設(shè)備和輸送設(shè)備等方面預(yù)留柔性接口，從宏觀上這種策略也是一種柔性技術(shù)。以下對此條柔性焊裝線的工藝布局和關(guān)鍵工位規(guī)劃兩個重要內(nèi)容進(jìn)行研究。

3.1工藝布局

在新的焊裝線工藝布局設(shè)計時一定要考慮將來可能生成的平臺及車型。如果前期規(guī)劃時明確了生成產(chǎn)品的平臺及車型，設(shè)計就應(yīng)以設(shè)定的條件為提前；要是產(chǎn)品平臺和車型不是很明確時，可以根據(jù)公司的產(chǎn)品整體發(fā)展策略作為輸入條件。

整線的規(guī)劃如圖4所示，根據(jù)側(cè)圍、前車體、主線總布局區(qū)域面積（160 m×23 m）、廠房鋼結(jié)構(gòu)形式及標(biāo)高、車間物流路線和分拼線的搭配等因素，選擇直線布局。主線工位數(shù)量：23個、11個機(jī)器人工位，其中機(jī)器人焊接工位10個，1個機(jī)器人夾具切換工位。側(cè)圍左右各4個工位，前車體6個工位，車型切換采用焊接設(shè)備共工、夾具采用人工整體切換拼臺實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)。主線輸送采用地面雙層結(jié)構(gòu)，高速滾床或摩擦+滑橇輸送。主線工位間距一般工位采用標(biāo)準(zhǔn)間距6 m，打碼工位為7 m（打碼機(jī)一用一備空間）?？偝缮暇€方式在前地板和后部下車體采用人工吊裝+滑動拼臺+機(jī)器人抓取上件，前車體采用精確料架，小總成采用人工上對中臺+機(jī)器人抓取上件（機(jī)器人采用焊鉗和抓手分離定位）。

圖4　柔性線工藝布局

同時增加工藝布局考慮到了工位間的兼容性和車型導(dǎo)入的改造空間，下車體前部工位預(yù)留能實(shí)現(xiàn)特殊工藝情況下的地板補(bǔ)焊，下車體中后部工位預(yù)留前側(cè)門、門檻內(nèi)板和后護(hù)板的定位。同時預(yù)留乘用車衣帽板和后圍板的安裝定位和焊接工藝。

3.2關(guān)鍵工位規(guī)劃

多品種柔性焊裝線的柔性能力體現(xiàn)在關(guān)鍵工位的規(guī)劃，如：下車體三大塊定位工位、前側(cè)板和門檻內(nèi)板等小總成上線工位和總拼主夾具工位的柔性方式。

3.2.1下車體三大塊柔性上線工位

下車體三大件（前車體、后部下車體和前地板）定位工位規(guī)劃采用獨(dú)立輸送方式，通過拼臺的切換實(shí)現(xiàn)全車型柔性的可能。如圖5所示，三大塊采用機(jī)器人搬運(yùn)，線旁預(yù)留抓手存放架，通過抓手的切換實(shí)現(xiàn)柔性機(jī)器人上線的柔性。利用大負(fù)荷的搬運(yùn)機(jī)器人將定位好的下車體搬運(yùn)到下工位，進(jìn)入主線輸送循環(huán)線。前車體對中采用精確料架方式，不同車型對應(yīng)不同料架，實(shí)現(xiàn)前車體柔性對中取件。

圖5　下車體三大件柔性上線工位

3.2.2小總成柔性上線工位

柔性焊裝線的小總成上線定位與上件臺規(guī)劃如圖6所示，采用的是機(jī)器人抓焊集成方法及積放式精確料框方式。通過抓焊集成方法提高機(jī)器人利用率，使得50JPH生產(chǎn)節(jié)拍條件下，能完成13個焊點(diǎn)；通過積放式精確料框的設(shè)計每框料可以放置8個以上零件，節(jié)約人力成本，而且通過料框的切換大大提高不同車型的兼容性。在工藝布局上，預(yù)留抓手存放和工裝存放區(qū)域提高工位的柔性能力。

圖6　小總成柔性上線定位方法

3.2.3總拼夾具工位

總拼夾具布局了高密度機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)門檻、前后橫梁、裙邊和后端板區(qū)域的定位要求。同時采用了內(nèi)置式夾具，使得場地布局滿足工位間距6 m和寬度不大于13 m的要求。同時主夾具空中儲存，有效利用上層空間的同時實(shí)現(xiàn)最多車型的切換。在線體規(guī)劃時預(yù)留主夾具的下線維修口，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行維護(hù)的便利性的同時實(shí)現(xiàn)主夾具的柔性的最大化［10］。

4　結(jié)束語

本文通過對焊裝柔性線概念和組成的分析，并探索高水平車身柔性線開發(fā)的工藝規(guī)劃要求，從工藝布局和關(guān)鍵工位的設(shè)計要求入手，需要進(jìn)行工位預(yù)留和關(guān)鍵柔性工裝設(shè)備的預(yù)留設(shè)計才能滿足全車型柔性焊裝線的規(guī)劃要求。

近年來，隨著產(chǎn)品平臺化建設(shè)，零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化得到很快的發(fā)展，并且汽車制造方面的機(jī)器人視覺、激光焊接、傳感技術(shù)和柔性工裝等的方面技術(shù)和裝備的突破，以往在車身柔性焊裝線建造中無法解決的問題，必將會有一個新的思路。這就使汽車白車身焊裝生產(chǎn)線的多品種柔性化變得比較容易實(shí)現(xiàn)。

［1］覃鑫，鄭宏良，唐科.機(jī)器人車身焊裝線的開發(fā)與應(yīng)用［J］.現(xiàn)代零部件，2013，（11）：84-85，88.

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［5］黃海.白車身焊裝線柔性定位單元的設(shè)計與應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2015，（03）：81-83.

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［7］張文吉.淺析焊裝線的柔性化［J］.科技信息（學(xué)術(shù)研究），2008，（32）：660-661.

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Study on Process Planning of Multiple Varieties Flexible Welding Line

XIE Ning，QIN Xin
（Technology Development Center，SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Concept and composition of the body flexible welding line，and flexible welding line process planning research，to a company of flexible welding line as an example，analyzes the process layout and key station planning，to provide new ideas for the development of a high level of flexible welding line.

body in white；flexible；process planning

U466

A

1672-545X（2016）07-0128-03

2016-04-03

謝寧（1980-），男，廣西融水人，1本科，工程師，研究方向：車身車間工藝工裝規(guī)劃；覃鑫（1983-），男，廣西融安人，碩士研究生，工程師，研究方向：車身工藝設(shè)計。備和控制系統(tǒng)，因此投資成本高、運(yùn)行維護(hù)困難［7］。