嚴(yán)星王曉斌古加能盧俊康劉海洋

（1.廣州汽車集團(tuán)汽車研究院；2.沃爾沃（中國(guó)）路橋分公司）

合裝工藝是總裝車間最復(fù)雜、對(duì)產(chǎn)品平臺(tái)影響最大的關(guān)鍵工藝，有必要進(jìn)行重點(diǎn)研究。純電動(dòng)汽車（BEV）底盤分為前懸、電池、后懸三大主要分總成，在合車工位，底盤與車身相對(duì)運(yùn)行合車，移出合車工位后逐步裝配擰緊。某乘用車集團(tuán)在其純電動(dòng)汽車工廠1中實(shí)施了分體式合裝手動(dòng)擰緊，在工廠2中實(shí)施了整體式合裝自動(dòng)擰緊，經(jīng)過驗(yàn)證，達(dá)到了預(yù)期的規(guī)劃效果?；谶@2個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐，文章介紹了純電動(dòng)汽車合車和裝配工序的主流選型方案和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 純電動(dòng)汽車合車工藝

純電動(dòng)汽車的合車是指由托盤夾具輸送前懸、電池、后懸等底盤件到合車站，通過托盤被舉升，或者搭載車身的吊具下降，完成底盤零件與車身零件結(jié)合的過程。合車工藝按照合車時(shí)相對(duì)于輸送線的運(yùn)行情況分為連續(xù)式合車和靜止式合車；按照合車時(shí)零部件的集成程度，分為分體式合車和整體式合車。

1.1 合車工藝方式

1.1.1 連續(xù)式合車

底盤零件通過自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）或臺(tái)車輸送，經(jīng)過緩存區(qū)后底盤托盤與承載車身的吊具速度同步，底盤與車身結(jié)合。合車過程中底盤和車身相對(duì)于輸送線是連續(xù)運(yùn)動(dòng)的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度和對(duì)合車系統(tǒng)精度要求相對(duì)較低。在自主品牌和日系汽車廠中廣泛采用這種方式[1]。

連續(xù)式合車系統(tǒng)的空中設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要快進(jìn)快出功能，工藝時(shí)間利用率高，但合裝前需要較長(zhǎng)的同步區(qū)，實(shí)現(xiàn)空中和地面同步的設(shè)備復(fù)雜。整個(gè)合裝系統(tǒng)精度相對(duì)較低，如AGV停止精度為±10 mm已是較高精度，合車過程中如需將前后減振器扶正，多要人工干預(yù)。

1.1.2 靜止式合車

靜止式合車也被稱為啟停式合車，底盤零件托盤由鏈床或滾床輸送，經(jīng)過快進(jìn)工位進(jìn)入合裝站，合車過程中底盤和車身相對(duì)于輸送線是靜止的，合車完成后快出平衡工時(shí)。以大眾為代表的德系汽車廠廣泛采用這種方式。

靜止式合車不需要復(fù)雜的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)“同步功能”，設(shè)備類型模塊化，維修簡(jiǎn)單，可以在合車工位實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，便于后續(xù)設(shè)置自動(dòng)擰緊工位。但在合裝工位前需要快進(jìn)快出地準(zhǔn)備工位，空中底盤線必須有動(dòng)力脫開、動(dòng)力接入功能，對(duì)產(chǎn)品平臺(tái)化要求較高。

1.1.3 分體式合車

分體式合車是將前懸、后懸、電池分成單個(gè)獨(dú)立模塊合車，多用于電動(dòng)車與燃油車共線生產(chǎn)，如圖1所示，在自主品牌和日系車廠中廣泛使用。其柔性化程度較好，人機(jī)操作友好，便于擰緊作業(yè)，設(shè)備投資較低，但合車過程中多需要人工輔助，難以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化[2]。

圖1 某主機(jī)廠分體式合車

1.1.4 整體式合車

整體式合車是將前后懸和電池集成在一個(gè)臺(tái)板上，整體與車身一次合裝到位，如圖2所示。擋桿底座、制動(dòng)管、前艙附件等在托盤上集成度越高，實(shí)施難度越大。該方式在產(chǎn)品平臺(tái)化程度較高的德系汽車廠中應(yīng)用較廣泛。當(dāng)車型間差異較大，子托盤難以兼容時(shí)，需要建立托盤庫(kù)，設(shè)備改造周期相對(duì)較長(zhǎng)。在方案階段需要對(duì)工位布局、物流排布、節(jié)拍分析、擴(kuò)展性做較多的規(guī)劃和計(jì)算[3]。

圖2 某主機(jī)廠整體式合車

1.2 合車方案選型的關(guān)鍵要素

純電動(dòng)汽車合車方案的選型，取決于以下關(guān)鍵要素：

1）產(chǎn)品多樣性：承載式與非承載式車型共線；純電動(dòng)與燃油、混合動(dòng)力、插電式混合動(dòng)力共線；多種動(dòng)力總成共線；多種底盤懸掛方式（獨(dú)懸與非獨(dú)懸）共線。

2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)約束：電池與前后懸約束；電池是否為快換結(jié)構(gòu)。

3）工藝需求多樣性：產(chǎn)能節(jié)拍；人工輔助合車與全自動(dòng)合車；手動(dòng)裝配與自動(dòng)裝配。

4）系統(tǒng)精度：車身、底盤零件、合車設(shè)備的制造精度。

5）平面布局：合裝線的設(shè)置與前后懸、電池分裝線關(guān)聯(lián)性高，需因地制宜。

6）成本和制造需求：成本預(yù)算可控；人機(jī)性友好；設(shè)備開動(dòng)率高；智能化及參觀展示需求。

總之，合車方案規(guī)劃時(shí)要充分考慮每種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合評(píng)估后慎重決策。

2 純電動(dòng)汽車裝配擰緊工藝

2.1 裝配擰緊方式

在合車站，車身與底盤結(jié)合后進(jìn)入前懸、電池、后懸裝配擰緊站，主要有以下5種擰緊形式。

2.1.1 手動(dòng)直接擰緊

目前應(yīng)用最為廣泛的手動(dòng)直接擰緊方式分為2種。一種是手持?jǐn)Q緊槍直接擰緊螺栓，另一種是用擰緊槍安放在反力臂上直接擰緊螺栓，如圖3所示。手動(dòng)擰緊柔性化好，設(shè)備節(jié)拍快，線體可以連續(xù)運(yùn)行，對(duì)產(chǎn)品和合車后精度要求低，擰緊設(shè)備投入相對(duì)較低，但自動(dòng)化程度低，人工占用多。

圖3 某主機(jī)廠手動(dòng)直接擰緊方式

2.1.2 手動(dòng)間接擰緊

圖4示出某主機(jī)廠手動(dòng)間接擰緊方式。在分裝線把螺栓擺放在聯(lián)系桿上，聯(lián)系桿集成在托盤上，手持?jǐn)Q緊槍或反力臂，直接擰緊聯(lián)系桿，間接將螺栓擰緊。螺栓在分裝線擺放好，有利于節(jié)省主線工時(shí)。對(duì)于中部難以直接擰緊的螺栓，聯(lián)系桿轉(zhuǎn)接后可以在車底正下方作業(yè)，人機(jī)性較好。聯(lián)系桿在托盤上的布置不能相互干涉，擰緊不成功時(shí)在線返修的便利性不如直接擰緊方式。

圖4 某主機(jī)廠手動(dòng)間接擰緊方式

2.1.3 機(jī)械手自動(dòng)擰緊

部分主機(jī)廠采用機(jī)械手?jǐn)Q緊聯(lián)系桿，如圖5所示。機(jī)械手?jǐn)Q緊位置可伺服調(diào)整，并可以調(diào)整擰緊角度，但受限于產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平和技術(shù)成熟度，目前這種方式多為局部使用或節(jié)拍較低的豪華品牌工廠使用。機(jī)械手在合裝擰緊中的使用未來可期。

圖5 某主機(jī)廠機(jī)械手自動(dòng)擰緊方式

2.1.4 整體式自動(dòng)擰緊

圖6示出某主機(jī)廠整體式自動(dòng)擰緊方式。擰緊槍集成在擰緊臺(tái)上，槍與螺栓一一對(duì)應(yīng)，擰緊臺(tái)先移出擰緊站，人工將螺栓擺到擰緊槍上。擰緊臺(tái)進(jìn)入擰緊站，擰緊臺(tái)Z向上升擰緊停留在擰緊站上的車身和底盤。整個(gè)擰緊系統(tǒng)精度與擰緊成功率高。由于擰緊槍的數(shù)量多，整套系統(tǒng)造價(jià)成本高，設(shè)計(jì)時(shí)臺(tái)板上需預(yù)留擰緊槍孔位，柔性化程度較低。該方式適合平臺(tái)化較好、品牌溢價(jià)較高的車企。

圖6 某主機(jī)廠整體式自動(dòng)擰緊方式

2.1.5 分體式自動(dòng)擰緊

圖7示出某主機(jī)廠分體式自動(dòng)擰緊方式。擰緊系統(tǒng)由幾組伺服擰緊機(jī)構(gòu)組成，螺栓提前擺放在聯(lián)系桿上，擰緊槍布置在伺服機(jī)構(gòu)底座上，擰緊槍伺服移動(dòng)，擰緊聯(lián)系桿。由于擰緊槍可伺服移動(dòng)，每把擰緊槍可以完成多顆螺栓擰緊（平均每次擰緊用時(shí)10～20 s不等），相對(duì)于整體式自動(dòng)擰緊，該方式可以適配多種平臺(tái)、軸距，降低了擰緊系統(tǒng)的設(shè)備成本和對(duì)產(chǎn)品的約束，是目前應(yīng)用最為廣泛的自動(dòng)擰緊方式。

圖7 某主機(jī)廠分體式自動(dòng)擰緊方式

2.2 擰緊工藝選型的主要因素

擰緊工藝的規(guī)劃選型，主要考慮以下主要因素：

1）實(shí)施難度和投資：全自動(dòng)擰緊＞半自動(dòng)擰緊＞手動(dòng)擰緊。

2）系統(tǒng)精度：擰緊系統(tǒng)成功率受車身、零部件、工裝、合車站、輸送、擰緊設(shè)備、擰緊設(shè)計(jì)七大子精度影響。其中自動(dòng)擰緊時(shí)系統(tǒng)容差在±2 mm以內(nèi)，車身精度需控制在±1 mm以內(nèi)，其它累加精度需控制在±1 mm以內(nèi)。車身精度超出±1 mm的不建議使用自動(dòng)擰緊設(shè)備，擰緊時(shí)錯(cuò)孔風(fēng)險(xiǎn)較高。

3）產(chǎn)品孔位:為避免托盤與聯(lián)系桿干涉，車身對(duì)應(yīng)螺紋孔的最小間距要大于聯(lián)系桿直徑。

4）標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)：自動(dòng)擰緊螺栓頭部導(dǎo)向比普通螺栓大，需機(jī)加工，單個(gè)螺栓增加機(jī)加工成本約0.8元。

5）底盤件孔位：為便于擰緊對(duì)位，自動(dòng)擰緊時(shí)底盤零部件通孔比對(duì)應(yīng)螺栓大4 mm以上。

6）返修站：托盤與底盤分離后，一般設(shè)置返修站，返修在合車線部分?jǐn)Q緊不成功的點(diǎn)。

自動(dòng)擰緊方式的制約因素很多，實(shí)施前要充分論證。目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車實(shí)施合車后自動(dòng)擰緊方式的以合資車企為主，自主品牌車企正在開展積極探索，部分工廠已經(jīng)實(shí)施。

3 結(jié)論

文章解析了電動(dòng)汽車合車、裝配工藝的選型方案和各方案的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)促進(jìn)合裝系統(tǒng)規(guī)劃頂層設(shè)計(jì)時(shí)，從可行性、實(shí)用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性方面綜合評(píng)估，合理選型、規(guī)避項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)、降本增效有參考意義。