淺談新車型導入柔性主線的邊界分析方法

董學羽　伍佳　鐘第軍

摘 要：本文介紹了柔性線組成和優勢，總結新車型導入工藝分析的重點與難點，并整理歸納了關鍵約束條件：白車身通過性、輸送定位可行性、夾具定位可行性、焊接通過性和可達性，即可快速判斷白車身導入可行性。

關鍵詞：車身線 車型導入 邊界分析 約束

1 前言

隨著人民生活水平的提高，消費者對汽車品質追求變高，加之近幾年汽車市場低迷，銷售業績跌落，產能過剩等問題影響的情況下，車企為謀求生存與發展更是推出智能駕駛，互聯網汽車，新能源汽車等一些列車型， 傳統單一車型大批量的制造模式已經不能滿足市場需求，汽車企業將車型快速迭代、品種多樣化、個性化、小批量混流生產作為重要細分及占領市場銷量的手段與方式，因此對于汽車的制造要求柔性程度更高。在汽車制造的四大工藝中，白車身的焊接車間標準化、柔性化、自動化程度最高，設備及工藝最為復雜，本文對約束車型導入柔性線因素進行整理，有利于為車型制造項目規劃提供依據及決策指導，為標準化柔性線建設與改造提供參考，下文將影響因素進行展開論述。

2 柔性線介紹

柔性焊裝線通常指能夠通過工裝夾具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[1]。一般柔性主線包括下車體總拼區域和總拼區域，涉及的設備可以分為共用基礎設備及車型專用設備。柔性主線具備以下優勢[2]：

1）車型導入速度快、成本低。在車型導入時，因為生產線柔性程度高，僅需要對部分設備及車型專屬夾具進行部分適應性改造，導入周期和改造成本大大降低;

2）設備利用率高。一款車型的壽命約為3-5年，而生產設備的壽命最高可達10年以上。柔性線在某個車型退市時，可以繼續生產其它車型，充分利用設備壽命，避免重復開發與投入;

3）市場響應快。車型導入后，能夠快速切換生產不同車型，通過調整排產計劃、平衡不同車型的產能及供應鏈物流配送，幫助企業迅速應對市場變化;

4）生產管理難度低。不同車型使用相似的生產工藝和設備，自動化程度高，降低生產管理、質量控制、生產線維護難度，提升人員熟練程度和產品質量。

3 白車身導入分析

新產品導入柔性線時，一般根據制造策略及產品3D數模，分析新導入車型與產線原有車型的外形差異、結構差異、定位差異和工藝差異，確定標準工藝流程清單，再進行工藝可行性分析和工裝可行性分析[3]。一般來說，工裝部分對項目成本和周期影響較大，容易會引起其它區域的關聯更改。一般基于改造量最小原則、同平臺共用策略、跨平臺少改動策略，減少工裝更改的工作量，以及由于工裝變更引起的工藝、尺寸調試和驗證工作，從而減少車型導入的成本和周期。

4 分析方法

公司目前擁有多條柔性主線，通過梳理以往線體開發、車型導入及調試經驗，總結出以下3類6個關鍵維度的約束條件：

1）白車身通過性：車身上下線口安全通過尺寸、白車身工位間輸送;

2）工作位與夾具定位可行性：下車體定位策略、上車體夾具定位可行性;

3）機器人焊接可行性：焊鉗通過性、機器人可達性。

4.1 白車身通過性校核

白車身的通過性校核，指的是在車型導入前，通過校核白車身參數與車身線參數等內容，判斷白車身從車身線首工位流轉至末工位的可行性。

1）白車身上下線及工位間安全輸送尺寸校核

因白車身總拼焊接后的輪廓尺寸最大，因此在導入主線分析中，需要對比白車身的長寬尺寸與下線口的大小，確保白車身單側外輪廓點與下線口內邊界距離大于等于50mm以上。

同時，車身超出滑撬后，要對車身前（后）端點與工位間的安全光柵空間距離進行確認，避免車身對安全光柵信號產生干涉觸發，對生產節奏及人機安全產生影響。

2）白車身工位間輸送通過性校核

按照主線零件的上件均在線體兩側的特點以及線旁設備大部分在線體輸送方向的兩側布置特點，重點關注總拼定位工位（如圖1）、零件抓手上件定位工位（如圖2），滿足車身寬度與線旁設備的Y向距離尺寸，需要滿足安全閾值（白車身單側外輪廓點與掃略點的邊界距離大于等于25mm以上）即可。

4.2 工作位與夾具定位可行性

工作位，即車身在隨行夾具上及車身相對于關鍵總拼主夾具的位置。即分析總拼主夾具工位的約束條件，初步確定工作位，再對其他工位的約束條件進行校核。

1）下車體的定位策略

主線使用高速滾床進行工位間輸送，使用隨行夾具對白車身進行定位，具有柔性化高和輸送效率高的優勢[4]。一般隨行夾具在車身X向布置有4組定位模塊，可以通過各個模塊的狀態變化或者整體切換，實現多車型的柔性生產。

導入車型與該產線量產車型同平臺時，下車體完全共用或者結構差異較小，可以實現下車體的定位點1至4共用（如圖3），那么車身在主線中的位置已經確定，僅需重點對車身的寬度（本文3.1章節已介紹）、高度進行校核。

導入車型與該產線量產車型屬于不同平臺時，如果導入車型還處于產品設計階段，則對產品結構提出制造要求，在下車體上開出兼容性共用定位孔，以便共用隨行夾具定位單元。如果導入車型是已有產品，則以改造量最小為原則，對隨行夾具進行兼容性改造。

2）上車體夾具定位可行性

主線總拼工位是最關鍵的考慮因素，在車身的長度方向即X方向，需要校核車身尾部與總拼主夾具立柱之間空間，以確保焊接后端板的機器人焊鉗通道且后部夾具有充足的布置空間如圖4，滿足焊點可達性情況下的姿態與安全空間。

車身高度涉及對總拼定位夾具的空間干涉、以及夾具布置空間可行性。一般對于圖示5箭頭區域檢查高度垂直距離不能低于50mm，以免預裝尺寸超差、主夾具進入白車身過程中發生刮擦干涉。同時，夾具橫梁框架上有定位夾具，占用Z向的安裝空間約80mm左右，因此車頂部距離上部的空間垂直距離尺寸也不能低于100mm。

4.3 焊接通過性和可達性校核

1）焊接通過性

焊接通過性，是指在焊鉗進出路徑和焊接位置上，工裝等設備與車身之間有足夠的空間，供焊鉗無干涉地通過。前期方案評估時，需要重點檢查下車體補焊焊鉗的通過性。因為主線上還有大量的下車體補焊、以及側圍裙邊位置的焊點，需要焊鉗從車身與輸送定位工裝之間經過。

一般下車體區域尺寸最大的焊鉗是焊接中央通道的焊鉗，從輸送定位工裝與車身之間通過時的尺寸關系如圖6所示。大梁底部與輸送定位工裝基礎的距離L應該大于焊鉗尺寸H，而且上下都要預留安全距離，避免進出過程中焊鉗與車身碰撞，即L=H+2S。

2）焊接可達性

確定車身在輸送設備上的位置時，車身位置高度方向的下限，需要確保焊接下車體時的焊鉗通過性。同時，車身位置高度方向的上限受到機器人可達性的限制。

機器人的焊接可達性，即機器人通過不同關節的協同工作，使得焊鉗達到特定的焊接位置和焊接姿態的能力。超出機器人可達范圍的焊點無法焊接，一般要求機器人預留5%-10%的行程余量。頂蓋區域焊點位置在白車身頂部，焊接頂蓋橫梁時使用C槍從上部進槍，對機器人的高度非常敏感。如圖7所示焊接姿態，機器人在Z向的行程余量較小，車身位置再提高就可能無法焊接，需要對此區域進行重點校核。

5 結論

本文首先介紹了柔性線的組成和優勢，并介紹了車型導入時的邊界分析方法。生產線的升降機工位、主夾具工位和有線旁定位工裝的工位，需要滿足白車身無干涉通過的要求。輸送定位確定的車身位置，需要滿足主夾具工位的工裝布置需求，以及焊接前地板、后端板區域的焊鉗通過性，以及焊接頂蓋前橫梁區域的機器人可達性。同時，還需要考慮留出的空間是否滿足輸送定位單元的設計需求。綜合以上的邊界分析方法，能對車型導入的可行性進行快速準確地評估。

參考文獻：

[1] 謝寧，覃鑫.多品種柔性焊裝線工藝規劃研究[J].裝備制造技術，2016，7：128-130.

[2]劉增昌.車身標準化柔性生產線的探討[J]. 汽車工藝師，2015，6：26-31.

[3]唐文燦，陶杰，陳強. 新車型導入柔性主線的分析研究[J].焊接技術，2020，4：66-68.

[4]張濤，馮志鵬.一種柔性車型工裝臺車在白車身焊裝主線上的應用[J].制造與工藝，2021，10：127-129.