車身地板線線尾區(qū)域工藝內(nèi)容總結(jié)及方案分析

摘要：整理了北京奔馳近年來白車身地板線線尾工藝內(nèi)容組成，單一車型或多車型生產(chǎn)線工藝布局方案，總結(jié)歸納生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計過程中需要考慮的工藝內(nèi)容和步驟，通過對比工藝布局方案，提出優(yōu)化工藝布局思路，為后續(xù)車型生產(chǎn)線規(guī)劃提供新的建議和思路。

關(guān)鍵詞：車身地板線；工藝方案；產(chǎn)線布局；白車身

近幾年隨著一體化壓鑄技術(shù)和CTB電池車身一體化技術(shù)發(fā)展，汽車白車身零件得以大量減少，白車身工藝連接點(diǎn)數(shù)量也大幅降低。為了不斷降低生產(chǎn)線成本投入，縮短生產(chǎn)線建設(shè)周期，總結(jié)了白車身地板線線尾區(qū)域工藝內(nèi)容的組成部分，分析各個工藝內(nèi)容的適用條件，建立模塊化的生產(chǎn)線布局方案，不斷改進(jìn)工藝過程，提升工藝布局方案的精益性，希望通過不斷的調(diào)整和持續(xù)優(yōu)化，設(shè)計出更加柔性和高效的生產(chǎn)線工藝布局方案。

車身地板線尾區(qū)域工藝內(nèi)容組成

裝焊車間車身地板總成零件通常由車身前端總成、中地板總成和車身后端總成三個零件進(jìn)行拼合而成，拼合后的車身地板零件再進(jìn)行后續(xù)工藝步驟，這些步驟的工藝區(qū)域我們統(tǒng)稱為車身地板線線尾區(qū)域，主要包括螺柱焊接工位、車身零件緩存單元、車身尺寸自動測量工位、生產(chǎn)線返修工位、車身導(dǎo)出工位、生產(chǎn)線體內(nèi)和線體間輸送系統(tǒng)，以下是對這些內(nèi)容的具體介紹。

1）螺柱焊接工位是生產(chǎn)線內(nèi)負(fù)責(zé)螺柱焊接工藝的區(qū)域，這些焊接完成的螺柱主要用于汽車內(nèi)的總裝零件或線束的固定，以車身地板線為例，螺柱類型通常為鋼螺柱或鋁螺柱，螺柱型號和種類繁多，一個車身地板總成零件上通常不少于300個螺柱焊釘。為了提高這些螺柱焊接工位工作效率及生產(chǎn)線多車型柔性化需求，通常可以采用雙節(jié)拍螺柱焊接工藝方案，即由七軸機(jī)器人作為車身零件搬運(yùn)載體，將螺柱焊接工位均勻的布置在七軸機(jī)器人左右兩側(cè)，左右兩側(cè)的螺柱焊接工位工藝內(nèi)容相同，這種方案能夠提高螺柱焊接設(shè)備的使用效率，減少設(shè)備數(shù)量投入，同時降低螺柱焊接工藝占地面積，此方案在節(jié)拍時間內(nèi)可以完成更多的焊接工藝內(nèi)容，降低了生產(chǎn)線由于節(jié)拍時間短而購置大量設(shè)備和土地面積浪費(fèi)的情況，進(jìn)而降低了生產(chǎn)線投資成本。

2）車身零件緩存單元。由于生產(chǎn)線產(chǎn)能高，生產(chǎn)車型較多，生產(chǎn)線內(nèi)的自動化設(shè)備就會相應(yīng)增加，為了降低因各種設(shè)備停機(jī)引發(fā)的工藝區(qū)域生產(chǎn)停止，導(dǎo)致生產(chǎn)線產(chǎn)能降低，可以在生產(chǎn)線中建立車身零件緩存單元，緩存單元數(shù)量的多少以及單個緩存單元可承載的零件數(shù)量，需要根據(jù)生產(chǎn)線的物料仿真進(jìn)行計算，再應(yīng)用電氣控制及PLC區(qū)域規(guī)劃方案，保證生產(chǎn)線中各車型產(chǎn)能輸出的穩(wěn)定性。

3）車身尺寸自動測量工位通常包含測量機(jī)器人、零件定位工裝、光學(xué)傳感器、溫度反饋配件、測量系統(tǒng)控制柜及相關(guān)配套設(shè)備等，通過測量車身總成零件關(guān)鍵零部件的關(guān)鍵尺寸，以確保車身重復(fù)制造精度，此項(xiàng)自動檢測技術(shù)同樣可以測量螺柱的位置精度。通過廣泛應(yīng)用車身尺寸自動測量技術(shù)，可以快速識別車身尺寸狀態(tài)，快速定位缺陷產(chǎn)品和發(fā)生偏差的工藝過程，此工位的檢測內(nèi)容及時間長短對生產(chǎn)線節(jié)拍影響較大，在生產(chǎn)線工藝方案設(shè)計過程中，需要考慮將此工位放置在生產(chǎn)線中或獨(dú)立于生產(chǎn)線邊不影響生產(chǎn)線整體產(chǎn)能輸出。

4）生產(chǎn)線返修工位可以分成生產(chǎn)線在線返修工位或離線返修工位。車身總成零件經(jīng)過各種焊接工藝或車身尺寸自動測量后，如果車身零件存在焊接質(zhì)量報警或尺寸偏移等情況，需要人工進(jìn)行查看及確認(rèn)狀態(tài)。在線返修工位可以讓工人快速到達(dá)車身零件邊查看問題狀態(tài)，完成確認(rèn)的車身零件可以快速返回正產(chǎn)生產(chǎn)過程，不影響生產(chǎn)線產(chǎn)能輸出。離線返修工位是將車身總成零件通過導(dǎo)出工位轉(zhuǎn)運(yùn)出生產(chǎn)線，進(jìn)行車身質(zhì)量的離線返修。

5）車身導(dǎo)出工位除了用于車身零件的離線返修工藝，還可以將正常質(zhì)量狀態(tài)的車身零件導(dǎo)出生產(chǎn)線，進(jìn)行零件的質(zhì)量環(huán)檢查，三坐標(biāo)檢測或破壞性剔試試驗(yàn)。

6）生產(chǎn)線體內(nèi)輸送系統(tǒng)和線體間輸送系統(tǒng)是連接白車身焊接工藝各個工位之間的橋梁，較為廣泛使用的有機(jī)器人搬運(yùn)，往復(fù)桿輸送鏈，升降滾床+滑橇+下部夾具，固定滾床+高精度定位臺車，積放式輸送鏈及自動導(dǎo)引小車等形式。根據(jù)車型產(chǎn)能節(jié)拍設(shè)計，占地面積以及成本投入等因素對生產(chǎn)線輸送系統(tǒng)進(jìn)行選擇。近幾年在北京奔馳主要采用機(jī)器人搬運(yùn)，以及固定滾床+高精度定位臺車的形式，機(jī)器人搬運(yùn)用于分總成零件焊接區(qū)域，車身地板線焊接區(qū)域。在車身地板線尾區(qū)域，將車身地板總成零件放置在固定滾床滑橇上，由提升機(jī)輸送到后續(xù)工藝區(qū)域。

固定滾床+高精度定位臺車的輸送形式也屬于滾床+滑橇輸送形式的一種，通過高精度定位臺車定位車身零件的位置，再由高速滾床運(yùn)輸并定位高精度定位臺車，因此車身零件焊接作業(yè)時無須升降。高精度定位臺車可以實(shí)現(xiàn)定位單元的切換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多車型共線生產(chǎn)，這套輸送系統(tǒng)具有定位精度高、效率快及切換簡單等優(yōu)點(diǎn)。同時為了保證高精度定位臺車上各個支撐銷或限位塊的精度，需要在生產(chǎn)線中規(guī)劃一個高精度臺車檢測工位，通過機(jī)器人持光學(xué)傳感器對高精度定位臺車的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行自動測量并進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，確保車身生產(chǎn)過程中質(zhì)量的穩(wěn)定性。另外高精度定位臺車如果尺寸檢測不合格，需要及時從生產(chǎn)線中導(dǎo)出，由工人進(jìn)行確認(rèn)及返修。高速滾床及高精度定位臺車的樣例，如圖1所示。

車身地板線尾工藝布局方案分析

車身地板線尾區(qū)域的工藝布局在實(shí)際規(guī)劃過程中，可以根據(jù)生產(chǎn)線產(chǎn)能、車型種類以及設(shè)備兼容性等進(jìn)行實(shí)際分析考量，如圖2所示，該工藝方案為單一車型生產(chǎn)線，車身地板零件完成雙節(jié)拍螺柱焊接工藝內(nèi)容，由七軸機(jī)器人1將焊接完成后的零件存放在緩存單元或中轉(zhuǎn)臺上，再由七軸機(jī)器人2轉(zhuǎn)運(yùn)車身零件到白車身在線檢測工位進(jìn)行檢測（中轉(zhuǎn)臺和七軸機(jī)器人2之間的內(nèi)容為產(chǎn)品變更增加的焊接工位，不在此次布局討論范圍），檢測完成后的車身零件如需要進(jìn)行質(zhì)量返修則由七軸機(jī)器人3轉(zhuǎn)運(yùn)至返修工位或放置在緩存單元。質(zhì)量確認(rèn)合格的車身零件由七軸機(jī)器人3轉(zhuǎn)運(yùn)到工位3上，準(zhǔn)備將車身零件與高精度定位臺車進(jìn)行拼合。在拼合前，提升機(jī)1將空載的高精度定位臺車從二層輸送線上轉(zhuǎn)運(yùn)到地面高速滾床輸送線上，即圖中工位1至工位4的滾床輸送線，其中工位1為空載的臺車到達(dá)位置，工位2是高精度臺車在線檢測工位，工位3是高精度臺車和車身零件的拼合工位，拼合后的零件和臺車由提升機(jī)2轉(zhuǎn)運(yùn)至二層輸送平臺進(jìn)行后續(xù)工藝內(nèi)容。如果工位2的高精度臺車尺寸檢測不合格，則可以通過控制程序?qū)⑴_車輸送至工位4進(jìn)行臺車導(dǎo)出功能進(jìn)行臺車的返修及確認(rèn)，返修完成后再由工位4將臺車重新導(dǎo)入到輸送線中。

可以發(fā)現(xiàn)，單一車型車身地板線線尾工藝布局簡單，工藝步驟合理，通過生產(chǎn)線中的車身在線檢測工位進(jìn)行白車身質(zhì)量檢測及控制，通過七軸機(jī)器人進(jìn)行車身零件的轉(zhuǎn)運(yùn)，應(yīng)用兩個提升機(jī)完成車身零件和空載臺車的拼合并進(jìn)行后續(xù)工藝步驟的輸送。

近年來，裝焊車間生產(chǎn)線柔性化程度要求越來越高，生產(chǎn)線上會存在很多尺寸及樣式不一的車身零件，這些車身零件需要七軸機(jī)器人在搬運(yùn)零件過程中使用不同的搬運(yùn)抓手，需要高精度定位臺車根據(jù)不同車型切換定位單元的位置以適應(yīng)車身定位，以北京奔馳某車間為例，該車間共生產(chǎn)三種車型，生產(chǎn)線節(jié)拍時間短，車身尺寸及零件定位信息不一致，生產(chǎn)線區(qū)域布局緊湊，為了保證生產(chǎn)穩(wěn)定性，進(jìn)行如下布局方案規(guī)劃。

如圖3所示，該工藝布局方案首先完成雙節(jié)拍螺柱焊接工藝內(nèi)容，七軸機(jī)器人1通過抓手切換，將對應(yīng)的車身總成零件存放到緩存單元上，七軸機(jī)器人2將緩存單元上的總成零件轉(zhuǎn)運(yùn)到白車身在線測量工位。該測量工位完全獨(dú)立于生產(chǎn)線內(nèi)輸送線路之外，可以自定義檢測內(nèi)容和檢測頻率，方便產(chǎn)品質(zhì)量追蹤，如果車身零件由于質(zhì)量問題導(dǎo)出，七軸機(jī)器人2可以將零件放置到導(dǎo)出工位上。七軸機(jī)器人3通過抓手切換，負(fù)責(zé)車身總成零件的后續(xù)工藝，如在線返修工位，或搬運(yùn)車身零件與高精度定位臺車相互拼合。對于線尾的滾床輸送線工藝，提升機(jī)1負(fù)責(zé)將空載的高精度定位臺車從二層輸送線轉(zhuǎn)運(yùn)到地面滾床輸送線工位1上，工位2負(fù)責(zé)高精度定位臺車的車型切換功能，切換完成后的高精度定位臺車由高速滾床輸送到工位3，完成車身總成零件和高精度定位臺車的拼合工藝。

圖3所示的工藝方案可實(shí)現(xiàn)多車型柔性生產(chǎn)，工藝過程清晰，但是受限于產(chǎn)品設(shè)計及現(xiàn)場區(qū)域面積影響，該布局方案內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)高精度定位臺車的在線檢測功能，因此在提升機(jī)1將空載臺車導(dǎo)入到生產(chǎn)線前，需要在其他工藝區(qū)域完成臺車的在線檢測及必要的返修工作。在后續(xù)車型生產(chǎn)線規(guī)劃過程中，出于節(jié)約成本及精益規(guī)劃的考慮，希望對圖3的工藝方案進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，將提升機(jī)數(shù)量從2個減少至1個，增加高精度定位臺車的在線檢測及導(dǎo)出返修功能以節(jié)約工藝區(qū)域面積，這就要求提升機(jī)能夠具有承接空載臺車和滿載臺車的傳輸功能，圍繞這個提升機(jī)需要建立一個由高速滾床及高精度定位臺車組成的輸送環(huán)路，在這個環(huán)路上實(shí)現(xiàn)臺車在線檢測功能，增加臺車導(dǎo)入導(dǎo)出生產(chǎn)線的功能。

優(yōu)化后的工藝布局方案如圖4所示，提升機(jī)在工位1將臺車導(dǎo)入到環(huán)形輸送系統(tǒng)內(nèi)，在工位2進(jìn)行臺車在線檢測功能，檢測合格的臺車在工位3通過橫移機(jī)輸送到工位5-6工位，在工位7完成零件與臺車的拼合步驟，臺車承載著零件經(jīng)過工位8-9輸送返回到工位1，由提升機(jī)將臺車和零件同時提升至二層輸送平臺輸送系統(tǒng)內(nèi)，進(jìn)行后續(xù)工藝步驟。如果高精度臺車在工位2內(nèi)尺寸檢測不合格，可以通過工位4使用承載小車將臺車導(dǎo)出，進(jìn)行返修及人工確認(rèn)，再通過工位5將高精度臺車返回生產(chǎn)線。需要注意的是離開生產(chǎn)線的高精度定位臺車再次返回生產(chǎn)線時，需要再次輸送至尺寸在線檢測工位2，確保臺車尺寸精度符合要求。

以上三個工藝布局方案適用于使用機(jī)器人搬運(yùn)及高速滾床+高精度定位臺車相結(jié)合的車身地板生產(chǎn)線，三個布局方案各有特點(diǎn)。圖2的單一車型生產(chǎn)線工藝方案布局簡單，整個區(qū)域工作效率高，生產(chǎn)線輸出能力強(qiáng)。圖3的多車型生產(chǎn)線方案，適用于空間區(qū)域窄長的生產(chǎn)現(xiàn)場，通過雙緩存單元，雙提升機(jī)輸送方案，可以快速完成多車型柔性化生產(chǎn)，布局合理，不足的是需要將高精度臺車的檢測工位放置到其他工藝區(qū)域。圖4工藝方案是對生產(chǎn)線線尾區(qū)域的進(jìn)一步優(yōu)化，適用于一個提升機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)線內(nèi)及線間輸送的情況，該方案通過增加高速滾床和橫移機(jī)建立環(huán)形輸送路線，為高精度臺車的在線檢測工位設(shè)置和導(dǎo)入導(dǎo)出功能提供了便利條件。

結(jié)語

在本篇論文中，深入探討了白車身地板線線尾區(qū)域工藝方案內(nèi)容，通過對比單一車型或多車型生產(chǎn)線的工藝方案，提出工藝方案適用范圍，總結(jié)了各個方案的設(shè)計思路和改進(jìn)措施。未來，我們將繼續(xù)探索更多的技術(shù)方案創(chuàng)新思路，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)工藝，推動行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。

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