多品種柔性焊裝線工藝規劃研究

謝寧，覃鑫

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心，廣西 柳州545007）

多品種柔性焊裝線工藝規劃研究

謝寧，覃鑫

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心，廣西 柳州545007）

對車身柔性焊裝線的概念和組成，以及柔性焊裝線的工藝規劃進行研究，以某公司的柔性焊裝線為例，分析了其工藝布局和關鍵工位規劃，為開發高水平的柔性焊裝線提供新的思路。

白車身；柔性；工藝規劃

隨著汽車市場競爭越來越激烈，且客戶對汽車的個性化需求越來越高。汽車行業的競爭點逐漸集中在產品更新換代速度上了，因此，汽車企業的生產快速調整從而適應產品的變化變得越來越重要。為了順應這一發展趨勢，國內各汽車廠單品種大批量生產方式逐漸轉化成多品種柔性化生產方式。在汽車制造中，焊裝線與組裝和總裝相比剛性最強，產品通過性也最差。因此，如何通過焊裝線體的柔性化實現多車型的共線生產，成為汽車企業的重點關注內容。本文通過對多品種柔性焊裝線的工藝規劃研究，為焊裝線的柔性開發提供很好的思路［1，2］。

1　柔性焊裝線的概念及組成

1.1車身焊裝線的組成

車身焊裝線就是將小零件、沖壓件和焊合件連接裝備在一起形成白車身的生產線。如圖1所示，它由焊接設備（焊鉗、焊接、焊接機器人）、工藝設備（涂膠、滾邊、打碼設備等）、工裝夾具、生產線控制系統等組成。焊裝線的開發水平直接決定了白車身的焊接質量、尺寸精度、定位精度等特性［3，4］。

圖1　車身焊裝生產線

汽車白車身的構成如圖2所示，分為上車體、下車體和門蓋。上車體由頂蓋、左右側圍、衣帽板和后圍板組成；下車體由前車體、后部下車體和前地板三大塊組成；門蓋由左右前門、左右后側門、尾門、發動機蓋和行李箱蓋構成。首先將沖壓件和小零件連接成焊合件，再將焊合件裝配連接成分總成，分總成通過總拼進行合拼，最后通過調整線形成白車身。根據白車身最多可劃分為8級，一般能夠達到200個以上的裝配和焊接工序，由于投資有限，大多數的汽車企業只將主焊裝線規劃成柔性焊裝線［5，6］。

圖2　白車身的構成

1.2柔性焊裝線

柔性焊裝線通常指能夠通過工裝夾具自動切換和電氣控制程序切換等方法實現不同車型的車身拼裝焊接的生產線。柔性焊裝線的建造一般采用工藝一次性規劃，分步實施建造，在夾具、焊接設備、輸送設備及共用動力系統等方面預留柔性接口的方式。柔性生產線的特點就是自動化率高、工裝夾具機構復雜和技術含量高，但需大量采用機器人、自動化設

在柔性焊裝線建造時，需綜合考慮生產綱領、生產場地、生產線預留規劃等因素來決定車身車間焊裝生產線的分總成和主線的柔性能力、自動化程度、生產能力、物流方式、生產節拍、生產形式等［8］。

2　柔性焊裝線工藝規劃要求

如何才能規劃一條水平較高的柔性焊裝線，需要考慮的方面很多。如：（1）產品的平臺化水平和工藝性；（2）車身車間的廠房結構、場地空間和可動率等；（3）車身的生產形式、節拍要求、安全健康要求、運行維護能力等；（4）制造的自動化程度、輸送方式、關鍵工位構造形式等［9］。

此外柔性焊裝線的規劃還需考慮外協件廠家的資源和質量保障能力；當地人力成本方面，如果工人人力成本低，可以適當安排較多的人工作業；人力成本高，就需減少人員數量，提高自動化率。目前西部地區的人工年均花費已經到達8萬，在一些能夠減人增效的工位還是需要改為機器人柔性工位。如圖3所示的頂蓋工位柔性化改造完成后，除去人工工位投資減少增加投資240萬元，但每班次操作人員數量從6人減少為1人，每年減少人力成本120萬元，兩年就可收回增加的投資成本。通過頂蓋采用機器人抓手上線定位，通過預留抓手預留臺，切換抓手實現多車型的柔性。

圖3　頂蓋機器人柔性工位改造

3　實例研究

某公司首條柔性焊裝線的規劃是滿足小批量多車型的柔性，主線自動化率要求達到90%.因此，主線柔性線的開發采用工藝一次性規劃，分步實施的制造策略，在共用動力系統、夾具、焊接設備和輸送設備等方面預留柔性接口，從宏觀上這種策略也是一種柔性技術。以下對此條柔性焊裝線的工藝布局和關鍵工位規劃兩個重要內容進行研究。

3.1工藝布局

在新的焊裝線工藝布局設計時一定要考慮將來可能生成的平臺及車型。如果前期規劃時明確了生成產品的平臺及車型，設計就應以設定的條件為提前；要是產品平臺和車型不是很明確時，可以根據公司的產品整體發展策略作為輸入條件。

整線的規劃如圖4所示，根據側圍、前車體、主線總布局區域面積（160 m×23 m）、廠房鋼結構形式及標高、車間物流路線和分拼線的搭配等因素，選擇直線布局。主線工位數量：23個、11個機器人工位，其中機器人焊接工位10個，1個機器人夾具切換工位。側圍左右各4個工位，前車體6個工位，車型切換采用焊接設備共工、夾具采用人工整體切換拼臺實現柔性生產。主線輸送采用地面雙層結構，高速滾床或摩擦+滑橇輸送。主線工位間距一般工位采用標準間距6 m，打碼工位為7 m（打碼機一用一備空間）。總成上線方式在前地板和后部下車體采用人工吊裝+滑動拼臺+機器人抓取上件，前車體采用精確料架，小總成采用人工上對中臺+機器人抓取上件（機器人采用焊鉗和抓手分離定位）。

圖4　柔性線工藝布局

同時增加工藝布局考慮到了工位間的兼容性和車型導入的改造空間，下車體前部工位預留能實現特殊工藝情況下的地板補焊，下車體中后部工位預留前側門、門檻內板和后護板的定位。同時預留乘用車衣帽板和后圍板的安裝定位和焊接工藝。

3.2關鍵工位規劃

多品種柔性焊裝線的柔性能力體現在關鍵工位的規劃，如：下車體三大塊定位工位、前側板和門檻內板等小總成上線工位和總拼主夾具工位的柔性方式。

3.2.1下車體三大塊柔性上線工位

下車體三大件（前車體、后部下車體和前地板）定位工位規劃采用獨立輸送方式，通過拼臺的切換實現全車型柔性的可能。如圖5所示，三大塊采用機器人搬運，線旁預留抓手存放架，通過抓手的切換實現柔性機器人上線的柔性。利用大負荷的搬運機器人將定位好的下車體搬運到下工位，進入主線輸送循環線。前車體對中采用精確料架方式，不同車型對應不同料架，實現前車體柔性對中取件。

圖5　下車體三大件柔性上線工位

3.2.2小總成柔性上線工位

柔性焊裝線的小總成上線定位與上件臺規劃如圖6所示，采用的是機器人抓焊集成方法及積放式精確料框方式。通過抓焊集成方法提高機器人利用率，使得50JPH生產節拍條件下，能完成13個焊點；通過積放式精確料框的設計每框料可以放置8個以上零件，節約人力成本，而且通過料框的切換大大提高不同車型的兼容性。在工藝布局上，預留抓手存放和工裝存放區域提高工位的柔性能力。

圖6　小總成柔性上線定位方法

3.2.3總拼夾具工位

總拼夾具布局了高密度機器人，能夠實現門檻、前后橫梁、裙邊和后端板區域的定位要求。同時采用了內置式夾具，使得場地布局滿足工位間距6 m和寬度不大于13 m的要求。同時主夾具空中儲存，有效利用上層空間的同時實現最多車型的切換。在線體規劃時預留主夾具的下線維修口，實現運行維護的便利性的同時實現主夾具的柔性的最大化［10］。

4　結束語

本文通過對焊裝柔性線概念和組成的分析，并探索高水平車身柔性線開發的工藝規劃要求，從工藝布局和關鍵工位的設計要求入手，需要進行工位預留和關鍵柔性工裝設備的預留設計才能滿足全車型柔性焊裝線的規劃要求。

近年來，隨著產品平臺化建設，零部件的通用化和標準化得到很快的發展，并且汽車制造方面的機器人視覺、激光焊接、傳感技術和柔性工裝等的方面技術和裝備的突破，以往在車身柔性焊裝線建造中無法解決的問題，必將會有一個新的思路。這就使汽車白車身焊裝生產線的多品種柔性化變得比較容易實現。

［1］覃鑫，鄭宏良，唐科.機器人車身焊裝線的開發與應用［J］.現代零部件，2013，（11）：84-85，88.

［2］李占營，年雪山，魏迎旺.論轎車車身柔性焊裝線的規劃及應用［J］.汽車工藝與材料，2010，（09）：17-20.

［3］肖同新，周三山.D530焊裝線的柔性化改造［J］.電焊機，2013，（02）：38-44，78.

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

［5］黃海.白車身焊裝線柔性定位單元的設計與應用［J］.裝備制造技術，2015，（03）：81-83.

［6］丁華明，何可敬.柔性車體焊裝線［J］.汽車工藝與材料，1997，（12）：32-35.

［7］張文吉.淺析焊裝線的柔性化［J］.科技信息（學術研究），2008，（32）：660-661.

［8］周江奇，覃鑫，沈永飛.焊裝線小總成上線定位柔性技術研究［J］.機械工程師，2016，（01）:116-118.

［9］王桂周.汽車白車身焊裝定位基準的設計與優化［D］.合肥：合肥工業大學，2010.

［10］劉慧，張宇，蔣蓓.柔性化總拼技術在轎車焊裝線上的應用［J］.現代零部件，2012，（07）:84-87.

Study on Process Planning of Multiple Varieties Flexible Welding Line

XIE Ning，QIN Xin
（Technology Development Center，SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Concept and composition of the body flexible welding line，and flexible welding line process planning research，to a company of flexible welding line as an example，analyzes the process layout and key station planning，to provide new ideas for the development of a high level of flexible welding line.

body in white；flexible；process planning

U466

A

1672-545X（2016）07-0128-03

2016-04-03

謝寧（1980-），男，廣西融水人，1本科，工程師，研究方向：車身車間工藝工裝規劃；覃鑫（1983-），男，廣西融安人，碩士研究生，工程師，研究方向：車身工藝設計。備和控制系統，因此投資成本高、運行維護困難［7］。