汽車模塊化生產平臺焊裝夾具碰撞后恢復方式探究

蔣維　盧毅　陳家恩　張祥云　陳剛強

摘 要：在目前各大車企實際生產過程中，焊裝車間多采用模塊化生產，即采用多個車型混線生產。采用這種生產方式，難免會出現各車型零件或總成夾具、抓手互相發生碰撞，造成生產無法繼續進行的情況。文章探究和詳細論述解決該問題的思路和方法，該方法也在實際中多次被驗證可行。同時，文章還會介紹在該方法中，現階段可利用的輔助設備和技術，例如在線測量、三坐標測量、激光跟蹤儀等。

關鍵詞：焊裝夾具 模塊化 三坐標測量 在線測量

Research on Recovery Mode of Welding Fixture after Collision on Automobile Modular Production Platform

Jiang Wei Lu Yi Chen Jiaen Zhang Xiangyun Chen Gangqiang

Abstract：At present， in the actual production process of various automobile enterprises， the welding workshop mostly adopts modular production， that is， mixed-line production of multiple models. Using this production mode， it is inevitable that the parts or assembly clamps and grippers of various models will collide with each other， causing the production to be unable to continue. This paper explores and discusses in detail the ideas and methods to solve this problem， which has been proved to be feasible in practice for many times. At the same time， the article will also introduce the auxiliary equipment and technology available at the present stage in this method， such as online measurement， CMM， laser tracker， etc.

Key words：welding fixture， modularization， three-coordinates measuring， online measurement

1 引言

本文主要探究和討論汽車模塊化生產平臺，焊裝車間發生夾具、抓手、零件或總成之間相互碰撞，造成生產長時間停臺，帶來較大的經濟損失，如何進行快速有效的生產恢復。該類問題在實際生產過程中時有發生，本文所提供的方法在實際中得到多次檢驗，具有一定的指導意義。在實際的探討過程中，我們以大眾的MQB生產平臺為例，進行詳細的問題識別、問題解決和驗證探究。

2 模塊化生產平臺簡介

2.1 大眾MQB平臺介紹

MQB平臺為橫置發動機模塊化平臺。平臺下各車型發動機模塊位置統一不變，其他如軸距、懸長、輪距、外部尺寸等可變;該平臺可衍生A0級（Polo）—B級（邁騰）多達60款不同的新車，在大眾、奧迪、斯柯達等品牌中得到極為廣泛的應用。[1]

2.2 焊裝車間生產情況介紹

在目前的大眾MQB平臺中，我們假設車型A和車型B在同一個焊裝車間進行混線生產，具體到某一個生產工位，其大致的混線生產情況如圖1所示。

也就是在一個具體的生產工位，車型A的零件會被首先放入到上件臺A中，然后抓手A再將上件臺A中的零件抓取，并放入到焊接臺中。焊接臺是將該工位放入的車型A的零件與上一個工位生產的車身總成進行焊接，使之成為一個新的總成。車型B的零件在該工位的生產過程與車型A相同，而不同車型在焊接臺之間的切換，主要是通過焊接臺的翻轉來實現，即焊接臺有兩個工作面，且焊接臺是可翻轉的。當需要生產車型A時，將焊接臺翻轉到車型A的工作面，當需要生產車型B時，再將焊接臺翻轉到車型B的工作面。

3 夾具碰撞問題識別和恢復

3.1 問題識別

在焊裝車間實際生產過程中，我們會遇到各種突發生產情況，其中較為常見的一種便是：如上圖2所示的焊接臺，由于機械故障或電氣故障，在生產車型B時，未能將焊接臺的工作面及時從A翻轉到B。而焊接臺車型A和車型B的工作面，包括抓手A和抓手B、零件A和零件B，在結構上往往差異較大，如果相互之間發生匹配錯位，例如上述描述的焊接臺的工作面未能及時發生翻轉，已經造成抓手B的夾具發生變形，且焊接臺車型A的工作面夾具也發生變形。我們以上述例子為案例，進行問題識別的講解。

我們首先需要做的，是判斷該工位還是否可以繼續生產，如可繼續生產，先生產1-3輛份零件，在最靠近該工位的總成下件口，將碰撞發生后生產的總成，在此下件口搬運出來。如不可繼續生產，馬上對夾具進行緊急恢復調整。一般是通過生產過程中檢測開關有無報錯，或生產過程中有無明顯的碰撞、干涉來初步判斷該工位是否可以繼續生產。

3.2 問題解決和驗證

我們以相對來說較為復雜的情況為例進行問題解決和驗證討論，即上述案例的碰撞發生后，抓手B以及焊接臺車型A的工作面都發生了較為嚴重的變形，該工位已經無法繼續生產。

3.2.1 問題初步解決和驗證

首先，恢復抓手B變形嚴重的夾具，優化抓手B的夾具或軌跡，使抓手B往焊接臺車型B的工作面上放件過程，無干涉發生。然后讓抓手B抓取上件臺B的零件，優化抓手B的軌跡或上件臺B的夾具，使抓手B的抓件過程與上件臺B的夾具、零件均無干涉。之所以要按照上述流程進行抓手B的恢復，主要是考慮以下幾點：

a）不變應萬變。由于只是抓手B的夾具遭到破壞，而上件臺B以及焊接臺車型B的工作面均沒有遭到破壞，所以應該用沒有遭到破壞的夾具為基準，去恢復遭到破壞的夾具;

b）提高恢復效率。優先恢復抓手B到焊接臺的放件過程，再去優化抓手B與放件臺B的抓件過程。一方面焊接臺是最重要的，只要滿足焊接臺無問題，整個車身的尺寸控制不會出問題;另一方面是減少可能的調整次數。先保證焊接臺，再去調整上件臺，最多只會調整一次，而先保證上件臺，再去調整焊接臺，可能需要經過多次的調整。所以，需要優先保證生產終點的夾具得到恢復。

然后，利用同樣的思路，再去恢復焊接臺車型A的工作面夾具。使焊接臺工作面A的夾具與抓手A在生產過程中無干涉現象發生。在夾具的調試過程中，我們需要注意以下內容。首先，調試過程中要以夾具的定位銷、定位面作為基準，夾具的基準不要輕易去調;其次，分析檢測點的測量數據要結合關聯點，不要只顧片面的局部點，這樣往往會引發新的問題，得不償失;最后，調整數據必須詳細記錄，以備后續查證和驗證。[2]

將遭到破壞的夾具都恢復之后，試生產一個新的車型A，在該工位之后工位最近的下件口，下一個最新生產的總成，利用鋼板尺或塞尺等測量工具與現場舊件進行對比測量，找到變化較大的位置，在焊接臺車型A的工作面進行針對性夾具調整。注意，車型B則不需要進行如上述步驟的試生產和夾具調試，因為車身B的焊接臺工作面夾具沒有問題，在該工位，只要保證焊接臺工作面夾具無問題，則該工位以及后續工位的生產都不會有問題。而我們已在之前的調試中，消除了抓手B的夾具遭到破壞產生的該工位生產不流暢問題，已經完全消除該工位車型B的生產問題。

3.2.2 問題最終解決和驗證

經過問題初步解決和驗證，基本上可以實現該工位以及后續工位的順暢生產，但是，該次抓手B與焊接臺工作面A的碰撞事故，并沒有完全消除。由于大眾集團對于焊裝白車身車身尺寸的要求非常高，局部或整體的尺寸超過一定范圍，就有可能在后續工位發生零件裝配困難或外觀尺寸匹配抱怨。在某些極重要的區域，甚至要求白車身的尺寸波動不能超過±0.3mm。

基于此，我們還需要額外借助其它設備和技術來進行問題精確解決和驗證。在當下的實際生產中，在線測量技術被廣泛運用。

現有的白車身在線測量系統，多采用機器人式系統，該系統將傳感器固定在機器人末端，構成一個可運動的檢測子系統，再由2～4個子系統構成在線測量系統，如下圖2所示。

機器人式系統柔性高、傳感器數量少。[3]一般是在焊裝車間每條大的生產線最后，會有一個單獨的在線測量工位，用于整條大的生產線所生產的車身總成的在線測量尺寸監控，生產的每臺車都會進行測量，考慮到生產節拍，主要是監控重要的尺寸。在目前已恢復正常生產的情況下，我們一般會先試生產3-5臺車，并運用在線測量工位，對進行過夾具調整的對應車身區域進行尺寸監控，如發現較明顯的尺寸突變，我們就會針對尺寸突變的區域，在發生碰撞的工位，進行進一步的夾具調整和優化，直到在線測量系統無尺寸變異。

截至目前，該次抓手B與焊接臺工作面A的碰撞事故，依然沒有完全消除。因為在線測量雖然較為便捷，可以在事故發生后馬上進行測量和驗證，但是在線測量本身的測量精度還不能達到要求，這個時候需要采用精度更高的離線三坐標測量系統，進行本次碰撞事故尺寸恢復效果的最終驗證。通常來說，三坐標的測量精度能夠實現20-150微米。如果使用超高精度的三坐標測量值，它的精度甚至低于一微米以下。[4]

在進行完在線測量驗證和調試后，將最新合成的總成送離線三坐標測量，進行最終驗證，根據三坐標測量結果，再看是否需要進一步尺寸優化、夾具調整。同時，在整個問題識別、問題解決和驗證過程中，如遇到重大的夾具碰撞事故，且碰撞面積較大，一般會使用激光跟蹤儀，對恢復前后的該碰撞夾具進行測量，以指導如何進行夾具恢復，和確認恢復完成的夾具狀態。

4 結束語

本文詳細描述了汽車模塊化生產平臺中，焊裝夾具發生相互碰撞，主要是抓手機器人與焊接臺夾具發生相互碰撞時，如何進行問題識別、問題解決和驗證。較為系統地闡釋整個工作流程和思路，采用該工作流程和思路，能夠快速有效地解決問題，大大降低生產成本和返修成本。

參考文獻：

[1]趙康波，姜永勝，張士金. 大眾MQB平臺底盤演變解析[J]. 汽車應用技術， 2020， 24： 240.

[2]年雪山，李占營. 淺談車身焊裝夾具調試[J]. 汽車工藝與材料， 2010， 3： 12.

[3]秦成輝. 基于激光在線測量的白車身尺寸控制應用[J]. 時代汽車， 2020， 12： 134-135.

[4]林梅，蔡林志. 三坐標測量技術在汽車行業的應用討論[J]. 時代汽車， 2020， 12： 27.