李秀啟，張 可，陸征祺，林 敏

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201201）

汽車側(cè)圍分拼柔性焊接線布局淺析

李秀啟，張 可，陸征祺，林 敏

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201201）

介紹汽車側(cè)圍分拼焊接線的柔性化工藝布局方案，適用于高自動化率、高節(jié)拍、多車型共線的側(cè)圍分拼柔性焊接生產(chǎn)線，為側(cè)圍焊接線工藝布局規(guī)劃提供參考。

汽車；側(cè)圍；焊接線；柔性化

0 引言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展及人民消費(fèi)水平的不斷提高，人民對汽車的多樣化需求及質(zhì)量要求也在不斷的提高。面對汽車市場日益激烈的競爭，有效的控制生產(chǎn)成本成為汽車制造企業(yè)提高自身競爭力的關(guān)鍵。其中，多車型共線生產(chǎn)的柔性化制造模式是最為有效的降本增效途徑之一，越來越多的受到汽車制造企業(yè)的重視，并被廣泛應(yīng)用在汽車生產(chǎn)中。汽車焊裝生產(chǎn)是汽車加工工藝中相對復(fù)雜相對專業(yè)的制造過程，如何實(shí)現(xiàn)高自動化率、高節(jié)拍、多車型共線生產(chǎn)的柔性化制造，成為各汽車制造企業(yè)積極研究的課題。

本文主要介紹汽車焊裝生產(chǎn)中側(cè)圍分拼焊接生產(chǎn)線的典型工藝方案，討論其柔性生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)，從生產(chǎn)線的規(guī)劃需求、柔性、節(jié)拍等多角度出發(fā)，為多車型共線的側(cè)圍焊接生產(chǎn)線規(guī)劃提供參考。

1 側(cè)圍分拼焊接過程

如圖1所示，側(cè)圍分總成是由多個合件、組件及沖壓單件組成。在側(cè)圍分拼焊接線上，將若干散件按照一定的零件搭接順序進(jìn)行拼合，其中個別零件在拼合前還需要在規(guī)定的位置完成涂膠；拼合后由輸送系統(tǒng)將所有散件送入后道定位工裝對各零件精確定位，控制所有零件間的相對尺寸，并使用焊槍進(jìn)行定位焊接，使各散件連接為一個整體；之后再由輸送系統(tǒng)送入后道補(bǔ)焊工裝進(jìn)行補(bǔ)焊，直至完成側(cè)圍分總成的所有焊接工藝。

2 常規(guī)側(cè)圍分拼焊接線布局

不同的側(cè)圍分拼焊接線布局對應(yīng)不同的制造策略，以下為常見的側(cè)圍焊接線布局方案：

2.1 人工側(cè)圍焊接線

圖1 側(cè)圍分拼流程圖

如圖2所示。一般對應(yīng)低節(jié)拍單一車型的生產(chǎn)制造需求。此種生產(chǎn)線從第一個上料工位開始，到定位焊和補(bǔ)焊，至最后完成側(cè)圍分拼的所有焊接，皆由人工來完成，生產(chǎn)線成本低，但同時生產(chǎn)效率也非常低，尺寸穩(wěn)定性差。

圖2 人工側(cè)圍分拼焊接線

2.2 全自動側(cè)圍焊接線

如圖3所示。一般對應(yīng)高節(jié)拍多車型共線生產(chǎn)的制造需求，這種生產(chǎn)線的特點(diǎn)是只有第一個工位是由人工操作上料，后續(xù)所有的定位焊接、補(bǔ)焊、工位間轉(zhuǎn)運(yùn)皆由機(jī)器人來完成，且能兼容多車型共線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率非常高，尺寸穩(wěn)定性也非常好，但同時生產(chǎn)線成本也相當(dāng)高，按下圖所示規(guī)劃，最多可容納6個車型的混線生產(chǎn)。

圖3 全自動側(cè)圍分拼焊接線

2.3 半自動側(cè)圍焊接線

如圖4所示，一般對應(yīng)節(jié)拍及共線需求不太高的制造需求。該方案布局的前半程是由人共完成上料及部分焊接的人工焊接線，后半程為機(jī)器人自動生產(chǎn)的全自動生產(chǎn)線。效率和成本相對比較適中，但線體共線生產(chǎn)的柔性差。

圖4 半自動側(cè)圍分拼焊接線

3 轉(zhuǎn)臺側(cè)圍分拼焊接線布局

目前上汽通用汽車5+1的工廠制造柔性已不太滿足產(chǎn)品布局需求，需要進(jìn)一步擴(kuò)充。柔性側(cè)圍分拼雙線布局的工藝方案作為能力擴(kuò)充的方案之一，正在逐步研究實(shí)施。

考慮自動化程度、工藝能力及投資，四面轉(zhuǎn)臺方案越來越多受到關(guān)注，并在各個工廠積極的應(yīng)用推廣。

側(cè)圍內(nèi)板焊接線相對簡單，此文不進(jìn)行深入介紹，接下來針對側(cè)圍外板焊接線進(jìn)行方案分析。

3.1 常規(guī)四面轉(zhuǎn)臺形式側(cè)圍外板焊接線

如圖5所示，理論上可以滿足4車型共線生產(chǎn)的能力，但工藝能力上存在節(jié)拍瓶頸。

1）工藝流程

第一個轉(zhuǎn)臺工位為人工上料加機(jī)器人定位焊，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)至上料側(cè)由人工將所有外板散件一次性上料，由工裝將所有散件進(jìn)行定位，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180°，機(jī)器人完成定位焊接，再由機(jī)器人搬運(yùn)至拼合臺；側(cè)圍加強(qiáng)件也是由人工在第二個上料口完成上料，由機(jī)器人抓取完成必要的涂膠工藝后，放至拼合臺與側(cè)圍外板拼合；再由搬運(yùn)機(jī)器人將拼合件轉(zhuǎn)至第二個轉(zhuǎn)臺工位，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)后由機(jī)器人繼續(xù)完成第二步定位焊接；之后由搬運(yùn)機(jī)器人轉(zhuǎn)至固定補(bǔ)焊工位，由機(jī)器人完成最終補(bǔ)焊；最后再由搬運(yùn)機(jī)器人將側(cè)圍總成轉(zhuǎn)移到空中EMS流轉(zhuǎn)至主線。

2）工藝節(jié)拍分析

對第一個轉(zhuǎn)臺工位進(jìn)行節(jié)拍分析，如圖6所示，不難發(fā)現(xiàn)該工位為節(jié)拍限制的關(guān)鍵工位。在滿足必要定位焊點(diǎn)的需求下，該工位的最大工藝節(jié)拍為87秒，工藝能力約為35JPH，為該方案工藝能力瓶頸。

3）工藝能力分析

由工藝節(jié)拍分析不難看出，針對轉(zhuǎn)臺方案形式，人工上料與機(jī)器人定位焊接在整個節(jié)拍中屬于串行關(guān)系，這也是工藝能力瓶頸的關(guān)鍵所在，同時也存在機(jī)器人使用效率較低的缺陷。為提高工藝能力和機(jī)器人使用效率，常規(guī)方法是采用Double tooling形式。

Double tooling的方案形式實(shí)際上是犧牲了整個區(qū)域的車型兼容能力，由原來可以4車型共線降低為只能2車型共線，同時帶來了AB工裝的尺寸穩(wěn)定性差的缺陷。圖7為Double tooling工裝形式下采集的側(cè)圍AB工裝的尺寸差異，相對較大的尺寸波動，對整車匹配及整車尺寸控制帶來了較大的困難，該情況也給工裝工程師帶來大量的調(diào)試工作，對日常生產(chǎn)的尺寸穩(wěn)定性控制造成極大的困難。

圖6 節(jié)拍分析1

圖7 尺寸波動圖

3.2 應(yīng)用散件抓料的四面轉(zhuǎn)臺形式側(cè)圍外板焊接線

如圖8所示，應(yīng)用散件抓料的方案形式，將第一個人工上料加機(jī)器人定位焊工位，分解為兩個工位，一個工位只人工上料，另一個工位只進(jìn)行定位焊接。此方案在滿足4車型共線生產(chǎn)的柔性下，打破了工藝能力的節(jié)拍瓶頸。

圖8 轉(zhuǎn)臺側(cè)圍分拼焊接線2

1）工藝流程

第一個固定工位為人工上料工位，由人工將所有外板散件一次性上料，由機(jī)器人抓手一次性抓取所有散件，轉(zhuǎn)運(yùn)至第一個轉(zhuǎn)臺工位，如圖9所示。再由工裝將所有散件進(jìn)行定位后，再由機(jī)器人完成定位焊；之后再由機(jī)器人搬運(yùn)至拼合臺；側(cè)圍加強(qiáng)件同樣是由人工在第二個上料口完成上料，由機(jī)器人抓取完成必要的涂膠工藝后，放至拼合臺與側(cè)圍外板拼合；再由搬運(yùn)機(jī)器人將拼合件轉(zhuǎn)至第二個轉(zhuǎn)臺工位，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)后由機(jī)器人繼續(xù)完成第二步定位焊接；之后由搬運(yùn)機(jī)器人轉(zhuǎn)至固定補(bǔ)焊工位，由機(jī)器人完成最終補(bǔ)焊；最后再由搬運(yùn)機(jī)器人將側(cè)圍總成轉(zhuǎn)移到空中EMS流轉(zhuǎn)至主線。

2）工藝節(jié)拍分析

再對上料工位和第一個定位焊工位進(jìn)行節(jié)拍分析，如圖10所示，可以看出該工位的最大工藝節(jié)拍提升為57秒，工藝能力達(dá)到了57JPH，完全消除了常規(guī)轉(zhuǎn)臺方案工藝能力瓶頸。

圖9 散件機(jī)器人抓手

3）工藝能力分析

由工藝節(jié)拍分析可知，通過機(jī)器人散件抓料方案的應(yīng)用，完全解決了第一個轉(zhuǎn)臺工位對整個側(cè)圍外板生產(chǎn)線的節(jié)拍限制。后續(xù)根據(jù)體能需求，只需要將后續(xù)工位進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，或則適當(dāng)增加補(bǔ)焊工位，將使整個側(cè)圍外板生產(chǎn)線的節(jié)拍大大提高。在保證4車型柔性生產(chǎn)能力的同時，也避免了AB工裝給日常生產(chǎn)帶來的困擾。

4 結(jié)束語

1）從焊接生產(chǎn)線的規(guī)劃需求上看，人工焊接線、半自動焊接線及全自動焊接線分別對應(yīng)不同的制造策略及制造需求，而全自動柔性焊接線是當(dāng)今汽車行業(yè)的發(fā)展方向，也是各汽車廠家提升自身競爭力的有效途徑之一，是各汽車廠家在制定各自制造策略時不可忽視的重要因素。其中四面轉(zhuǎn)臺形式的柔性側(cè)圍焊接線正是汽車廠家為適應(yīng)企業(yè)發(fā)展而提出的特殊制造需求，在越來越多的新車型不斷引入的同時，該方案可以很好的控制制造成本，并能實(shí)現(xiàn)新車型的快速引入。

2）從焊接生產(chǎn)線的柔性化程度上看，四面轉(zhuǎn)臺的側(cè)圍焊接線可以做到4車型混線生產(chǎn)，且線體設(shè)備投入可以隨車型的引入分步實(shí)施。在新車型引入時，幾乎對當(dāng)前在產(chǎn)車型的沒有任何影響，同時也縮短了引入新車型時的設(shè)備調(diào)試周期，真正體現(xiàn)了柔性化。

3）從焊接生產(chǎn)線的工藝能力上看，常規(guī)四面轉(zhuǎn)臺的側(cè)圍焊接線存在一定的節(jié)拍瓶頸，且在第一個轉(zhuǎn)臺工位的人工上料和機(jī)器人定位焊接效率較低。但在應(yīng)用機(jī)器人散件抓料的技術(shù)后，線體工藝能力得以大幅度提高，可以滿足企業(yè)更高的制造需求。

5 結(jié)束語

車身側(cè)圍分拼柔性焊接生產(chǎn)線是根據(jù)汽車制造需求的不斷發(fā)展，企業(yè)制造策略的不斷更新，在現(xiàn)有生產(chǎn)線方案基礎(chǔ)上的技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)了車身制造的高柔性和低成本。當(dāng)然，側(cè)圍分拼柔性焊接生產(chǎn)線只是車身柔性生產(chǎn)線的一部分，更是柔性化制造的一個點(diǎn)。要真正實(shí)現(xiàn)柔性制造，還需要加大各個制造區(qū)域及各個制造環(huán)節(jié)的柔性化發(fā)展，最終形成高柔性的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，才可以更好的為汽車工業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

[1] 潘鋒.汽車焊裝生產(chǎn)線的柔性化[J].汽車研究與開發(fā),2004,08:41-45.

[2] 解子勝.車身共線的柔性化生產(chǎn)[J].科技與企業(yè),2014,04:282-283.

Overview of flexible vehicle bodyside welding line layout

LI Xiu-qi, ZHANG Ke, LU Zheng-qi, LIN Min

圖10 節(jié)拍分析2

TH181

A

1009-0134(2017)04-0052-04

2016-12-28

李秀啟（1979 -），男，山東菏澤人，工程師，本科，研究方向?yàn)槠囍圃旒夹g(shù)。