淺談汽車車身生產線一種自動上下料工藝規劃方案

摘 要：本文涉及汽車車身生產線自動上下料工藝規劃方案的技術領域，包括視覺引導物料規劃方案，庫位規劃方案，通用料車規劃方案，機器人抓手設計方案等。說明了自動上下料方案是實現自動化技術的其中一個重要的應用場景，可為企業提高生產效率，降低成本，提高工作安全性等方面帶來了很多好處。

關鍵詞：自動上下料 視覺引導 通用料車 工藝規劃 自動化技術 智能化物流 汽車車身

國內汽車行業發展迅速，市場競爭激烈，以及消費者對車型多樣的需求，對汽車主機廠提出了多車型，高節拍，高柔性和開發周期縮短的要求。因而要求不斷設計大量的新工裝滿足市場需求，致使工裝的設計，制造，管理和應用工作困難，公司生產線能力低效，新工裝成本大幅度增加，顯然工裝通用化工作，將有效改善工裝開發管理及開發成本。

1 自動上下料方案概述

自動上下料方案是指通過使用機器人等自動化設備，實現對生產線上原材料或成品的自動裝載和卸載，這種方案通常實現高效，準確和安全地進行物料的轉移和裝卸。該自動上下料工藝規劃方案主要由以下幾個關鍵方案整合而成：視覺引導方案，庫位方案，料車方案，抓手方案，降級方案。各方案高度集成實現無縫對接，確保生產流程的高效運行。具體見圖1，圖2。

1.1 自動上下料工藝規劃方案形式

根據不同零件尺寸及形態，大致分為A＼B＼C＼D＼E 5種形式。本文針對B種形式工況下的自動上下料方案進行設計探討。

1.2 容差分析

考慮自動上下料方案為高度集成系統方案，不同系統間存在著相互關聯和相互影響的關系，一個系統的變化會對其他系統產生影響，因此需要綜合考慮各系統的容差。系統容差主要考慮如下內容[1]：

①零件在料車中的定位精度需求；②料車制造的一致性精度需求；③料車與托盤定位精度需求；④托盤制造的一致性精度需求；⑤托盤與庫位定位精度需求；⑥視覺引導精度需求。

1.3 視覺引導方案

通過產品/物料上多個特征（≥4）的圖像匹配， 利用定位算法完成3D定位并完成自動上下料方案[2]。具體流程如下：

①機器人開始執行抓件指令；

②機器人帶抓手和傳感器運動至零件前約650mm處，此時激光測距儀實時感知物料與抓手的距離，并調整機器人運動速度；

③視覺系統控制傳感器對零件拍照；

④視覺系統利用3D引導算法計算零件在空間中的位置偏轉，并將修正值發送給機器人；

⑤機器人修正抓取位置，完成零件的自動抓取。

1.4 庫位方案

庫位通常由Z向支撐輪，Y向導向輪，X向氣缸限位構成。安裝落位時通過激光或三坐標保證調整Z向高度和Y向精度。當料車到位后傳感器發出信號，氣缸夾緊，機器人過來取件。

1.5 料車方案

為保證零件在料車中的定位，設計料車方案時考慮X/Y/Z向限位結構。考慮多車型共用的柔性化需求，均采用可調式設計方案，以滿足不同車型尺寸及造型需求，以提高柔性化，料車通用化需求，降低設備投入成本及運營管理成本等。對于各限位說明如下：①限位Z向和Y向限位結構：支撐零件Z向和Y向，根據零件不同尺寸大小在洞上方的左右兩個角落設計托管，托管上方設計仿形滑槽，分別控制車件的Z向和Y向。②限位X向結構：支撐車件X向，前后左右可調，根據不同車型設計插銷孔位，達到快速切換調整每個車型的位置，根據零件尺寸大小均勻分布。③限位Z向結構：支撐車件Z向，有效平衡整理掛件負載（高低可調，根據不同車型設計插銷孔位，達到快速切換調整每個車型的位置）[3]。

1.6 機器人抓手方案

為保證零件高精度抓取，設計機器人抓手時，通常設置兩個精度孔作為銷孔，四個吸盤吸附位置，同時設置四個加緊位做加緊。除此外，考慮沖壓單件疊放工況，特別設計分料機構，即機器人抓手在每次取件的時候使用分料機構將沖壓疊放板件分開，避免油污粘連堆料，一次取多個車件問題。見圖6。

機器人自動抓取主要流程如下：機器人抓手到位后，視覺相機捕捉到零件特征，定位銷伸出，吸盤工作吸附車件往外移動一定的距離，同時分料氣缸升起來，使原來貼在一起的車件分離，氣缸夾緊，抓手抓件離開料框。

1.7 降級方案

考慮自動上下料方案由于各種原因無法使用工況，預留采用人工上下料方案，確保工藝流程順利實現。可見圖2線體布置圖。

1.8 智能物料配送方案

采用AGV自動導引運輸車，即指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移栽功能的運輸車。在計算機監控下，按路徑規劃和作業要求，精確地行走并停靠到指定地點，完成一系列配送要求。同時通過與WMS、MES結合，AGV實現倉儲的自動化搬運管理，貨位柔性動態分配。揀選由“人到貨”變為“貨到人”提高工作效率，降低勞動強度。

2 關鍵技術特點

2.1 通用化料車

將車身車間采用高精度料車形式替換為優化沖壓車間普通料車形式實現料車通用化。同時，通過通用化最大限度地擴大料車使用范圍，可以有效減少相關部門即焊裝與沖壓在設計和制造，維護，管理等過程中的重復工作。降低成本，簡化管理，縮短周期等方面具有重要意義。

2.2 多車型柔性化料車

能夠根據不同車型進行快速調整料車，而無需進行大規模改造。這種靈活性能夠迅速適應市場需求的變化，及時調整生產計劃和產品組合。繼而提高生產效率，縮短生產周期，降低生產成本，有助于企業快速相應市場變化。

2.3 智能化物流

通過應用先進的信息管理，信息處理，信息采集和信息流程等技術，能夠更有效地整合物流資源，優化物流流程，從而降低物流成本，例如，可實現智能調度和智能配送，減少人工操作的錯誤和延誤，提高物流效率。這些降低了企業的物流成本，提高了企業的利潤。

2.4 高精度定位與抓取

通過視覺引導控制系統實現高精度的運動控制，同時設置分料機構使其能夠將疊放的零件分張，從而確保抓取的物品位置準確，姿態穩定，降低了不良率。

3 應用效益

（1）提升生產效率：通用化柔性化料車引入，減少重復工作，大幅縮短了生產周期，提高了生產效率。柔性化料車的引入，因靈活應市場需求及生產，提高了生產效率。

（2）保證產品質量：高精度抓取及定位確保了零件上下料的一致性和可靠性，繼而保證了產品質量穩定性。

（3）降低人力成本：自動化上下料與智能物流減少了人工操作，降低了勞動強度和人力成本。

（4）增強市場競爭力：高柔性，高效率的生產能力，使企業能夠快速響應市場變化，提高競爭力。

4 結束語

對于汽車主機廠，為適應不斷變化的市場需求及公司發展戰略調整，自動上下料應用因其高生產效率，降低成本，質量穩定，提高工作安全性等方面帶來了很多好處，將取得非常好的經濟效益和社會效益，具有良好的推廣應用前景。

參考文獻：

[1]子謙.尺寸鏈那些事兒[M].北京：機械工業出版社，2022.

[2]智通教育教材.ABB工業機器人視覺集成應用精析[M].北京：機械工業出版社，2021.

[3]聞邦椿.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2018.