彭裕磊

摘要：隨著汽車市場競爭激烈化及客戶個性化需求的提升，同時企業(yè)也面臨著用地資源緊張、車型種類增多、更新周期加快等，自動化柔性焊裝線生產(chǎn)已成為當前汽車車身焊接的主流趨勢。它最顯著的優(yōu)勢就是能適應多品種車型、靈活程度高、占地面積集中，大大提高焊裝線生產(chǎn)效率，降低人力成本的投入，可更好適應當今汽車市場車型不斷更新?lián)Q代快速化的客觀需求。高自動化、高柔性、高標準化、高模塊化、高產(chǎn)能的焊裝線解決方案，可大幅降低投資及后期維護成本，提高主機廠的技術實力及競爭優(yōu)勢。本文將以車身焊接自動化柔性焊裝生產(chǎn)線為研究對象，分析自動化柔性生產(chǎn)線的工藝需求和特點，從生產(chǎn)線的規(guī)劃方式、自動化柔性、標準化等，為后期多車型共線建設模塊化、標準化柔性焊裝線的實踐運用提供理論參考。

關鍵詞：汽車焊接;自動化;柔性;應用;規(guī)劃

汽車自動化柔性焊裝線技術必要性和優(yōu)勢

目前，汽車廠生產(chǎn)現(xiàn)狀大趨勢：多品種車型并行、小批量生產(chǎn)增多、產(chǎn)品生命周期縮短、生產(chǎn)線建設周期縮短、機器人逐漸替代人工、智能化信息化訂單式生產(chǎn)增多等。

亟待解決的需求與矛盾：工業(yè)用地資源緊張，用于焊裝生產(chǎn)的廠房已建設并固化，現(xiàn)有廠房無法滿足不斷新增的車型。如某熱銷車型焊裝線產(chǎn)能滿足不了訂單需求，人工焊接工位過多，同時又存在其它訂單少的單一自動線大量機器人、焊接設備等資源閑置浪費;后續(xù)又會繼續(xù)增加車型投入生產(chǎn)，對應工裝和焊接設備在不斷的投入，單一車型產(chǎn)量小，設備及產(chǎn)線利用率極低。故需分期建設能多車型混線生產(chǎn)的高自動化、高柔性、高產(chǎn)能的車身焊裝生產(chǎn)線，以滿足當前及后續(xù)多車型生產(chǎn)需求。

其優(yōu)勢如下：

設備及產(chǎn)線利用率高降低后續(xù)重復性投入

汽車行業(yè)競爭的加劇與客戶需求的提升，車型需不斷的推陳出新和更新?lián)Q代，焊裝線已由單一品種大量生產(chǎn)方式向多品種批量柔性生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。產(chǎn)線占地面積集中，空間利用率提高。利用自動化柔性線，通過實現(xiàn)通用設備的共用而實現(xiàn)一次投入?？梢杂行У谋苊舛啻卧O備重復投入造成的資源浪費，設備重復利用率提高。唯一的缺點是首次投入中耗資較大。

焊接質(zhì)量及焊接精準度提高

焊接工程規(guī)模以及工程的復雜性在不斷發(fā)展，進而對焊接質(zhì)量提出了較為嚴格的要求。柔性生產(chǎn)線的應用，大大提高了汽車焊接質(zhì)量和焊接效率，降低了焊接成本，減少了故障發(fā)生率。焊接自動化技術的焊接精準度較高、且機器人工作靈活，是實現(xiàn)高速、高效自動化焊接生產(chǎn)效率的保證。

生產(chǎn)效率穩(wěn)定和高效及對外部環(huán)境適應性強

全自動化控制對于生產(chǎn)節(jié)拍的控制是相對穩(wěn)定的，受外界干擾而停止的幾率較小，一定程度上提高生產(chǎn)效率的穩(wěn)定性。機器人在柔性線的應用能夠促進汽車焊接工藝水平的提升，提高生產(chǎn)效率，同時對作業(yè)環(huán)境沒有較高的要求，即使在高輻射、強煙霧惡劣環(huán)境中也能確保焊接生產(chǎn)的持續(xù)順利進行。

可塑性強及新車型導入時間縮短

在導入新車型時，只需適當調(diào)整及改造，即可以較小的投資和最短的周期來生產(chǎn)新車型，尤其是模塊化標準化設備及工裝的建立，使設備的投資最大化利用。新車型可以快速的上線生產(chǎn)，為企業(yè)創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟效益。

汽車自動化柔性焊裝線技術工藝規(guī)劃要求

白車身結(jié)構(gòu)的組成

根據(jù)白車身結(jié)構(gòu)的工藝分塊：分下車身、上車身及開閉件。下車身分發(fā)動機艙總成、前地板總成和后地板總成;上車身分左右側(cè)圍總成、頂蓋總成、擱物板總成和后圍板總成;

開閉件分四門及兩蓋總成。這些總成件均可規(guī)劃自動化柔性焊裝線。

規(guī)劃自動化柔性焊裝線要點

車身的平臺化水平和工藝性分析等;

車身生產(chǎn)形式、量綱節(jié)拍要求、安全環(huán)保要求、成本與質(zhì)量等;

焊裝車間的廠房結(jié)構(gòu)、場地空間布局和可改動占比等;

焊裝線的自動化程度、物流輸送方式、柔性方式等;

設計工藝布局考慮拓展及預留。

自動化柔性焊裝線項目形式選擇及布局

自動化柔性焊裝生產(chǎn)線技術說明：將專用的設備都模塊化，標準化，做到可切換、可存儲，盡量提高機器人焊機等通用設備的利用率。多品種柔性焊裝線的柔性能力體現(xiàn)在對下車身三大總成工作站、下車身/主車身柔性自動線及總拼主焊接工位的柔性生產(chǎn)方式的規(guī)劃上。

下車身三大總成新建自動化柔性焊裝工作站

下車身三大總成（發(fā)動機艙總成、前地板和后地板）定位工位規(guī)劃通過夾具存儲方式的切換實現(xiàn)全車型柔性切換的可能（如圖1）。

工藝流程

人工在總成10上件完成，夾具進入轉(zhuǎn)臺，與總成10B焊接完成的夾具一起旋轉(zhuǎn)180度，總成10B機器人開始點焊;

左側(cè)第一個七軸抓取總成10A上的產(chǎn)品放到總成20，空夾具又回到總成10上件;

總成20增焊完成，左側(cè)第二個七軸抓取總成20上的產(chǎn)品放到總成30A工位，夾具滑出。人工上件完成后，夾具進入轉(zhuǎn)臺，與總成30B焊接完成的夾具一起旋轉(zhuǎn)180度，總成30B機器人開始點焊;

左側(cè)第三個七軸抓取總成30B上的產(chǎn)品放到總成40增焊?？偝?0焊接完成，采用獨立輸送方式至下車身主焊接工位。

優(yōu)點

人工上件與機器人焊接分開，實現(xiàn)同步上件和焊接，減少等待，提高機器人等通用設備利用率，提高生產(chǎn)節(jié)拍;

存儲在同一側(cè)，廠房占地集中，可實現(xiàn)多車型柔性生產(chǎn);

后期加車型只需投入專用工裝等，減少投資成本。

與前期開發(fā)側(cè)圍斜立轉(zhuǎn)臺自動化線對比 因側(cè)圍斜立轉(zhuǎn)臺自動化線是焊接夾具固定在斜立轉(zhuǎn)臺上，只能在機器人另一側(cè)加單一車型，自動化線利用率極低、拓展性差、后期加車型改造費用投入較多，已不在適合當前焊接線的規(guī)劃。

下車身/主車身自動化柔性焊裝線技術說明

輥床+臺車及考慮臺車存儲柔性生產(chǎn)線解決方案。

方案優(yōu)勢：生產(chǎn)節(jié)拍高，可生產(chǎn)的車型多，設備利用率高，后期改造難度小，后續(xù)導入新車型周期短。

下表為新建自動化柔性焊裝線與普通自動化焊裝線對比：

新建自動化柔性混線，解決原自動線通用設備利用率低、占用廠地較多、加入車型難度大的難題?？偨Y(jié)：自動化柔性焊裝生產(chǎn)線是滿足多車型共線生產(chǎn)需求的最合適的解決方案。

表1

類別 新建自動化柔性混線 某S自動線 某C自動線

平臺 8個平臺 2個平臺 1個平臺

車身輸送形式 輥床+臺車 輥床+臺車 輥床+滑撬

下車身 8種 3種 1種

左右側(cè)圍總成 8種 2種 1種

機艙/前后地板線 8種 2種 1種

夾具存儲形式 柔性存儲 部分預留 專線

節(jié)拍 60S/輛 87S/輛 130S/輛

小總成分拼柔性焊接工作站應用

對于小總成分拼，簡單且操作工時較低，通常采用夾具人工焊接。但隨著日益增多的車型規(guī)劃，車型的生產(chǎn)需大量工裝設備的投入及焊接桁架大批量投入，導致焊裝車間夾具堆積。但所有的車型又不會同時生產(chǎn)，造成場地資源、焊接設備等極大的浪費。通過自動化柔性設計，實現(xiàn)不同車型小總成分拼的柔性生產(chǎn)，提高焊接設備的利用率、減少廠房占用面積以及減少手工線人員投入（見圖2）。

圖2

工藝流程：A10小夾具上完件，兩側(cè)機器人點焊，此時B10可取件放入料框，又繼續(xù)上件夾緊，A10小夾具焊接完成，機器人焊接B10，A/B側(cè)對應如此循環(huán)。優(yōu)點如下：

焊接區(qū)域集中：切換需求車型入小夾具位，其它車型夾具入存儲位。

生產(chǎn)節(jié)拍較高：節(jié)拍可達45JPH。

設備利用率高：機器人一直在來回焊接，工作效率可達96%。

自動化柔性焊裝線技術發(fā)展方向與期望

隨著計算機輔助化、人工智能、機器人視覺、以及模糊控制技術等先進的技術被廣泛應用于柔性化焊接生產(chǎn)制造中，使得柔性化焊接技術得到很大的發(fā)展，正在由簡單的柔性生產(chǎn)制造向虛擬化、集成化、智能化的柔性生產(chǎn)制造方向發(fā)展。企業(yè)為提高自身的市場競爭力，適應柔性化焊接技術的快速發(fā)展：

以掌控自動化柔性焊接技術核心為目標，促進企業(yè)焊接水平和綜合實力的提升。持續(xù)創(chuàng)新自動化柔性焊接技術，通過整合優(yōu)勢先進資源，推動技術更新，促進技術進步。

自動化柔性焊接設備方面，通過提高對產(chǎn)品設計的平臺化、模塊化、標準化的要求，來減少通用化、自動化、智能化的柔性化工藝裝備投入。實現(xiàn)綜合運用與發(fā)展，提高自動化焊接設備的利用效率和焊接精準度。

在自動化柔性焊裝線設計之初即考慮多平臺車型共線可行性，在工位布局、工裝形式等方面均預留改造空間，后期增加車型只需少量的改造即可以實現(xiàn)，大大降低分攤在單一車型的焊裝工裝、設備、人力等多個方面的成本，實現(xiàn)投入與產(chǎn)出比的最大化。同時，應當擴大柔性化焊接的應用范圍，無論是簡單的工程機械制造焊接中，以及復雜工程的處理中都推廣應用，進而實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的焊接效益。

結(jié)語

綜上所述，在汽車制造工業(yè)不斷快速發(fā)展的同時，建設多車型、高柔性的自動化焊接生產(chǎn)線將成為必然趨勢，而模塊化標準化的柔性焊裝生產(chǎn)線技術是提高生產(chǎn)效率、減少產(chǎn)品開發(fā)周期、降低企業(yè)投資成本、提高車身焊接質(zhì)量最有效的方法，逐漸在汽車車身自動化焊接中得到了推廣應用。與此同時，繼續(xù)加大對其實際應用的研究，加強對自動化焊接技術、自動化設備、應用范圍的持續(xù)創(chuàng)新，結(jié)合工程實際情況，充分發(fā)揮自動化焊接技術的工程價值，提高焊接質(zhì)量和安全，將柔性解決方案自動化機構(gòu)等標準化，模塊化，實現(xiàn)車身制造的高柔性和低成本以提高企業(yè)核心競爭力。

參考文獻

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