車門焊裝多車型混線生產抓手共用方案淺析

摘 要：在工業4.0大環境下，焊裝生產線相較于以往發生了較大的變革，自動化程度大幅提升，并且生產線需要具備較高的靈活度，需要根據市場的需求快速調整生產車型，因此當前以多車型混合自動化生產線為主，本文主要淺析車門焊裝生產線中的抓手共用方案，主要在產品設計，抓手設計兩個維度進行分析。

關鍵詞：產品設計 抓手設計

在汽車行業高速發展的今天，消費者對于汽車的個性化需求也在不斷地增加，因此汽車更新迭代的速度愈加迅速，汽車制造端面臨的挑戰是：要在有限的空間、時間和最優的改造代價下，實現新車型的敏捷性投產，來快速響應以及匹配市場需求，而焊裝生產線柔性化生產是一個較為復雜且龐大的課題，本文以焊裝四門自動生產線為例，探討四門搬運抓手如何實現全柔性化。

1 當前現狀

車門是一款汽車外觀造型的重要表現途徑，因此車門除不同產品本身存在的較大結構差異外，從單一產品更新迭代的特性來說，四門兩蓋也同樣是改款車的主要變化區域。

以XX基地需實現六車型混線生產，車門區域自動化線，采用人工上件、機器人焊接、機器人搬運中轉的規劃方案為例，在通常情況下，車門單套抓手可以做到兩個不同車型的共用，但因產品及工裝開發針對首車單一開發，導致第二款車型投入時，需對第一款車型抓手進行變動量較大的改造，出于對改造周期和改造量的考慮，有時甚至需要新制共用抓手來替換老車型抓手，工裝開發成本較大。

基于以上情況，為解決當前面臨的車門抓手改造頻繁、改造量大的現狀，我們希望實現的目標形式為：一套抓手在初始車型設計時就能夠兼容后續所有的車型的抓放，焊接，涂膠等工藝，后續車型直接導入，無需機械改造，大大節約成本及改造周期，示例如圖1所示。

2 解決方案

2.1 約束產品設計

若要實現一套抓手在初始階段就可兼容匹配所有車型，我們需要對產品做一定約束，來確保各車型之間具有一定的關聯性。

例如：針對前后門的零件特征規律以及對方案實現的可行性分析發現，在車門內板的產品上體現三個抓手孔，同時限制這三個抓手孔的大小，相對位置，以及三個孔Y向需要在同一平面上，在具有一定可行性的同時，又能將各不同車型之間相互關聯起來，示意如下圖：

具體要求如下：

（1）圖示1/2/3標識為三組抓手，三組抓手孔的直徑統一定義為20.2mm，三個抓手孔為凸臺孔，所在的凸臺面需在同一平面，且凸臺直徑最小30mm；（2）前門抓手孔1靠近A柱，抓手孔2 靠近門檻位置，抓手孔3靠近B柱，布局需相對固化；（3）車門零件重心需在三個抓手孔連線中間，以防止零件抓取偏心；（4）確保2/3兩組抓手孔之間間距490mm固定，且正面抓取時，抓手孔不會被遮擋，若無法滿足490mm固定間距，可沿抓手氣缸本體的短邊或長邊方向進行移動，抓手孔2兩個方向可以滑移，抓手孔3位置固定；（5）鎖定抓手孔2/3的位置后，再找抓手孔1的位置，抓手孔1與抓手孔2/3相對位置盡量保證490mm不變，若無法滿足，可沿抓手氣缸本體的短邊或長邊方向進行移動，兩個方向可以滑移；（6）抓手孔1 的移動范圍為：Z向±200mm，X向±100mm；（基準為參考值）；（7）抓手孔2的移動范圍為：Z向±100mm，X向±200mm；（基準為參考值）。

2.2 柔性抓手設計

在約束了產品的同時，制造端對于抓手的設計也需要進行如下約束。

（1）抓手形式：采用三組勾銷缸+NC滑軌的形式；（2）抓手孔1/2/3分別對應勾銷缸1/2/3；（3）勾銷缸體擺放方向為相互平行，缸體以及連接件與周邊零件安全距離10mm以上；（4）勾銷的方向約束：勾銷缸1–X向，勾銷缸2+X向，勾銷缸3+X向（如紅色箭頭指向）；（5）勾銷缸3為固定勾銷，勾銷缸1/2為X/Z兩向可調；具體示意圖如下：

3 注意事項

3.1 產品設計

由于產品造型的差異，經過多車型對比發現，三組抓手孔在產品設計過程中，通常會遇到的問題大致有如下幾點。

（1）抓手孔1/2/3的Y向由于內板造型落差較大，其所在的凸臺面無法在正Y向成同一平面，針對此問題的應對方案如下：若三組抓手孔凸臺面正Y向無法保證在同一平面，可將抓手孔的凸臺面進行角度調整，使得三個抓手孔的凸臺面在同一平面。當不同車型需要共用時，抓手可通過機器人姿態，來調整方向，以不同角度和姿態來進行抓取，如下圖。

（2）四門內板有密封需求，因此在車門內板鈑金上體現三組抓手孔，需要額外增加貼片，而貼片會造成產品的單車成本增加，針對此問題的應對方案如下：將四門抓手孔的位置調整至防水膜覆蓋范圍內，從而實現不額外增加貼片。

（3）當抓手正面抓取車門內板總成時，車門內板布置的加強板會與抓手產生干涉，針對此問題的應對方案如下：在產品約束中，將兩組孔位設定為在一定范圍內可調，從而避讓車門內板防撞梁結構，與此同時在抓手勾銷上使用“長脖子”的特殊氣缸，避讓缸體與零件的干涉，特殊氣缸形式如下圖所示。

3.2 抓手設計

由于抓手需要多車型共用并且為后續車型做好預留，因此抓手在前期設計過程中需要將各項因素考慮周全，以避免后續車型導入過程中產生改造費用，如：與零件的安全距離余量；抓手與周邊設備的交互安全余量；機器人的可達性以及負載余量等。

3.2.1 與零件的安全距離

抓手本體結構邊界與零件的安全距離余量至少滿足10mm以上，如下圖：

3.2.2 與周邊設備的交互安全余量

抓手是需要與周邊的設備進行交互的，因此在抓手與中轉臺交互時，需要考慮后續車型會由于三個孔位置不同，而導致抓手抓放零件時，機器人需要旋轉角度，因此在第一款車型模擬時，需要將極限位置角度在仿真環境中進行考慮，并做好充分預留，以避免以下情況發生，如下圖：

3.2.3 機器人的可達性以及負載余量

在第一款車型進行機器人姿態仿真時，需要對機器人抓放件極限位置需進行校核，并預留余量，以免在后續車型導入時，由于抓手抓放零件的角度發生變化，導致機器人位置不可達，如下圖：

4 收益情況

按照當前主流規劃的6車型共線，節拍為60JPH的車門自動化線體來預估，車門區域總計使用的搬運抓手數量約40套，其中可實現三組勾銷方案的抓手約為32套，后續導入5車型共計160套抓手+換槍盤+停靠站，預計3200萬元；提高了設備利用率，降低了生產成本，節約了抓手放置的場地，為后續車型導入提供了更多的可能性；減少了后續車型投入時的設備改造量，在降低成本的同時也減少了調試周期，能快速的響應市場變化，加速產品推向市場。

5 結語

綜上所述，車門多車型混線生產抓手共用方案，是應對當前汽車更新迭代迅速，多車型混線生產需求的有效策略。

這一方案的成功實施不僅可以為焊裝車門生產線的柔性化方案提供優化示例，也為汽車制造系統的柔性化提供了思路和借鑒，后續可拓展至如：機艙，前地板，后地板，側圍等其他區域。

通過統一化的產品設計約束、抓手兼容產品帶寬的設計，關鍵技術的探討以及潛在問題的分析及規避，在產品及工裝開發過程中制定切實有效的控制方案，我們能夠在保證生產質量的前提下，提高生產效率，降低設備成本，降低改造周期，加速產品投放市場，也增強了生產線對不同產品的適應性，為后續擴容超6車型生產基地打下堅實基礎。