謝寧 黎琪 史敏

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 引言

隨著經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，市場的需求也在不斷發(fā)生變化，消費者需求越來越個性化、差異化，使當今的制造業(yè)正逐漸向多品種、小批量、用戶定制、能夠迅速響應市場變化等方向發(fā)展。又有“工業(yè)4.0”概念的提出，意味著對生產(chǎn)線進行改進、建立一個高度個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式已是制造業(yè)謀求發(fā)展的必經(jīng)之路。如文獻提到的日本豐田汽車公司的精益生產(chǎn)體系很好的滿足了多樣化的市場需求，國內(nèi)眾多企業(yè)對精益生產(chǎn)的應用也越來越廣泛。柔性生產(chǎn)作為精益生產(chǎn)的新動向，是根據(jù)客戶訂單和市場需求預測組織生產(chǎn)的一種先進生產(chǎn)方式，這一生產(chǎn)方式能大大降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期，增強企業(yè)的靈活性和應變能力。

目前已有許多學者對柔性生產(chǎn)進行了研究和應用，文獻研究柔性生產(chǎn)中人員調(diào)度問題，提出一種有效遺傳算法得到最優(yōu)的人員調(diào)度方案。文獻構(gòu)建柔性生產(chǎn)配置模型，并分析其風險及風險產(chǎn)生的原因，最后通過數(shù)值仿真確定有效的柔性生產(chǎn)配置方式。文獻基于柔性生產(chǎn)設(shè)計出自動磨邊鉆孔加工單元的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)效率大幅度提高，生產(chǎn)質(zhì)量明顯提升。文獻引入多種車型識別技術(shù)解決了汽車焊裝車間柔性自動化生產(chǎn)面臨的多車型匹配問題。文獻基于柔性生產(chǎn)理念，建立Flexsim模型并以此仿真結(jié)果提出改善方案，提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率。文獻提出基于知識的柔性生產(chǎn)計劃生成算法，并對面向訂單變更的生產(chǎn)計劃一致性問題進行了研究。

鑒于柔性生產(chǎn)理念在各制造領(lǐng)域應用的成功，針對上汽通用五菱現(xiàn)場車身車間生產(chǎn)線的建設(shè)，為了推動公司制造能力向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向轉(zhuǎn)型，打造“上汽通用五菱特色制造模式”，助力公司及汽車制造行業(yè)向智能制造發(fā)展，本文提出跨基地跨車型車身線自主集成開發(fā)方案。

2 生產(chǎn)線的工藝流程設(shè)計

工藝流程指通過一定的生產(chǎn)設(shè)備或管道，從原材料投入到成品產(chǎn)出，按順序連續(xù)進行加工的全過程，本章將從生產(chǎn)線布局和生產(chǎn)線BOP兩方面介紹生產(chǎn)線的工藝流程。

2.1 生產(chǎn)線布局

車身線工藝布局采用柔性布局，主線及側(cè)圍線采用的是直線型，車架中心采用“魚骨型”布局，實現(xiàn)了多品種柔性線的生產(chǎn)模式。主線和側(cè)圍的線體采用的是直線型布局，節(jié)省場地，車架中心線體的設(shè)計采用的是“魚骨”的形式，后續(xù)可以通過在預留的場地增加工位及相應的機器人，可以將節(jié)拍進行提升。國際汽車業(yè)內(nèi)最小單位面積（約4942平米）可實現(xiàn)柔性車型最多的車身線。國際行業(yè)內(nèi)第一個單一總拼工位可實現(xiàn)多平臺車型柔性生產(chǎn)的車身線。整個線體采用178臺機器人，大幅提升焊接&輸送自動化程度，側(cè)圍、車架和主線的焊點可以實現(xiàn)100%的自動化率，提升焊接質(zhì)量和人機工程。具體LAYOUT圖見圖1所示。

圖1 生產(chǎn)線的布局圖

2.2 生產(chǎn)線BOP

根據(jù)不同車型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，按照生產(chǎn)線工藝布局圖，建立標準化的開發(fā)規(guī)范，編制工藝規(guī)劃和工藝設(shè)計相關(guān)企業(yè)標準，極大地提高了車身焊裝線的開發(fā)效率和開發(fā)質(zhì)量。

圖2 生產(chǎn)線BOP

3 基于柔性生產(chǎn)理念的技術(shù)開發(fā)

本章提出的插拔式主定位夾具切換方案和跨基地、跨平臺車型兼容夾具方案有效的提高了生產(chǎn)線的柔性，又設(shè)計出雙層立體式滾床結(jié)構(gòu)，節(jié)約了場地面積。

3.1 雙層立體式滾床結(jié)構(gòu)的設(shè)計

針對場地問題，主要是突破思維模式，采用立體式滾床結(jié)構(gòu)模式實現(xiàn)，上層為滾床焊接模式，下層采用回撬模式。通過小型升降機轉(zhuǎn)移滑撬。

每個工位采用圖3的結(jié)構(gòu)，上層滾床為焊接工位，下層工位采用回撬工位，上層滾床通過鋼構(gòu)支撐，下層滾床安裝在地面，鋼結(jié)構(gòu)高度1.8m，滾床、滑撬以及白車身的高度總高約3米，不影響整體車間二層的布局。

圖3 雙層滾床結(jié)構(gòu)

此種工藝布局方案主要體現(xiàn)在布局方式，在不改變整體車間架構(gòu)以及二層機構(gòu)的情況下，利用二層立體式解決了新引用“滾床+滑撬”輸送模式占地與現(xiàn)有場地干涉的問題。

3.2 插拔式主定位夾具切換方案

滑撬現(xiàn)有技術(shù)一般采用多車型夾具直接放在滑撬上，此種方案雖然可以兼容多車型，但針對上汽通用五菱產(chǎn)能，問題有二點：第一，在導入新車型時，需要更換舊車型的夾具，需要拆除、安裝、測量等內(nèi)容，導致新車型導入時間長；第二，兼容車型數(shù)量有限，在產(chǎn)品迭代速度快速的今天，無法滿足上汽通用五菱對產(chǎn)品迭代的需求，需要兼容更多車型的主定位夾具。

采用圖4的輸送裝置切換機構(gòu)，通過夾具切換庫存儲不同類型夾具，通過機器人抓取并切換滑撬現(xiàn)有定位夾具。其工作原理是：其中1組車架定位機構(gòu)可以實現(xiàn)2種平臺的車型定位，當由車型1需要切換至車型2時僅需將車架定位機構(gòu)的翻轉(zhuǎn)切換氣缸通氣即可實現(xiàn)定位基準切換，而當車身生產(chǎn)線導入或生產(chǎn)第3種或第4種車型的時候，只需要將A/B/C/D共4組車架定位機構(gòu)的單元通過機器人自動切換即可實現(xiàn)另2種車型的柔性生產(chǎn)。

圖4 快速切換的車架定位輸送裝置組成機構(gòu)

此種兼容模式的快速切換結(jié)構(gòu)是通過圖5的燕尾蝶定位塊的子母端高精度配合及輔助快插通氣裝置，確保了快速切換車架定位輸送裝置的切換精度一致性、穩(wěn)定性，進一步確保了車身的定位精度及車身焊接質(zhì)量。

圖5 燕尾蝶定位塊示意圖

為了解決隨行夾具自動切換以及儲存的問題，設(shè)計建造了如圖6所示的夾具庫，將夾具庫建在主線的第一個工位空中，當?shù)谝粋€工位機器人將車身三大件（前車體、地板、后部下車體）從空中滑撬用抓手抓到隨行夾具前，在抓取的時候給一號工位發(fā)出車型信號。夾具庫根據(jù)發(fā)出的車型信號以及當前隨行夾具的狀態(tài)，判斷是否需要進行隨行夾具切換。

圖6 夾具庫示意圖

如圖6所示，夾具庫由上下兩層組成。下層由兩臺切換機器人、出/入庫升降機、旋轉(zhuǎn)臺以及升降滾床工位組成。切換機器人負責切換滑撬上的隨行夾具工裝；出/入庫升降機負責將新的或切換下來的隨行夾具工裝接下來或者送上去；旋轉(zhuǎn)臺主要是連接兩個升降機，并在上面完成隨行夾具工裝的切換以及隨行夾具工裝離線操作。夾具庫上層由26個庫位、堆垛機、控制柜組成。其中26庫位分在堆垛機兩側(cè)，分為上下兩層，庫位是無動力的，只能進行隨行夾具的存放，夾具庫庫位有編號，與每套隨行夾具工裝一一對應；堆垛機負責和出/入庫升降機、庫位對接，完成隨行夾具工裝的出入庫。

3.3 跨基地、跨平臺車型兼容夾具方案

夾具分為基礎(chǔ)部分以及專用夾具部分，要實現(xiàn)跨基地、跨平臺車型兼容夾具，基礎(chǔ)部分在生產(chǎn)線建設(shè)時固定在地面，而專用夾具是可以在基礎(chǔ)部分上切換，這樣一來，在基礎(chǔ)部分允許的尺寸內(nèi)，任意車型的夾具都可以實現(xiàn)切換，從而保證車型切換的多樣性。

本文提出共4種夾具兼容方案。

夾具分為A/B面，每面有1個夾具，為實現(xiàn)高精度定位及工裝對接，需要設(shè)計精確定位小車進行切換，如圖7所示，小車上為側(cè)圍工裝支架，下車在地面上固定好后，側(cè)圍工裝及支架通過下車上滾輪及導向推上小車，到達后部限位塊后，前端鎖緊，定位小車可推走，定位小車是通過中間滾輪導向，兩側(cè)V向限位塊及2個插銷實現(xiàn)定位，此上下兩層定位可滿足工裝切換時對接操作順暢，保證工作順利開展。

圖7 精確定位小車

圖8所示的升降式基礎(chǔ)夾具，通過專用車型夾具送到定位上，通過偏心輪舉升機構(gòu)，下降到位，保證夾具定位精度，該設(shè)備通過電機+減速機作為動力源，3根傳動軸通過滾輪連接皮帶的方式傳輸動力，除連接電機傳動軸外，其余傳動軸兩端連接1個滾輪，傳動軸與滾輪之間存在高度差，類似偏心輪原理，舉升框架四周各與一個滾輪接觸，當電機轉(zhuǎn)動，傳動軸之間通過皮帶帶動轉(zhuǎn)動，通過高度差實現(xiàn)托架舉升，舉升效果穩(wěn)定。

圖8 升降式基礎(chǔ)夾具

在車型切換時，通過人工推拿圖9所示的不同車型精確料框，公國導向軌道以及到位開關(guān)檢測功能保障定位的精確及穩(wěn)定性。

圖9 不同車型切換零件精確料框

圖10所示的滑臺切換結(jié)構(gòu)，工裝部分通過定位銷、快速夾緊器固定為滑臺機構(gòu)上。當需要切換車型時，將工裝部分 與滑臺機構(gòu)脫離，并轉(zhuǎn)移至切換小車，然后推走，將另一車型的工裝部分推上滑臺機構(gòu)。

圖10 滑臺切換示意圖

4 結(jié)語與展望

本文提出的跨基地跨車型車身線自主集成開發(fā)方案很好的實現(xiàn)了單一生產(chǎn)線生產(chǎn)多個車型、跨基地實現(xiàn)車型互換需求，不僅帶來了相應的經(jīng)濟效益，也推動汽車行業(yè)的制造呈現(xiàn)多樣化發(fā)展。然而此方案還不夠完美，還有一些問題需要進一步改進。

1、插拔式夾具庫的切換時間過長，每切換一個新車型會有5臺車的產(chǎn)能損失

2、在保證跨基地、跨平臺兼容的過程中，各車型的切換夾具種類較大，且占地較大。