朱 彧，孔 坤，吳 斌

機(jī)器人柔性總拼技術(shù)在南京依維柯焊裝線上的應(yīng)用

朱 彧，孔 坤，吳 斌

（南京依維柯汽車有限公司整車廠，江蘇 南京 211806）

汽車車身制造過程中，白車身總拼焊裝技術(shù)是保證整車裝配質(zhì)量的重中之重。文章介紹了汽車白車身柔性總拼的幾種形式，并著重分析了機(jī)器人柔性總拼在南京依維柯汽車產(chǎn)品白車身總焊線上的應(yīng)用，通過利用現(xiàn)有資源合理工藝布局，提高車身焊裝生產(chǎn)工藝水平及車身焊裝質(zhì)量。

機(jī)器人；柔性總拼技術(shù)；汽車車身；焊裝技術(shù)

依維柯汽車產(chǎn)品系列豐富多樣，涵蓋輕型客車、中型客車、輕型載貨車、軍用越野車以及各類改裝專用車等200余種車型，極大地滿足市場(chǎng)多元化需求。但作為制造汽車的整車廠而言，面對(duì)生產(chǎn)如此繁多的車型，既要達(dá)到整車裝配質(zhì)量要求，又要滿足小批量、多品種生產(chǎn)方式，選擇合理的白車身柔性總拼焊裝技術(shù)才是保證生產(chǎn)制造的關(guān)鍵因素。

1 白車身焊裝線總拼焊裝技術(shù)介紹

1.1 單一總拼技術(shù)

1.1.1平移式總拼技術(shù)

平移式總拼技術(shù)是汽車白車身總焊線早期采用的總拼技術(shù)，即將白車身的左、右側(cè)圍總成人工裝載在工位兩側(cè)的側(cè)圍定位夾具中（夾具垂直于地面），通過夾具向平移定位、夾緊的方式實(shí)現(xiàn)白車身合拼的技術(shù)。

1.1.2翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)

翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)與平移總拼技術(shù)大體相同，也是先將白車身的左、右側(cè)圍總成人工裝載在工位兩側(cè)的側(cè)圍定位夾具中（夾具與地面有傾角或平行），通過側(cè)圍定位夾具翻轉(zhuǎn)到位、夾緊的方式實(shí)現(xiàn)白車身合拼。

1.1.3平移+翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)

平移式+翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)即前兩項(xiàng)技術(shù)的合并版本，白車身的左、右側(cè)圍總成自動(dòng)裝載在工位兩側(cè)的側(cè)圍定位夾具中（夾具平行與地面），側(cè)圍定位夾具夾緊工件翻轉(zhuǎn)90度（垂直于地面），然后通過向平移定位、夾緊的方式實(shí)現(xiàn)白車身合拼的技術(shù)。

1.1.4小結(jié)

這三種總拼技術(shù)子云相如、異曲同工，都是預(yù)先將左右、側(cè)圍總成裝載工位的側(cè)圍定位夾具中，然后通過側(cè)圍定位夾具平移或翻轉(zhuǎn)的形式實(shí)現(xiàn)白車身合拼。不同之處在于平移總拼技術(shù)和翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)側(cè)圍總成采用人工吊運(yùn)裝載的方式，而平移+翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)具有一定的先進(jìn)性，通過機(jī)械傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)了側(cè)圍總成自動(dòng)裝載，大大提高了工作效率。

采用單一總拼技術(shù)的白車身生產(chǎn)線由于無(wú)車型切換需求，設(shè)備工裝相對(duì)專用、穩(wěn)定，因此，設(shè)備故障率低、拼焊精度高、整車裝配質(zhì)量較高[1]。但隨著汽車市場(chǎng)的多元化需求越來越高，單一總拼技術(shù)由于車型升級(jí)換型的改造工作對(duì)生產(chǎn)線影響太大，已經(jīng)逐漸不被汽車制造廠商采用。

1.2 柔性總拼技術(shù)

更快地推陳出新、更快地更新?lián)Q代是占領(lǐng)汽車市場(chǎng)的關(guān)鍵所在，柔性化生產(chǎn)線是各汽車制造商既快速又節(jié)約投資的主要手段，而柔性總拼技術(shù)又是柔性化生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。

柔性總拼技術(shù)主要是將不同車型側(cè)圍定位夾具在工位中實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，然后通過快速切換不同側(cè)圍定位夾具來實(shí)現(xiàn)不同車型白車身總拼工作的技術(shù)[2]。

1.2.1多面體總拼技術(shù)

多面體總拼技術(shù)是將不同車型的側(cè)圍定位夾具固定在多面體上，通過多面體的中軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行側(cè)圍定位夾具切換實(shí)現(xiàn)不同車型白車身總拼工作的技術(shù)。多面體的中軸旋轉(zhuǎn)方式可以分為垂直軸旋轉(zhuǎn)方式和水平軸旋轉(zhuǎn)方式，三面體總拼技術(shù)一般采用垂直軸旋轉(zhuǎn)方式（圖1），而四面體總拼技術(shù)多采用水平軸旋轉(zhuǎn)方式。

圖1 三面體案例

三面體總拼技術(shù)的動(dòng)作順序：大地板總成傳輸至總拼工位－機(jī)器人抓取側(cè)圍總成裝載至側(cè)圍定位夾具－多面體旋轉(zhuǎn)至工作位－側(cè)圍定位夾具從多面體滑移至工作位夾緊－裝配頂橫梁連接件及焊接－側(cè)圍定位夾具打開、滑移至多面體－多面體旋轉(zhuǎn)至上件位（同步完成車型切換）。

多面體總拼技術(shù)側(cè)圍定位夾具存儲(chǔ)只占一個(gè)工位，占地面積和投資費(fèi)用相對(duì)較小，車型切換15 s以內(nèi)，整車拼焊質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定；由于多面體旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和夾具滑移軌道等占用了大量地面空間，因此，地面的機(jī)器人布置相對(duì)困難，導(dǎo)致白車身總拼時(shí)下部預(yù)點(diǎn)位置較少，比較適合有預(yù)搭扣設(shè)計(jì)的車型。

1.2.2OPEN GATE總拼技術(shù)

OPEN GATE總拼技術(shù)簡(jiǎn)稱開放式總拼或堆?？偲醇夹g(shù)，生產(chǎn)線充分利用地上、地下或者空中等場(chǎng)地進(jìn)行側(cè)圍定位夾具存儲(chǔ)[3]，然后通過GATE自動(dòng)更換系統(tǒng)切換側(cè)圍定位夾具實(shí)現(xiàn)不同車型白車身總拼工作的技術(shù)（圖2）。

圖2 OPEN GATE案例

工位的動(dòng)作順序：側(cè)圍定位夾具滑移至工位臺(tái)（與大地板總成傳輸同步）－大地板總成傳輸至總拼工位－機(jī)器人抓取側(cè)圍總成裝載至工作臺(tái)的側(cè)圍定位夾具－工作臺(tái)（帶側(cè)圍定位夾具）滑移至工作位夾緊－裝配頂橫梁連接件及焊接－工作臺(tái)（帶側(cè)圍定位夾具）打開、滑移至上件位（同步完成車型切換）。

OPEN GATE總拼技術(shù)的側(cè)圍定位夾具的存儲(chǔ)數(shù)量是開放式的，標(biāo)準(zhǔn)化模塊嵌入，擴(kuò)展車型可以預(yù)留場(chǎng)地、分期投入；車型切換15 s以內(nèi)，滿足多車型共線生產(chǎn)，在汽車制造業(yè)頗受歡迎。該技術(shù)自動(dòng)化程度高，加上車型切換頻繁，繁多的電子元器件一旦維護(hù)不到位就會(huì)產(chǎn)生各種信號(hào)故障，導(dǎo)致故障率上升。

1.2.3拼裝總拼技術(shù)

拼裝總拼技術(shù)又稱框架總成技術(shù)或機(jī)器人拼裝總拼技術(shù)，是將白車身側(cè)圍定位夾具設(shè)計(jì)成機(jī)器人定位抓具，不同車型的定位抓具布置在相應(yīng)位置，機(jī)器人通過快換裝置切換不同車型的定位抓具，實(shí)現(xiàn)白車身拼焊工作[4]。各抓具向與地板夾具鎖定，抓具之間通過、向互鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接，形成一個(gè)整體框架[5-6]，最大可能保證整體定位精度（圖3）。

圖3 拼裝總拼案例

工位的動(dòng)作順序：大地板總成傳輸至總拼工位－機(jī)器人抓具抓取工件至工作位定位、夾緊－機(jī)器松開抓具切換焊鉗進(jìn)行預(yù)點(diǎn)焊－機(jī)器人松開焊鉗切換抓具－機(jī)器人抓具打開、歸位（同步完成車型切換）。

拼裝總拼技術(shù)通過機(jī)器人切換不同車型的抓具實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)，由于抓具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、車型切換快、生產(chǎn)效率高，受到汽車制造商的一致好評(píng)。

拼裝總拼技術(shù)的不足之處在于白車身進(jìn)行總拼時(shí)對(duì)機(jī)器人抓具框架的強(qiáng)度載荷要求較高，抓具的本體無(wú)法采用質(zhì)量較輕的鋁制八角管，只能采用強(qiáng)度較高的無(wú)縫鋼管進(jìn)行焊接成型，導(dǎo)致抓具本體相對(duì)較重；而此技術(shù)中的機(jī)器人不僅要承擔(dān)抓件、定位，還要進(jìn)行合拼、焊接工作，大負(fù)載的機(jī)器人運(yùn)行速度又滿足不了汽車生產(chǎn)線的高節(jié)拍要求，只能通過減少抓具上的定位、夾緊機(jī)構(gòu)來滿足機(jī)器人負(fù)載要求，減少了白車身控制點(diǎn)，白車身整體裝配精度就難以保證，所以該技術(shù)比較適合較小的車型。

2 依維柯汽車總焊線柔性總拼應(yīng)用

2.1 工藝規(guī)劃方案

2.1.1Turbo Daily產(chǎn)品介紹

依維柯Turbo Daily車型是我國(guó)汽車市場(chǎng)的經(jīng)典輕客產(chǎn)品，20世紀(jì)90年代上市，至今在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)仍舊暢銷不衰。該系列產(chǎn)品的投產(chǎn)不僅揭開了國(guó)內(nèi)輕型商用車發(fā)展的新篇章，更加速了這一細(xì)分市場(chǎng)的多元化，深刻影響了中國(guó)輕型商用車領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)程。

目前，Turbo Daily系列輕客產(chǎn)品白車身總焊線仍舊在南京依維柯汽車有限公司投產(chǎn)運(yùn)行，該系列產(chǎn)品白車身有兩種軸距、三種長(zhǎng)度。

2.1.2白車身總焊線布局

Turbo Daily系列輕客產(chǎn)品白車身總焊線是一條有著傳統(tǒng)工藝的手工線焊接線，線長(zhǎng)105 m，線寬10 m，占地面積1 020 m2（圖4）；主線由12個(gè)工位組成，工位節(jié)距8.5 m，每個(gè)工位設(shè)置升降傳輸輥床，輥床長(zhǎng)度7.5 m，傳輸滑撬長(zhǎng)度5.6 m，工位間采用滑撬往復(fù)循環(huán)傳輸；生產(chǎn)線人工上件裝配、焊接為主，機(jī)器人輔助補(bǔ)焊工作，自動(dòng)化率10%。主線凈節(jié)拍（JPH8）=設(shè)計(jì)節(jié)拍（9.4）×設(shè)備開動(dòng)率（0.9）×工時(shí)利用率（0.937 5），輕客白車身單臺(tái)工時(shí)≤382.5 s/工位。

圖4 Turbo Daily總焊線工藝布局

總拼工位采用單一總拼技術(shù)生產(chǎn)依維柯輕客白車身，工位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低、拼焊質(zhì)量好，線體投資費(fèi)用低，制造周期。

2.2 融入拼裝總拼技術(shù)

2.2.1共線車型介紹

依維柯輕型客車有三大系列：TD、PD、AD，每個(gè)系列都有卡車車型，每種卡車車型中又都有單排、雙排駕駛室之分。

如此多的卡車駕駛室如果單獨(dú)建造生產(chǎn)線進(jìn)行白車身生產(chǎn)不僅需要增加投資費(fèi)用，而且需要新增廠房及相應(yīng)物流區(qū)域面積，并且汽車市場(chǎng)變化多端，產(chǎn)能的不均衡也會(huì)造成人員浪費(fèi)。經(jīng)過制造工程（Manufactur Engineering, ME）技術(shù)人員反復(fù)分析和討論，最終決定采用機(jī)器人拼裝總拼技術(shù)將卡車駕駛室白車身并入Turbo Daily白車身總焊線進(jìn)行共線生產(chǎn)。

2.2.2共線方案布局

Turbo Daily白車身總焊線共線工藝方案（圖5）：將OP020人工補(bǔ)焊工位調(diào)整為卡車柔性總拼工位，新增4臺(tái)七軸機(jī)器人及設(shè)備、工裝用于生產(chǎn)依維柯卡車白車身；OP040輕客單一總拼工位保留，仍舊生產(chǎn)依維柯輕客白車身，其余工位做共線生產(chǎn)適應(yīng)性改造。即輕客車型白車身總成生產(chǎn)時(shí)，OP020工位大地板總成補(bǔ)焊的工藝內(nèi)容由機(jī)器人取代人工完成；卡車車型白車身總成生產(chǎn)時(shí)，OP020工位為拼裝總拼工位，機(jī)器人切換車型抓具完成白車身拼焊工作，其余工位完成剩余的裝配、補(bǔ)焊工作。

圖5 Turbo Daily總焊線共線工藝布局

2.2.3共線方案優(yōu)點(diǎn)

生產(chǎn)場(chǎng)地?zé)o改變，節(jié)約了土建、公配投資費(fèi)用；生產(chǎn)線工藝布局無(wú)改變，減少了工藝重復(fù)投資費(fèi)用；生產(chǎn)線操作人員減少，合理調(diào)配人力資源共用；方案合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，滿足小批量多品種市場(chǎng)需求。

2.3 機(jī)器人拼裝總拼詳細(xì)方案

2.3.1工藝平面布局圖介紹

機(jī)器人拼裝總拼工藝平面布局如圖6所示。

圖6 機(jī)器人拼裝總拼工藝布局

上件工藝方案：卡車駕駛室白車身四大片體（左側(cè)圍焊接總成、右側(cè)圍焊接總成、后圍板焊接總成、前風(fēng)窗分體焊接總成）的上件臺(tái)分別布置在總拼工位的四個(gè)角落，人工在線下先將焊接總成件放置在精定位料架中，然后將精定位料架推運(yùn)至上件臺(tái)位置鎖定。

抓具工藝方案：每個(gè)系列四大片體的機(jī)器人抓具通用設(shè)計(jì)（例：TD車型單排和雙排的側(cè)圍焊接總成抓具通用），三個(gè)系列卡車車型共計(jì)12副機(jī)器人抓具分布在總拼工位兩側(cè)。

機(jī)器人工藝方案：4臺(tái)機(jī)器人分步在兩條七軸軌道上（R1和R2共軌，R3和R4共軌），完全覆蓋所有抓具和上件臺(tái)工作位置。

工位的動(dòng)作順序：大地板總成傳輸至總拼工位－機(jī)器人抓具從精定位料架抓件至工作位定位、夾緊、互鎖－機(jī)器人松開抓具切換焊鉗進(jìn)行預(yù)點(diǎn)焊－機(jī)器人歸位焊鉗并切換抓具－機(jī)器人抓具打開、歸位（同步完成車型切換）。

2.3.2地板夾具柔性定位

地板夾具定位機(jī)構(gòu)采用伸縮或翻轉(zhuǎn)方式進(jìn)行各車型定位切換；側(cè)圍抓具定位機(jī)構(gòu)固定不變，通過選裝不同側(cè)圍抓具進(jìn)行車型切換；后圍抓具定位機(jī)構(gòu)固定不變，通過選裝不同后圍抓具并裝載向不同位置進(jìn)行車型切換，如圖7所示。

圖7 地板夾具定位圖解

2.3.3拼裝抓具定位柔性

抓具的下部與地板夾具定位機(jī)構(gòu)向鎖定，抓具的左/右上角、位置相互鎖定，形成框架總拼結(jié)構(gòu)，保證白車身整體定位精度（圖3）；特別是左、右側(cè)圍總成抓具的中部增加了互鎖設(shè)計(jì)，加強(qiáng)穩(wěn)定框架結(jié)構(gòu)尺寸。

2.3.4機(jī)器人選型

機(jī)器人抓具在抓件后總重量約550 kg，考慮到線體節(jié)拍不高和后期產(chǎn)品設(shè)變等相關(guān)因素，直接采用KUKA KR600機(jī)器人（工作范圍2 830 mm，負(fù)載600 kg）。這款機(jī)器人的使用滿足了機(jī)器人抓具的負(fù)載需求，不僅對(duì)生產(chǎn)線JPH無(wú)影響，同時(shí)也保證了總拼工位白車身的整體裝配精度。

2.4 工時(shí)平衡

2.4.1工時(shí)不平衡

Turbo Daily輕客車型最大白車身長(zhǎng)度5 900 mm，依維柯卡車車型最短白車身長(zhǎng)度2 050 mm。機(jī)器人拼裝總拼技術(shù)雖然解決了共線生產(chǎn)的難題，由于輕客白車身和卡車白車身長(zhǎng)度差異大，工作內(nèi)容也不一樣，在一條總焊線上進(jìn)行混線生產(chǎn)極易引發(fā)工時(shí)不平衡，造成了資源浪費(fèi)。

2.4.2平衡生產(chǎn)工時(shí)

根據(jù)2臺(tái)卡車白車身同步生產(chǎn)工時(shí)相加<1臺(tái)輕客白車身生產(chǎn)工時(shí)的測(cè)算數(shù)據(jù)，ME技術(shù)人員決定將2臺(tái)卡車白車身布置在一個(gè)滑撬上進(jìn)行同步生產(chǎn)傳輸，解決混線生產(chǎn)時(shí)的工時(shí)不平衡。

2.4.3“一撬雙卡”工藝布局方案

Turbo Daily白車身總焊線OP020工位為機(jī)器人拼裝總拼工位，無(wú)法進(jìn)行2臺(tái)卡車白車身同步生產(chǎn)，因此優(yōu)化此工位的卡車白車身工藝內(nèi)容，使生產(chǎn)工時(shí)≤191.25 s，達(dá)到工時(shí)平衡（即在一個(gè)輕客白車身工時(shí)382.5 s內(nèi)，完成2臺(tái)卡車白車身生產(chǎn)并傳輸?shù)较碌拦ば颍Ｍ瑫r(shí)OP030緩存工位調(diào)整為轉(zhuǎn)撬工位，在此工位將2臺(tái)卡車白車身移載至同一個(gè)滑撬上，實(shí)現(xiàn)“一撬雙卡”；后續(xù)工位做兩臺(tái)卡車白車身同步生產(chǎn)的適應(yīng)性改造。

2.4.4“一撬雙卡”實(shí)施內(nèi)容

工時(shí)可以優(yōu)化，工藝可以調(diào)整，實(shí)施“一撬雙卡”難點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)白車身共撬。人工吊運(yùn)方式存在安全風(fēng)險(xiǎn)，PICKUP接駁方式投資費(fèi)用較高，機(jī)器人移載方式場(chǎng)地占用較大。ME技術(shù)人員經(jīng)過反復(fù)推敲、驗(yàn)證，在既有傳輸方式上設(shè)計(jì)出一個(gè)安全、省錢、合理的技術(shù)方案。

將OP030單工位長(zhǎng)度和升降輥床長(zhǎng)度同時(shí)調(diào)整為10 m（具備兩臺(tái)卡車白車身共撬條件）；OP040－OP110滑撬長(zhǎng)度調(diào)整為7 m（具備兩臺(tái)卡車白車身共撬條件）；

“一撬雙卡”動(dòng)作順序（圖8）：OP020第一臺(tái)卡車白車身總拼拼焊工作完成（171 s）－滑撬托起白車身傳輸至OP030的A位置（181 s）－滑撬返回OP020（191 s）－OP020第二臺(tái)卡車白車身總拼拼焊工作完成（362 s）－滑撬托起白車身傳輸至OP030的B位置（372 s）－滑撬返回OP020（382 s）。

卡車生產(chǎn)時(shí)：需倍數(shù)連續(xù)排產(chǎn)（單數(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙卡）；OP040及后續(xù)工位的滑撬在OP030工位兩臺(tái)卡車白車身同步后才能回位（OP020第二臺(tái)卡車傳輸時(shí)，OP030不能有滑撬，需程序控制）。

3 總結(jié)

機(jī)器人拼裝總拼技術(shù)在依維柯輕卡生產(chǎn)線上的應(yīng)用，解決了依維柯車型輕客、卡車共線的難題，用較小的工藝投資費(fèi)用，滿足小批量、多品種的市場(chǎng)需求，實(shí)施效果顯著。同時(shí)，在生產(chǎn)組織上大膽實(shí)施“一撬雙卡”方案，解決混線生產(chǎn)的工時(shí)不平衡問題，不僅鍛煉了員工隊(duì)伍，還為今后的技術(shù)改造和設(shè)備維修工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

適合的工藝設(shè)備，能夠保證穩(wěn)定工序質(zhì)量；合理的工藝布局，能夠有效地提高生產(chǎn)效率；柔性總拼的多車型切換技術(shù)確實(shí)解決了汽車主機(jī)廠的生產(chǎn)難題，但如何讓柔性總拼達(dá)到滿意的白車身焊接質(zhì)量還需要技術(shù)人員們進(jìn)行進(jìn)一步地探索和研究。

[1] 劉大順,邵珊珊.白車身柔性總拼技術(shù)研究及在焊裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].時(shí)代汽車,2019(16):110-112.

[2] 石海波,黃海,陳龍,等.白車身焊裝柔性總拼工裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究[J].裝備制造技術(shù),2020(11):25-28.

[3] 李紅華,張旭光.框架式柔性總拼技術(shù)在商用車焊裝線上的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2017(9):61-65.

[4] 李魯彪.白車身柔性總拼工位研究[J].環(huán)境技術(shù), 2021(3):198-203,209.

[5] 李金山,李彥賀,溫強(qiáng)龍,等.淺談機(jī)器人在線檢測(cè)技術(shù)在車身制造中的應(yīng)用[J].汽車實(shí)用技術(shù),2018,43 (8):112-114.

[6] 黃海,王磊,惠智剛,等.汽車多車型高效隨機(jī)切換的柔性總拼系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù),2020,49(10): 201-204.

Robot Flexible Total Assembly TechnologyApplication in the Welding Line of Lveco in Nanjing

ZHU Yu, KONG Kun, WU Bin

( Nanjing IVeco Automobile Company Limited Vehicle Factory, Nanjing 211806, China )

In the process of automobile body manufacturing, the total welding technology of body in white is the most important to ensure the quality of the whole vehicle assembly.This paper introduces several forms of flexible assembly of automobile body in white, and emphatically analyzes the application of robot flexible assembly in the total welding line of Nanjing Iveco automobile products, by use of the existing resources and reasonable process layout to improve the production technology level and welding quality of automobile body in white.

Robot;Flexible totalassembly technology;Automobile body;Welding technology

U466

A

1671-7988(2023)20-134-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.020.027

朱彧（1973－），男，工程師，研究方向?yàn)槠嚭秆b技術(shù)，Ｅ-mail:zhu.yu@naveco.com.cn。