劉澤林 董瑋 宋偉佳 叢立國 馮聯(lián)會 董春生

（中國第一汽車股份有限公司工程與生產(chǎn)物流部，長春 130011）

1 前言

隨著社會經(jīng)濟高速發(fā)展，乘用車銷量逐年高歌猛進，但消費者對汽車高品質(zhì)、差異化的需求也越來越高，汽車制造業(yè)迎來前所未有的顛覆性變革，面對這一重大機遇和挑戰(zhàn)，汽車總裝工藝規(guī)劃順應(yīng)歷史潮流，迅速轉(zhuǎn)向柔性化、自動化共線混流生產(chǎn)方向。整體式自動合裝工藝在自動化、效率提升、質(zhì)量提升、人員優(yōu)化等方面有較大優(yōu)勢，符合當下乘用車工藝規(guī)劃發(fā)展方向，故應(yīng)用越來越廣泛。

2 底盤整體自動合裝整體介紹

整體式半自動合裝工藝是指將發(fā)動機總成、變速箱總成、前懸總成、后懸總成、前后減振器等分總成集成在合裝托盤上，通過自動導引臺車（AGV/RGV）或舉升機，前后整體舉升完成與車身合裝[1]，如圖1所示。由于AGV式合裝多采用連續(xù)式合裝，受限于自身結(jié)構(gòu)，難以實現(xiàn)前后減振器自動對位和無法消除與自動擰緊機構(gòu)干涉問題，故合裝過程中需要人員參與，扶正必要的汽車零部件并在動力總成與車身結(jié)合后人工使用擰緊機進行擰緊。

圖1 整體式半自動合裝工藝

整體式自動合裝工藝是指將發(fā)動機總成、變速箱總成、前懸總成、后懸總成、前后減振器等分總成集成在合裝托盤上，通過剪式液壓舉升機舉升合裝托盤，完成底盤動力總成與車身自動合車，如圖2所示。前后減振器通過輔助扶正機構(gòu)與車身自動對位，輸送系統(tǒng)避開自動擰緊點，合裝完畢后實現(xiàn)自動擰緊。不過整體自動合裝工藝對整個產(chǎn)品平臺化及系統(tǒng)精度要求高，設(shè)備投資相對半自動合裝設(shè)備較大。

圖2 整體式自動合裝工藝

3 整體式自動合裝定位系統(tǒng)

整體式自動合裝核心點在尺寸鏈分析，其依靠車身、合裝設(shè)備、輸送設(shè)備、托盤等定位結(jié)構(gòu)保證，即整體式自動合裝核心是定位系統(tǒng)的分析設(shè)計。在定位系統(tǒng)中，主要圍繞車身定位點系統(tǒng)（The Reference Point System，RPS）開展分析設(shè)計。車身地板分布RPS定位系統(tǒng)孔位，基于RPS定位系統(tǒng)，按照定位雙方內(nèi)容不同，整體式自動合裝工藝由3大定位系統(tǒng)組成，分別為車身-吊具定位系統(tǒng)、吊具-合裝站定位系統(tǒng)、托盤-車身定位系統(tǒng)等。由于車型自身產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同，托盤-車身定位系統(tǒng)可通過產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，托盤與車身之間不一定有實物化的定位機構(gòu)存在。

3.1 車身地板RPS定位系統(tǒng)

車身地板RPS定位系統(tǒng)根據(jù)沖焊涂總4大車間輸送及加工裝配要求，往往形成1個主定位基準孔，若各干輔助定位基準孔系統(tǒng)。主定位孔是所有孔位測量及加工制造的基準，默認位置偏差為0 mm，各個環(huán)節(jié)均參照次孔位進行加工測量，輔助定位孔為各個分總成加工制作的基準，形成地板總成后與主定位孔位置偏差≤±0.2 mm。

3.2 車身-吊具定位系統(tǒng)

車身-吊具定位系統(tǒng)是明確合裝過程中車身與車身吊具二者關(guān)系的系統(tǒng)。一般采用前后左右4個銷孔配合定位方式。4孔中包含1個主定位孔、2個長圓孔和1個擴孔，如圖3所示；也有采用前銷孔后托2+2定位方式[2]，其中1個主定位孔，1個長圓孔，如圖4所示。

圖3 4銷孔配合車身-吊具定位系統(tǒng)

圖4 2銷孔配合車身-吊具定位系統(tǒng)

3.3 吊具-合裝站定位系統(tǒng)

吊具-合裝站定位系統(tǒng)是明確合裝過程中吊具與合裝站二者關(guān)系的系統(tǒng)，以保證吊具每次停止位置度的一致性[3]。一般采用單側(cè)2個銷孔配合定位方式進行定位，其中1個主定位孔，1個輔助定位孔，如圖5所示。

圖5 吊具-合裝站定位系統(tǒng)

3.4 托盤-車身定位系統(tǒng)

托盤-車身定位系統(tǒng)是明確合裝過程中托盤與車身二者關(guān)系的系統(tǒng)。一般采用前后合裝托盤設(shè)定RPS定位銷與車身定位孔配合方式進行定位。合裝時前后合裝托盤相對基礎(chǔ)托盤X/Y方向可浮動，舉升過程中托盤RPS定位銷先進入車身定位孔，保證動力總成舉升到位后孔位與車身一致，便于后續(xù)自動擰緊，如圖6所示。

圖6 托盤-車身定位系統(tǒng)

3.5 合裝工藝尺寸鏈分析

整體式自動合裝工藝關(guān)鍵是分析所有參與零部件的尺寸鏈，根據(jù)尺寸鏈分析結(jié)果明確三大定位系統(tǒng)的加工制造精度，以保證合裝成功率。本文根據(jù)實際實施經(jīng)驗，結(jié)合實際案例提出尺寸鏈分析模型如圖7所示，風險分析計算如表1所示。

圖7 尺寸鏈分析模型

表1 合裝風險分析計算

4 整體式自動合裝關(guān)鍵組成系統(tǒng)

整體式自動合裝關(guān)鍵組成系統(tǒng)包括：定位系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、托盤存儲系統(tǒng)、擰緊系統(tǒng)等，裝配方式多為間歇式。

4.1 平面布置

合裝系統(tǒng)由車身輸送線、合裝托盤輸送線、托盤舉升站、自動擰緊站、托盤分離站等系統(tǒng)組成，如圖8所示。當托盤種類≥2種時，需配以托盤存儲庫，以應(yīng)對多車型共線生產(chǎn)問題。

圖8 整體式自動合裝站平面布局

4.2 車身輸送線

車身輸送線形式多采用摩擦線形式。其優(yōu)點是噪聲低、速度快、吊具Y/Z向高度一致性高。其中Y向直線度要求≤±1 mm/m，Z向直線度要求≤±3 mm/m，如圖9所示。

圖9 車身輸送線

4.3 合裝托盤輸送線

合裝托盤輸送形式多采用鏈床形式。其優(yōu)點是不需要在地面上挖基坑、噪聲低、柔性好、速度快。鏈床中部為導向機構(gòu)，托盤底部對應(yīng)位置做導向槽結(jié)構(gòu)，以保證輸送過程中直線度≤±1 mm，如圖10所示。

圖10 合裝托盤輸送線

4.4 托盤舉升站

車身和托盤到達托盤舉升站，吊具-合裝站定位系統(tǒng)的地面定位銷對吊具進行定位，托盤的定位銷進入吊具孔位，從而間接保證車身和底盤總成的初步相對位置。托盤和吊具在Z向相對運動過程中，托盤上定位銷進入車身完成車身與底盤總成的精定位。若托盤的定位銷與吊具形成精定位，車身與底盤總成之間具有導向機構(gòu)，則可以取消前后合裝托盤RPS定位銷，車身吊具具有預定位和精定位2個功能，合裝過程同時完成2次定位，托盤舉升站如圖11所示。

圖11 托盤舉升站

4.5 自動擰緊站

托盤舉升站完成車身和底盤結(jié)合后，進入擰緊裝配部分[4]。普通燃油車型平均有22個點用來固定車身和底盤，且均為A類擰緊點，對產(chǎn)品性能及安全有重大影響。自動擰緊工藝是由伺服機構(gòu)帶動擰緊槍，自動完成螺栓的擰緊，可返回擰緊點坐標值和擰緊結(jié)果，但其對系統(tǒng)精度要求也高。

4.5.1 三軸伺服整體式自動擰緊站

目前主機廠普遍采用三軸伺服整體式擰緊臺，擰緊槍布置在前、后2個擰緊臺上，每個擰緊臺各有2個擰緊軸。2個擰緊臺可在X向移動，4個擰緊軸可在擰緊臺臺Y向移動，擰緊軸移動到位后可實現(xiàn)Z向上升，從而實現(xiàn)4個擰緊軸在X/Y/Z3個方向自由移動，覆蓋整車所有擰緊點。三軸伺服整體式自動擰緊站如圖12所示。

圖12 三軸伺服整體式自動擰緊站

4.5.2 機器人自動擰緊站

對于節(jié)拍較低、車型單一的豪華品牌汽車總裝工廠已嘗試使用工業(yè)機器人或協(xié)作機器人進行合裝擰緊，擰緊機固定在機器人展臂上，機器人根據(jù)擰緊策略自動選擇擰緊點位置，帶動擰緊軸對底盤擰緊點進行逐一緊固，并返回擰緊點坐標及力矩值。機器人自動擰緊站如圖13所示。

圖13 機器人自動擰緊站

5 結(jié)論

汽車工業(yè)正朝著數(shù)字化、智能化、自動化、平臺化、柔性化、定制化方向發(fā)展，汽車制造工藝技術(shù)革新日新月異。整體式自動合裝工藝適應(yīng)整車平臺化發(fā)展趨勢，可有效提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，但其系統(tǒng)復雜，多產(chǎn)品、制造等各方面要求極高，挑戰(zhàn)性極大，對其進行深度研究有助于實現(xiàn)汽車總裝科學高效生產(chǎn)，并為加速實現(xiàn)工廠現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型升級，推進工業(yè)4.0打下堅實基礎(chǔ)，對于提升企業(yè)競爭力和產(chǎn)品形象具有重要意義。