【摘 要】汽車乘用車、面包車等類廂式車生產(chǎn)企業(yè)對于側(cè)圍的下線裝框，尚有采用比較原始的雙人手抬人工裝框方式進行下線裝框；也有采用懸臂機械手助力方式進行下線裝框，這2種裝框方式都存在勞動效率低和勞動強度大、人機工程傷害概率高等嚴(yán)重影響員工職業(yè)安全與健康的因素，同時還存在容易碰傷、碰凹零件等影響汽車白車身質(zhì)量水平的質(zhì)量缺陷。全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)就是專門為解決上述問題而研制的。文章主要論述了自動化程度高的汽車全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的設(shè)計與流程結(jié)構(gòu)體系，并研究了其現(xiàn)實應(yīng)用效果及效益等。

【關(guān)鍵詞】汽車側(cè)圍；自動下線系統(tǒng)；質(zhì)量；汽車；自動化

【中圖分類號】U468.22 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）07-0029-05

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進步與發(fā)展和社會的不斷進步，自動化設(shè)備、裝備已經(jīng)越來越多地替代一些現(xiàn)代企業(yè)中原始、笨拙的老式機械設(shè)備、裝備，特別是對于一些比較笨重的零部件的裝卸、加工、生產(chǎn)，在多數(shù)中、大型現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)車間，已經(jīng)少見有原始的人力手抬、肩扛操作現(xiàn)象。畢竟，靠原始的人力手抬、肩扛操作，不僅勞動強度大，而且勞動效率低，這不僅不符合現(xiàn)代企業(yè)強調(diào)人性化的人機工程要求，也不符合現(xiàn)代企業(yè)高速度、高科技、高效率的企業(yè)快速發(fā)展的需要。而且，人力手抬、肩扛的操作現(xiàn)象比較容易造成笨重的零部件跌落劃傷、砸傷操作工的安全事故；也容易造成零部件的凹凸、劃傷缺陷，既存在嚴(yán)重的安全隱患，又不利于現(xiàn)代企業(yè)高效益、高質(zhì)量的企業(yè)市場競爭需求。但是，這也并不表明人力手抬、肩扛搬運、裝卸笨重零部件的現(xiàn)象已經(jīng)在現(xiàn)代企業(yè)中滅跡。相反，在很多企業(yè)還是不乏人力手抬、肩扛搬運、裝卸笨重零部件的現(xiàn)象。

比如目前，汽車乘用車、面包車等類廂式車生產(chǎn)企業(yè)對于側(cè)圍焊合總成（統(tǒng)稱側(cè)圍）的下線裝框，就有采用比較原始的雙人手抬人工裝框方式進行下線裝框，也有采用懸臂機械手助力方式進行下線裝框。側(cè)圍是一個重量約100 kg的零部件，以上2種裝框方式存在勞動效率低和勞動強度大、人機工程傷害概率高等嚴(yán)重影響員工職業(yè)安全健康的因素，同時還存在容易碰傷、碰凹零件等影響汽車白車身質(zhì)量水平的質(zhì)量缺陷。上汽通用五菱汽車股份有限公司的全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)就是專門為解決這個問題而研制的。

1 現(xiàn)狀與開發(fā)思路

汽車側(cè)圍在汽車制造過程中的白車身拼裝階段是一個由多個零件組成的汽車部件，一般又稱為側(cè)圍總成、側(cè)圍焊接總成等，重量約100 kg，生產(chǎn)過程中通常需要2位成年人才能正常搬抬移動。下面為了方便論述，我們將其統(tǒng)一稱為汽車側(cè)圍或側(cè)圍。

目前，很多汽車生產(chǎn)企業(yè)采用的汽車側(cè)圍的下線方式主要有人力手抬、懸臂式簡易機械手助抬、懸吊式簡易機械助抬3種。

1.1 人力手抬

人力手抬的下線方式，就是在汽車側(cè)圍全部拼裝焊接完成后，由2名操作工直接用手將汽車側(cè)圍從拼臺上搬抬到汽車側(cè)圍的料架上。這是目前該企業(yè)最常用也是最原始、簡單的一種下線方式，其特點是不用花費設(shè)備投資資金、見效快、方便快捷；但是也存在勞動強度大、生產(chǎn)成本高、容易造成碰凹零件等缺陷，且這種方式不符合現(xiàn)代企業(yè)人機工程要求，存在嚴(yán)重的安全隱患（比如零件滑落容易劃傷、砸傷操作工的手腳和身體）。

1.2 懸臂式簡易機械手助抬

懸臂式簡易機械手助抬方式，就是利用懸臂式簡易機械手助抬的方式將汽車側(cè)圍從拼臺上搬運到汽車側(cè)圍的料架上。這是原始操作向機械操作發(fā)展的第一個階段。懸臂式簡易機械手助抬方式，一般一個人就可以執(zhí)行將汽車側(cè)圍從拼臺上搬運到汽車側(cè)圍的料架上的操作。但是，由于懸臂式簡易機械手存在設(shè)計缺陷，導(dǎo)致機械手在操作中非常笨重，使用極為不便，所以安裝不久后就被拆除。

1.3 懸吊式簡易機械助抬

懸吊式簡易機械助抬方式，就是利用懸吊式簡易機械助抬的方式將汽車側(cè)圍從拼臺上搬運到汽車側(cè)圍的料架上。懸吊式簡易機械助抬方式也是一個人即可以操作懸吊式簡易機械將汽車側(cè)圍從拼臺上搬運到汽車側(cè)圍的料架上。這種方式目前有逐步取代人力手抬方式的趨勢。懸吊式簡易機械助抬方式的特點是設(shè)備成本低、操作方便靈活，并且在一定程度上減輕了人機工程傷害和避免了部分安全隱患等。但是，這種方式并未實現(xiàn)自動化，最多只能算是半自動化，其還是存在勞動強度大、生產(chǎn)成本高、容易碰凹零件等缺陷，而且也不符合現(xiàn)代企業(yè)人機工程要求。所以，汽車側(cè)圍的下線操作現(xiàn)狀亟待改進。

2 全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

鑒于目前汽車側(cè)圍的各種下線方式都不同程度地存在勞動強度大、生產(chǎn)成本高、容易造成碰凹零件等缺陷，而且不符合現(xiàn)代企業(yè)人機工程要求，所以上汽通用五菱汽車股份有限公司研制出一種自動化程度高，在工作中完全不需要人員參與的全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)。該全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)最大的優(yōu)勢就是在將汽車側(cè)圍從拼臺上搬運汽車側(cè)圍的料架上的全部操作完全是自動化的，不需要任何人員參與。

全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的技術(shù)動作流程如下：全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)由平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、料框自動移動裝置組成，采用PLC編程程序控制方式控制系統(tǒng)的平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、料框自動移動裝置的動作、行程，包括行程方式、動作方式、行程距離等，采用電、氣、液壓等動力源驅(qū)動電機、氣缸、液壓缸等原動力設(shè)備帶動蝸桿、絞索、齒條、鉸鏈等傳動設(shè)備執(zhí)行系統(tǒng)的行程、動作，其特征是平移機構(gòu)堅固連接固定座，夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)堅固連接平移機構(gòu)，料框自動移動裝置通過PLC控制電路關(guān)聯(lián)平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)；工作時，人按下系統(tǒng)的啟動按鈕，系統(tǒng)即可完成側(cè)圍下線裝框工作的全過程。系統(tǒng)的自動下線裝框工作動力源是電、氣、液壓等的任意組合或單一種類；原動力設(shè)備是電機、氣缸、液壓缸等任意組合或單一種類；傳動設(shè)備是蝸桿、絞索、齒條、鉸鏈等任意組合或單一種類；執(zhí)行方式是動力源驅(qū)動原動力設(shè)備帶動傳動設(shè)備執(zhí)行系統(tǒng)平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、料框自動移動裝置的動作、行程。同時，系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）控制、人工操作手柄按鈕控制的任意組合以控制系統(tǒng)平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、料框自動移動裝置等的動作、行程。系統(tǒng)的平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、料框自動移動裝置等的動作、行程設(shè)置有安全行程限位裝置；料框自動移動裝置設(shè)置滿框防錯裝置，滿料的料框未移出時，系統(tǒng)將不能被啟動進行工作。系統(tǒng)中的平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和料框自動移動裝置是一個相互堅固地連接在一起和相互關(guān)聯(lián)的整體機構(gòu)裝置；全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的料框自動移動裝置相對于全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)也可以作為一個另外獨立設(shè)置的獨立機構(gòu)裝置。

全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)采用的技術(shù)方案如下：全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)由平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、料框自動移動裝置5個部分組成，采用先進的PLC現(xiàn)代編程程序控制方式控制系統(tǒng)的動作、行程（包括行程方式、動作方式、行程距離等），采用蝸桿、絞索或齒條、鉸鏈等機械傳動方式進行系統(tǒng)的行程、動作傳動。工作時，工作人員按下系統(tǒng)的啟動按鈕，系統(tǒng)的PLC指令中心首先指令平移機構(gòu)載運系統(tǒng)的平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)進入側(cè)圍拼臺起吊側(cè)圍區(qū)域，完成；PLC指令中心指令升降機構(gòu)下降夾持機構(gòu)使夾持機構(gòu)進入夾持區(qū)域，完成；PLC指令中心指令夾持機構(gòu)伸出夾持桿對側(cè)圍進行夾持，完成；PLC指令中心指令升降機構(gòu)對夾持機構(gòu)和側(cè)圍進行提升吊起，完成；PLC指令中心指令平移機構(gòu)載運側(cè)圍平移至翻轉(zhuǎn)區(qū)域，完成；PLC指令中心指令翻轉(zhuǎn)機構(gòu)將平躺的側(cè)圍翻轉(zhuǎn)立起，完成；PLC指令中心指令夾持機構(gòu)退回下夾持桿，完成；PLC指令中心指令平移機構(gòu)將直立的側(cè)圍載入料框相應(yīng)物料放置格位，完成；PLC指令中心指令升降機構(gòu)下降把側(cè)圍放置到料框相應(yīng)物料放置格位安放平穩(wěn)，完成；PLC指令中心指令料框自動移動裝置將料框向前移動一個物料放置格位，使空的物料放置格位進入裝載位置進行等待，完成；PLC指令中心指令平移機構(gòu)載運的平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)平移回到翻轉(zhuǎn)區(qū)域，完成；PLC指令中心指令夾持機構(gòu)退回上夾持桿，完成；PLC指令中心指令翻轉(zhuǎn)機構(gòu)將直立的夾持機構(gòu)翻轉(zhuǎn)為平躺，完成。以上指令完成后，系統(tǒng)即完成一次側(cè)圍下線裝框工作的全過程，等待下一輪操作工再按下系統(tǒng)的啟動按鈕，系統(tǒng)將又開始新一輪的裝框工作。

3 全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)詳解與效益分析

下面結(jié)合圖1和全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做進一步說明。

全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)中的平移行程導(dǎo)軌與固定座堅固地連接，主固定架與平移主動輪軸平移平衡輪軸堅固地連接，平移機構(gòu)電機與平移主動輪軸驅(qū)動傳動連接，平移主動輪軸平移平衡輪軸與主固定架軸承連接，升降滑桿套與主固定架堅固地連接，升降滑桿與升降滑桿套滑動間隙連接，升降滑桿與升降主體支架堅固地連接，升降電機與升降主體支架驅(qū)動傳動連接，升降主體支架與夾持機構(gòu)主體支架軸承連接，夾持機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)聯(lián)動軸與翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、夾持機構(gòu)傳動齒輪堅固地連接，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)電機與翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、夾持機構(gòu)傳動齒輪驅(qū)動傳動連接，夾持機構(gòu)左上夾持蝸桿與夾持機構(gòu)左上夾持頭傳動連接，夾持機構(gòu)左上夾持電機與夾持機構(gòu)左上夾持蝸桿驅(qū)動連接，夾持機構(gòu)右上夾持蝸桿與夾持機構(gòu)右上夾持頭傳動連接，夾持機構(gòu)右上夾持電機與夾持機構(gòu)右上夾持蝸桿驅(qū)動連接，夾持機構(gòu)下夾持蝸桿與夾持機構(gòu)下夾持頭傳動連接，夾持機構(gòu)下夾持電機與夾持機構(gòu)下夾持蝸桿驅(qū)動連接（如圖1所示）。

平移主動輪軸、平移平衡輪軸分別與第一平移行程導(dǎo)軌、第二平移行程導(dǎo)軌滾動移動連接。翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、夾持機構(gòu)傳動齒輪是一個四分之一齒輪（如圖2所示）。

料框自動移動裝置主體箱被堅固地連接，料框自動移動裝置蝸桿與料框自動移動裝置主體箱軸承連接，料框自動移動裝置電機與料框自動移動裝置蝸桿驅(qū)動連接，料框自動移動裝置蝸桿與料框自動移動裝置主動滑塊傳動連接，料框自動移動裝置主動滑塊與料框自動移動裝置主體箱滑動間隙連接，料框自動移動裝置橫向定位滑塊與料框自動移動裝置橫向定位滑桿滑動間隙連接，料框自動移動裝置橫向定位滑桿堅固地連接（如圖3所示）。

料框自動移動裝置主動滑塊料框鎖緊螺栓與料框自動移動裝置主動滑塊螺栓擰緊連接。料框自動移動裝置橫向定位滑塊（28）是一個卡扣結(jié)構(gòu)的裝置（如圖4所示）。

如圖5所示，全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)實施電路圖中，平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、料框自動移動裝置的行程均設(shè)置有防錯限位裝置，人工控制手柄（33）、可編程控制器PLC（36）并聯(lián)，人工控制手柄（33）、可編程控制器PLC（36）、電路總開關(guān)（34）、電源（35）串聯(lián)；人工控制手柄（33）、可編程控制器PLC（36）、自動控制啟動開關(guān)（37）、平移右限位器（41）、平移機構(gòu)電機（5）、平移左限位器（42）、升降上限位器（43）、升降機構(gòu)電機（8）、升降下限位器（44）、夾持機構(gòu)左上夾持上限位器（45）、夾持機構(gòu)左上夾持電機（13）、夾持機構(gòu)左上夾持下限位器（46）、夾持機構(gòu)右上夾持上限位器（47）、夾持機構(gòu)右上夾持電機（16）、夾持機構(gòu)右上夾持下限位器（48）、翻轉(zhuǎn)豎立限位器（49）、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)電機（18）、翻轉(zhuǎn)平躺限位器（50）、夾持機構(gòu)下夾持上限位器（51）、夾持機構(gòu)下夾持電機（21）、夾持機構(gòu)下夾持下限位器（52）、料框自動移動裝置前限位器（39）、料框自動移動裝置電機（26）、料框自動移動裝置后限位器（40）、料框自動移動裝置復(fù)位開關(guān)（38）串聯(lián)；平移右限位器（41）、平移機構(gòu)電機（5）、平移左限位器（42）、升降上限位器（43）、升降機構(gòu)電機（8）、升降下限位器（44）、夾持機構(gòu)左上夾持上限位器（45）、夾持機構(gòu)左上夾持電機（13）、夾持機構(gòu)左上夾持下限位器（46）、夾持機構(gòu)右上夾持上限位器（47）、夾持機構(gòu)右上夾持電機（16）、夾持機構(gòu)右上夾持下限位器（48）、翻轉(zhuǎn)豎立限位器（49）、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)電機（18）、翻轉(zhuǎn)平躺限位器（50）、夾持機構(gòu)下夾持上限位器（51）、夾持機構(gòu)下夾持電機（21）、夾持機構(gòu)下夾持下限位器（52）、料框自動移動裝置前限位器（39）、料框自動移動裝置電機（26）、料框自動移動裝置后限位器（40）、料框自動移動裝置復(fù)位開關(guān)（38）并聯(lián)，料框自動移動裝置后限位器（40）、料框自動移動裝置電機（26）、料框自動移動裝置復(fù)位開關(guān)（38）串聯(lián)。

在全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)工作時翻轉(zhuǎn)立起的側(cè)圍零件處于夾持機構(gòu)左上夾持頭、夾持機構(gòu)右上夾持頭與夾持機構(gòu)下夾持頭的夾持狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)退回夾持機構(gòu)下夾持頭后，零件才被平移機構(gòu)載入料框。側(cè)圍零件被平移機構(gòu)載入料框的移動方向是自左向右穿越而入。料框的移動方向是前后移動，相對于側(cè)圍零件屬于橫向移動；料框自動移動裝置主動滑塊與料框立柱螺栓鎖緊接觸連接；料框自動移動裝置橫向定位滑塊與料框橫桿卡扣接觸連接；只有側(cè)圍零件在料框零件格位存放安穩(wěn)后，全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的可編程控制器PLC才會指令料框自動移動裝置電機驅(qū)動料框自動移動裝置蝸桿帶動料框自動移動裝置主動滑塊拖移料框前行一個零件格位解除側(cè)圍零件對系統(tǒng)的平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)平移移動的阻擋，使系統(tǒng)的平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)可以順利地退回到系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)區(qū)域，即系統(tǒng)的平移機構(gòu)、夾持機構(gòu)、升降機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的起始工作位置，等待下一輪對側(cè)圍零件的下線裝框工作；如果料框裝滿，必須用人工方式把滿料的料框移出料框自動移動裝置工作區(qū)域位置，再按下料框自動移動裝置復(fù)位開關(guān)使料框自動移動裝置電機驅(qū)動料框自動移動裝置蝸桿帶動料框自動移動裝置主動滑塊回復(fù)到初始裝框位置，并放入新的空料框，這時，全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)又可以開始新一輪的側(cè)圍下線裝框工作。

全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)實現(xiàn)了全程全自動化的作業(yè)，作業(yè)過程不需要任何人員參與。

企業(yè)使用全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)后，優(yōu)化了目前汽車側(cè)圍下線方式。若以懸吊式簡易機械助抬汽車側(cè)圍下線方式改進為例，將懸吊式簡易機械助抬汽車側(cè)圍下線方式改進為使用全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)，每班次生產(chǎn)可以減少1位操作工，若是三班倒運行，側(cè)圍生產(chǎn)就可以減少3位操作工。

若該企業(yè)員工的薪酬水平標(biāo)準(zhǔn)為48 854元/人·年的效益計算，將懸吊式簡易機械助抬汽車側(cè)圍下線方式改進為使用全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)后，該企業(yè)每年可以節(jié)約員工薪酬成本48 854元/人·年×3人=146 562元人民幣。

根據(jù)全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的投資成本預(yù)算，建設(shè)全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的費用為5萬元左右，所以投資后半年即可收回投資。

由于全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的定位夾緊、輸送機構(gòu)、升降系統(tǒng)、托持機構(gòu)之間動作的匹配和互鎖靠電氣、液壓、氣動控制是集機、電、液為一體的全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)，全程無需任何人員參與控制循環(huán)，工作效率高，生產(chǎn)安全可靠，經(jīng)濟實用。而且，全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)是一個通用性較高的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程，該全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)流程完全可以適用于任何汽車側(cè)圍的自動下線裝料架或直接輸送到總拼臺進行白車身焊裝。在具體應(yīng)用時，只要根據(jù)系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)稍微制定符合現(xiàn)場實際的全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)各部流程結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)具體尺寸，即可以實現(xiàn)系統(tǒng)的全部實際應(yīng)用。

4 結(jié)語

通過對上述全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)的分析，可以得出以下幾點結(jié)論。

全自動側(cè)圍下線裝框系統(tǒng)是一個全自動化的汽車側(cè)圍自動下線裝置，不僅自動化技術(shù)水平高，而且能更好地保證產(chǎn)品制程過程的生產(chǎn)質(zhì)量，實現(xiàn)了自動工作全過程，徹底解決了目前懸吊式簡易機械助抬等汽車側(cè)圍下線方式勞動強度大、生產(chǎn)成本高、容易碰凹零件等缺陷，適用于任何汽車車型的側(cè)圍自動下線過程，大大節(jié)約了企業(yè)的成本，具有廣泛的應(yīng)用價值和推廣價值。

參 考 文 獻

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]