董學(xué)羽　伍佳　鐘第軍

摘 要：本文介紹了柔性線組成和優(yōu)勢(shì)，總結(jié)新車型導(dǎo)入工藝分析的重點(diǎn)與難點(diǎn)，并整理歸納了關(guān)鍵約束條件：白車身通過性、輸送定位可行性、夾具定位可行性、焊接通過性和可達(dá)性，即可快速判斷白車身導(dǎo)入可行性。

關(guān)鍵詞：車身線 車型導(dǎo)入 邊界分析 約束

1 前言

隨著人民生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)汽車品質(zhì)追求變高，加之近幾年汽車市場(chǎng)低迷，銷售業(yè)績(jī)跌落，產(chǎn)能過剩等問題影響的情況下，車企為謀求生存與發(fā)展更是推出智能駕駛，互聯(lián)網(wǎng)汽車，新能源汽車等一些列車型， 傳統(tǒng)單一車型大批量的制造模式已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)需求，汽車企業(yè)將車型快速迭代、品種多樣化、個(gè)性化、小批量混流生產(chǎn)作為重要細(xì)分及占領(lǐng)市場(chǎng)銷量的手段與方式，因此對(duì)于汽車的制造要求柔性程度更高。在汽車制造的四大工藝中，白車身的焊接車間標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化、自動(dòng)化程度最高，設(shè)備及工藝最為復(fù)雜，本文對(duì)約束車型導(dǎo)入柔性線因素進(jìn)行整理，有利于為車型制造項(xiàng)目規(guī)劃提供依據(jù)及決策指導(dǎo)，為標(biāo)準(zhǔn)化柔性線建設(shè)與改造提供參考，下文將影響因素進(jìn)行展開論述。

2 柔性線介紹

柔性焊裝線通常指能夠通過工裝夾具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[1]。一般柔性主線包括下車體總拼區(qū)域和總拼區(qū)域，涉及的設(shè)備可以分為共用基礎(chǔ)設(shè)備及車型專用設(shè)備。柔性主線具備以下優(yōu)勢(shì)[2]：

1）車型導(dǎo)入速度快、成本低。在車型導(dǎo)入時(shí)，因?yàn)樯a(chǎn)線柔性程度高，僅需要對(duì)部分設(shè)備及車型專屬夾具進(jìn)行部分適應(yīng)性改造，導(dǎo)入周期和改造成本大大降低;

2）設(shè)備利用率高。一款車型的壽命約為3-5年，而生產(chǎn)設(shè)備的壽命最高可達(dá)10年以上。柔性線在某個(gè)車型退市時(shí)，可以繼續(xù)生產(chǎn)其它車型，充分利用設(shè)備壽命，避免重復(fù)開發(fā)與投入;

3）市場(chǎng)響應(yīng)快。車型導(dǎo)入后，能夠快速切換生產(chǎn)不同車型，通過調(diào)整排產(chǎn)計(jì)劃、平衡不同車型的產(chǎn)能及供應(yīng)鏈物流配送，幫助企業(yè)迅速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化;

4）生產(chǎn)管理難度低。不同車型使用相似的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，自動(dòng)化程度高，降低生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制、生產(chǎn)線維護(hù)難度，提升人員熟練程度和產(chǎn)品質(zhì)量。

3 白車身導(dǎo)入分析

新產(chǎn)品導(dǎo)入柔性線時(shí)，一般根據(jù)制造策略及產(chǎn)品3D數(shù)模，分析新導(dǎo)入車型與產(chǎn)線原有車型的外形差異、結(jié)構(gòu)差異、定位差異和工藝差異，確定標(biāo)準(zhǔn)工藝流程清單，再進(jìn)行工藝可行性分析和工裝可行性分析[3]。一般來說，工裝部分對(duì)項(xiàng)目成本和周期影響較大，容易會(huì)引起其它區(qū)域的關(guān)聯(lián)更改。一般基于改造量最小原則、同平臺(tái)共用策略、跨平臺(tái)少改動(dòng)策略，減少工裝更改的工作量，以及由于工裝變更引起的工藝、尺寸調(diào)試和驗(yàn)證工作，從而減少車型導(dǎo)入的成本和周期。

4 分析方法

公司目前擁有多條柔性主線，通過梳理以往線體開發(fā)、車型導(dǎo)入及調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下3類6個(gè)關(guān)鍵維度的約束條件：

1）白車身通過性：車身上下線口安全通過尺寸、白車身工位間輸送;

2）工作位與夾具定位可行性：下車體定位策略、上車體夾具定位可行性;

3）機(jī)器人焊接可行性：焊鉗通過性、機(jī)器人可達(dá)性。

4.1 白車身通過性校核

白車身的通過性校核，指的是在車型導(dǎo)入前，通過校核白車身參數(shù)與車身線參數(shù)等內(nèi)容，判斷白車身從車身線首工位流轉(zhuǎn)至末工位的可行性。

1）白車身上下線及工位間安全輸送尺寸校核

因白車身總拼焊接后的輪廓尺寸最大，因此在導(dǎo)入主線分析中，需要對(duì)比白車身的長(zhǎng)寬尺寸與下線口的大小，確保白車身單側(cè)外輪廓點(diǎn)與下線口內(nèi)邊界距離大于等于50mm以上。

同時(shí)，車身超出滑撬后，要對(duì)車身前（后）端點(diǎn)與工位間的安全光柵空間距離進(jìn)行確認(rèn)，避免車身對(duì)安全光柵信號(hào)產(chǎn)生干涉觸發(fā)，對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏及人機(jī)安全產(chǎn)生影響。

2）白車身工位間輸送通過性校核

按照主線零件的上件均在線體兩側(cè)的特點(diǎn)以及線旁設(shè)備大部分在線體輸送方向的兩側(cè)布置特點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注總拼定位工位（如圖1）、零件抓手上件定位工位（如圖2），滿足車身寬度與線旁設(shè)備的Y向距離尺寸，需要滿足安全閾值（白車身單側(cè)外輪廓點(diǎn)與掃略點(diǎn)的邊界距離大于等于25mm以上）即可。

4.2 工作位與夾具定位可行性

工作位，即車身在隨行夾具上及車身相對(duì)于關(guān)鍵總拼主夾具的位置。即分析總拼主夾具工位的約束條件，初步確定工作位，再對(duì)其他工位的約束條件進(jìn)行校核。

1）下車體的定位策略

主線使用高速滾床進(jìn)行工位間輸送，使用隨行夾具對(duì)白車身進(jìn)行定位，具有柔性化高和輸送效率高的優(yōu)勢(shì)[4]。一般隨行夾具在車身X向布置有4組定位模塊，可以通過各個(gè)模塊的狀態(tài)變化或者整體切換，實(shí)現(xiàn)多車型的柔性生產(chǎn)。

導(dǎo)入車型與該產(chǎn)線量產(chǎn)車型同平臺(tái)時(shí)，下車體完全共用或者結(jié)構(gòu)差異較小，可以實(shí)現(xiàn)下車體的定位點(diǎn)1至4共用（如圖3），那么車身在主線中的位置已經(jīng)確定，僅需重點(diǎn)對(duì)車身的寬度（本文3.1章節(jié)已介紹）、高度進(jìn)行校核。

導(dǎo)入車型與該產(chǎn)線量產(chǎn)車型屬于不同平臺(tái)時(shí)，如果導(dǎo)入車型還處于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，則對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)提出制造要求，在下車體上開出兼容性共用定位孔，以便共用隨行夾具定位單元。如果導(dǎo)入車型是已有產(chǎn)品，則以改造量最小為原則，對(duì)隨行夾具進(jìn)行兼容性改造。

2）上車體夾具定位可行性

主線總拼工位是最關(guān)鍵的考慮因素，在車身的長(zhǎng)度方向即X方向，需要校核車身尾部與總拼主夾具立柱之間空間，以確保焊接后端板的機(jī)器人焊鉗通道且后部夾具有充足的布置空間如圖4，滿足焊點(diǎn)可達(dá)性情況下的姿態(tài)與安全空間。

車身高度涉及對(duì)總拼定位夾具的空間干涉、以及夾具布置空間可行性。一般對(duì)于圖示5箭頭區(qū)域檢查高度垂直距離不能低于50mm，以免預(yù)裝尺寸超差、主夾具進(jìn)入白車身過程中發(fā)生刮擦干涉。同時(shí)，夾具橫梁框架上有定位夾具，占用Z向的安裝空間約80mm左右，因此車頂部距離上部的空間垂直距離尺寸也不能低于100mm。

4.3 焊接通過性和可達(dá)性校核

1）焊接通過性

焊接通過性，是指在焊鉗進(jìn)出路徑和焊接位置上，工裝等設(shè)備與車身之間有足夠的空間，供焊鉗無干涉地通過。前期方案評(píng)估時(shí)，需要重點(diǎn)檢查下車體補(bǔ)焊焊鉗的通過性。因?yàn)橹骶€上還有大量的下車體補(bǔ)焊、以及側(cè)圍裙邊位置的焊點(diǎn)，需要焊鉗從車身與輸送定位工裝之間經(jīng)過。

一般下車體區(qū)域尺寸最大的焊鉗是焊接中央通道的焊鉗，從輸送定位工裝與車身之間通過時(shí)的尺寸關(guān)系如圖6所示。大梁底部與輸送定位工裝基礎(chǔ)的距離L應(yīng)該大于焊鉗尺寸H，而且上下都要預(yù)留安全距離，避免進(jìn)出過程中焊鉗與車身碰撞，即L=H+2S。

2）焊接可達(dá)性

確定車身在輸送設(shè)備上的位置時(shí)，車身位置高度方向的下限，需要確保焊接下車體時(shí)的焊鉗通過性。同時(shí)，車身位置高度方向的上限受到機(jī)器人可達(dá)性的限制。

機(jī)器人的焊接可達(dá)性，即機(jī)器人通過不同關(guān)節(jié)的協(xié)同工作，使得焊鉗達(dá)到特定的焊接位置和焊接姿態(tài)的能力。超出機(jī)器人可達(dá)范圍的焊點(diǎn)無法焊接，一般要求機(jī)器人預(yù)留5%-10%的行程余量。頂蓋區(qū)域焊點(diǎn)位置在白車身頂部，焊接頂蓋橫梁時(shí)使用C槍從上部進(jìn)槍，對(duì)機(jī)器人的高度非常敏感。如圖7所示焊接姿態(tài)，機(jī)器人在Z向的行程余量較小，車身位置再提高就可能無法焊接，需要對(duì)此區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)校核。

5 結(jié)論

本文首先介紹了柔性線的組成和優(yōu)勢(shì)，并介紹了車型導(dǎo)入時(shí)的邊界分析方法。生產(chǎn)線的升降機(jī)工位、主夾具工位和有線旁定位工裝的工位，需要滿足白車身無干涉通過的要求。輸送定位確定的車身位置，需要滿足主夾具工位的工裝布置需求，以及焊接前地板、后端板區(qū)域的焊鉗通過性，以及焊接頂蓋前橫梁區(qū)域的機(jī)器人可達(dá)性。同時(shí)，還需要考慮留出的空間是否滿足輸送定位單元的設(shè)計(jì)需求。綜合以上的邊界分析方法，能對(duì)車型導(dǎo)入的可行性進(jìn)行快速準(zhǔn)確地評(píng)估。

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[4]張濤，馮志鵬.一種柔性車型工裝臺(tái)車在白車身焊裝主線上的應(yīng)用[J].制造與工藝，2021，10：127-129.