汽車自動化柔性焊裝線技術探討

彭裕磊

摘要：隨著汽車市場競爭激烈化及客戶個性化需求的提升，同時企業也面臨著用地資源緊張、車型種類增多、更新周期加快等，自動化柔性焊裝線生產已成為當前汽車車身焊接的主流趨勢。它最顯著的優勢就是能適應多品種車型、靈活程度高、占地面積集中，大大提高焊裝線生產效率，降低人力成本的投入，可更好適應當今汽車市場車型不斷更新換代快速化的客觀需求。高自動化、高柔性、高標準化、高模塊化、高產能的焊裝線解決方案，可大幅降低投資及后期維護成本，提高主機廠的技術實力及競爭優勢。本文將以車身焊接自動化柔性焊裝生產線為研究對象，分析自動化柔性生產線的工藝需求和特點，從生產線的規劃方式、自動化柔性、標準化等，為后期多車型共線建設模塊化、標準化柔性焊裝線的實踐運用提供理論參考。

關鍵詞：汽車焊接;自動化;柔性;應用;規劃

汽車自動化柔性焊裝線技術必要性和優勢

目前，汽車廠生產現狀大趨勢：多品種車型并行、小批量生產增多、產品生命周期縮短、生產線建設周期縮短、機器人逐漸替代人工、智能化信息化訂單式生產增多等。

亟待解決的需求與矛盾：工業用地資源緊張，用于焊裝生產的廠房已建設并固化，現有廠房無法滿足不斷新增的車型。如某熱銷車型焊裝線產能滿足不了訂單需求，人工焊接工位過多，同時又存在其它訂單少的單一自動線大量機器人、焊接設備等資源閑置浪費;后續又會繼續增加車型投入生產，對應工裝和焊接設備在不斷的投入，單一車型產量小，設備及產線利用率極低。故需分期建設能多車型混線生產的高自動化、高柔性、高產能的車身焊裝生產線，以滿足當前及后續多車型生產需求。

其優勢如下：

設備及產線利用率高降低后續重復性投入

汽車行業競爭的加劇與客戶需求的提升，車型需不斷的推陳出新和更新換代，焊裝線已由單一品種大量生產方式向多品種批量柔性生產方式轉變。產線占地面積集中，空間利用率提高。利用自動化柔性線，通過實現通用設備的共用而實現一次投入。可以有效的避免多次設備重復投入造成的資源浪費，設備重復利用率提高。唯一的缺點是首次投入中耗資較大。

焊接質量及焊接精準度提高

焊接工程規模以及工程的復雜性在不斷發展，進而對焊接質量提出了較為嚴格的要求。柔性生產線的應用，大大提高了汽車焊接質量和焊接效率，降低了焊接成本，減少了故障發生率。焊接自動化技術的焊接精準度較高、且機器人工作靈活，是實現高速、高效自動化焊接生產效率的保證。

生產效率穩定和高效及對外部環境適應性強

全自動化控制對于生產節拍的控制是相對穩定的，受外界干擾而停止的幾率較小，一定程度上提高生產效率的穩定性。機器人在柔性線的應用能夠促進汽車焊接工藝水平的提升，提高生產效率，同時對作業環境沒有較高的要求，即使在高輻射、強煙霧惡劣環境中也能確保焊接生產的持續順利進行。

可塑性強及新車型導入時間縮短

在導入新車型時，只需適當調整及改造，即可以較小的投資和最短的周期來生產新車型，尤其是模塊化標準化設備及工裝的建立，使設備的投資最大化利用。新車型可以快速的上線生產，為企業創造了很大的經濟效益。

汽車自動化柔性焊裝線技術工藝規劃要求

白車身結構的組成

根據白車身結構的工藝分塊：分下車身、上車身及開閉件。下車身分發動機艙總成、前地板總成和后地板總成;上車身分左右側圍總成、頂蓋總成、擱物板總成和后圍板總成;

開閉件分四門及兩蓋總成。這些總成件均可規劃自動化柔性焊裝線。

規劃自動化柔性焊裝線要點

車身的平臺化水平和工藝性分析等;

車身生產形式、量綱節拍要求、安全環保要求、成本與質量等;

焊裝車間的廠房結構、場地空間布局和可改動占比等;

焊裝線的自動化程度、物流輸送方式、柔性方式等;

設計工藝布局考慮拓展及預留。

自動化柔性焊裝線項目形式選擇及布局

自動化柔性焊裝生產線技術說明：將專用的設備都模塊化，標準化，做到可切換、可存儲，盡量提高機器人焊機等通用設備的利用率。多品種柔性焊裝線的柔性能力體現在對下車身三大總成工作站、下車身/主車身柔性自動線及總拼主焊接工位的柔性生產方式的規劃上。

下車身三大總成新建自動化柔性焊裝工作站

下車身三大總成（發動機艙總成、前地板和后地板）定位工位規劃通過夾具存儲方式的切換實現全車型柔性切換的可能（如圖1）。

工藝流程

人工在總成10上件完成，夾具進入轉臺，與總成10B焊接完成的夾具一起旋轉180度，總成10B機器人開始點焊;

左側第一個七軸抓取總成10A上的產品放到總成20，空夾具又回到總成10上件;

總成20增焊完成，左側第二個七軸抓取總成20上的產品放到總成30A工位，夾具滑出。人工上件完成后，夾具進入轉臺，與總成30B焊接完成的夾具一起旋轉180度，總成30B機器人開始點焊;

左側第三個七軸抓取總成30B上的產品放到總成40增焊。總成40焊接完成，采用獨立輸送方式至下車身主焊接工位。

優點

人工上件與機器人焊接分開，實現同步上件和焊接，減少等待，提高機器人等通用設備利用率，提高生產節拍;

存儲在同一側，廠房占地集中，可實現多車型柔性生產;

后期加車型只需投入專用工裝等，減少投資成本。

與前期開發側圍斜立轉臺自動化線對比 因側圍斜立轉臺自動化線是焊接夾具固定在斜立轉臺上，只能在機器人另一側加單一車型，自動化線利用率極低、拓展性差、后期加車型改造費用投入較多，已不在適合當前焊接線的規劃。

下車身/主車身自動化柔性焊裝線技術說明

輥床+臺車及考慮臺車存儲柔性生產線解決方案。

方案優勢：生產節拍高，可生產的車型多，設備利用率高，后期改造難度小，后續導入新車型周期短。

下表為新建自動化柔性焊裝線與普通自動化焊裝線對比：

新建自動化柔性混線，解決原自動線通用設備利用率低、占用廠地較多、加入車型難度大的難題。總結：自動化柔性焊裝生產線是滿足多車型共線生產需求的最合適的解決方案。

表1

類別 新建自動化柔性混線 某S自動線 某C自動線

平臺 8個平臺 2個平臺 1個平臺

車身輸送形式 輥床+臺車 輥床+臺車 輥床+滑撬

下車身 8種 3種 1種

左右側圍總成 8種 2種 1種

機艙/前后地板線 8種 2種 1種

夾具存儲形式 柔性存儲 部分預留 專線

節拍 60S/輛 87S/輛 130S/輛

小總成分拼柔性焊接工作站應用

對于小總成分拼，簡單且操作工時較低，通常采用夾具人工焊接。但隨著日益增多的車型規劃，車型的生產需大量工裝設備的投入及焊接桁架大批量投入，導致焊裝車間夾具堆積。但所有的車型又不會同時生產，造成場地資源、焊接設備等極大的浪費。通過自動化柔性設計，實現不同車型小總成分拼的柔性生產，提高焊接設備的利用率、減少廠房占用面積以及減少手工線人員投入（見圖2）。

圖2

工藝流程：A10小夾具上完件，兩側機器人點焊，此時B10可取件放入料框，又繼續上件夾緊，A10小夾具焊接完成，機器人焊接B10，A/B側對應如此循環。優點如下：

焊接區域集中：切換需求車型入小夾具位，其它車型夾具入存儲位。

生產節拍較高：節拍可達45JPH。

設備利用率高：機器人一直在來回焊接，工作效率可達96%。

自動化柔性焊裝線技術發展方向與期望

隨著計算機輔助化、人工智能、機器人視覺、以及模糊控制技術等先進的技術被廣泛應用于柔性化焊接生產制造中，使得柔性化焊接技術得到很大的發展，正在由簡單的柔性生產制造向虛擬化、集成化、智能化的柔性生產制造方向發展。企業為提高自身的市場競爭力，適應柔性化焊接技術的快速發展：

以掌控自動化柔性焊接技術核心為目標，促進企業焊接水平和綜合實力的提升。持續創新自動化柔性焊接技術，通過整合優勢先進資源，推動技術更新，促進技術進步。

自動化柔性焊接設備方面，通過提高對產品設計的平臺化、模塊化、標準化的要求，來減少通用化、自動化、智能化的柔性化工藝裝備投入。實現綜合運用與發展，提高自動化焊接設備的利用效率和焊接精準度。

在自動化柔性焊裝線設計之初即考慮多平臺車型共線可行性，在工位布局、工裝形式等方面均預留改造空間，后期增加車型只需少量的改造即可以實現，大大降低分攤在單一車型的焊裝工裝、設備、人力等多個方面的成本，實現投入與產出比的最大化。同時，應當擴大柔性化焊接的應用范圍，無論是簡單的工程機械制造焊接中，以及復雜工程的處理中都推廣應用，進而實現高效、穩定的焊接效益。

結語

綜上所述，在汽車制造工業不斷快速發展的同時，建設多車型、高柔性的自動化焊接生產線將成為必然趨勢，而模塊化標準化的柔性焊裝生產線技術是提高生產效率、減少產品開發周期、降低企業投資成本、提高車身焊接質量最有效的方法，逐漸在汽車車身自動化焊接中得到了推廣應用。與此同時，繼續加大對其實際應用的研究，加強對自動化焊接技術、自動化設備、應用范圍的持續創新，結合工程實際情況，充分發揮自動化焊接技術的工程價值，提高焊接質量和安全，將柔性解決方案自動化機構等標準化，模塊化，實現車身制造的高柔性和低成本以提高企業核心競爭力。

參考文獻

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