汽車車身焊裝柔性化生產(chǎn)線模式探討

馬超 那葆佳

【摘 要】柔性化生產(chǎn)是近些年新提出來的一種生產(chǎn)形態(tài)，更多的是一些大型產(chǎn)品密集型制造企業(yè)在推行與使用。作為在柔性化生產(chǎn)線剛剛提出的我國汽車企業(yè)而言，如何借鑒國外這些先進經(jīng)驗，積極探索符合我國國情又行之有效的焊裝柔性化生產(chǎn)方法，以柔性化的生產(chǎn)設備來保證企業(yè)制造的靈活性與均衡性，是極其重要的。

一、柔性化焊裝生產(chǎn)線概述

柔性化焊裝生產(chǎn)線具有適用范圍廣、產(chǎn)品適應能力強、設備利用率高等優(yōu)點，在汽車行業(yè)的應用越來越廣泛。與其它焊裝生產(chǎn)線相比，柔性化焊裝生產(chǎn)線通常具備以下幾個方面的優(yōu)勢。

1、能夠?qū)崿F(xiàn)投入與產(chǎn)出比的最大化。在汽車沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝中，焊裝工藝對車型之間的差異化是最敏感的。一般情況下，不同車型對應不同的工藝及工裝設備。柔性化焊裝生產(chǎn)線可以對工裝、設備、人員、場地等進行充分利用，在一條焊裝生產(chǎn)線上實現(xiàn)多款車型的焊接，實現(xiàn)焊裝生產(chǎn)線搭建的投入與產(chǎn)出的最大化。

2、能夠滿足多款車型同時混線生產(chǎn)。焊裝生產(chǎn)線所生產(chǎn)的車型須與營銷系統(tǒng)的需求相匹配，單日的生產(chǎn)計劃中可能會出現(xiàn)多款車型混線生產(chǎn)的情況。柔性化焊裝生產(chǎn)線可以滿足不同車型在單個生產(chǎn)班次內(nèi)靈活切換，使生產(chǎn)系統(tǒng)更好地匹配銷售終端。

3、能適應快速改型換代的需要。當前汽車市場消費者對汽車的個性化需求增多，圍繞新產(chǎn)品的市場競爭日益激烈，企業(yè)為了生存和發(fā)展必須不斷開發(fā)適應市場需求的新產(chǎn)品。一款新車型的投產(chǎn)必然伴隨著新焊裝生產(chǎn)線的建立或者對原有焊裝生產(chǎn)線進行改造，一條成功的柔性化焊裝生產(chǎn)線，可以把這種改造的潛力更好地發(fā)揮出來，在最短的時間內(nèi)完成對生產(chǎn)線的搭建。與普通焊裝生產(chǎn)線一樣，柔性化焊裝生產(chǎn)線由焊接設備、輸送系統(tǒng)、定位工裝三個主要組成部分，而且三個部分都滿足柔性化設計的需要。

二、柔性化焊裝線

1、專用的夾具旋轉(zhuǎn)臺運行系統(tǒng)：通過將生產(chǎn)不同車型的專用夾具設置于旋轉(zhuǎn)式作業(yè)臺上，我們稱之為夾具旋轉(zhuǎn)臺運行系統(tǒng)，每個旋轉(zhuǎn)作業(yè)臺上又按“十”字型排布出4個夾具固定痤。存放自動化工位器具的BACK就設置于旋轉(zhuǎn)作業(yè)臺的周邊，通過7軸機器人來實現(xiàn)部品件的存取與使用；這個過程中焊接作業(yè)完全可以通過焊接機器人來自動完成實現(xiàn)，從而節(jié)省了人力成本。所有拼焊工序完成后可以由機械手取出并裝載進自動化工位器具或直接裝載到空中自行小車（EMS）上后再送入下道工序。

2、點焊控制器群控技術(shù)。該技術(shù)一般用于自動化生產(chǎn)線，可以有效減少電力安裝容量需求，穩(wěn)定點焊質(zhì)量，但手動焊接工位要慎用群控技術(shù)，特別是人工操作的固定點焊機，在群控功能發(fā)揮作用初期，工人按按鈕無焊接動作，在工人誤認為設備出現(xiàn)故障、將手放入上下電極之間時，群控功能發(fā)揮作用，電極瞬間閉合極易發(fā)生夾手等工傷事故。

3、污染控制。為減少室內(nèi)環(huán)境污染，要控制焊接零件表面油污，必要時清洗油污；在點焊工位焊點附近增設抽風裝置；氣體保護焊接工藝可集中安排在調(diào)整線上一段封閉的室內(nèi)，利于屏蔽焊接弧光和集中排放焊接煙霧；盡量減少使用內(nèi)燃機叉車運送零件（減少尾氣排放），使用電動叉車和帶輪容器。

4、點焊焊接參數(shù)。宜選用中等焊接規(guī)范，強規(guī)范雖然能提高生產(chǎn)率，但焊接飛濺大，既污染環(huán)境、增加設備工裝清潔難度，又會形成焊點燒穿、點焊接頭疲勞強度低（焊點凹陷）等缺陷。尤其值得注意的是焊接使用參數(shù)必須以現(xiàn)場條件為依據(jù)進行調(diào)整，未按現(xiàn)場實際情況確定焊接參數(shù)而照搬標準點焊焊接參數(shù)是導致焊點缺陷的原因之一。

5、生產(chǎn)線。地板線、車身線一般采用步進式一字線排布，這種方式有利于左右側(cè)圍上線裝配，有利于物流運輸。大批量生產(chǎn)線的自動化程度高，停線對生產(chǎn)產(chǎn)量影響大，不論采用何種工位間傳輸方案，可靠性（設計可靠性，零部件及電氣元件可靠性）是優(yōu)先考慮的要素，對于大批量生產(chǎn)方式，成本因素放在相對次要的位置。調(diào)整線裝配工位采用滾床運輸，打磨、調(diào)整工位采用同步板鏈運輸。

三、柔性化輸送系統(tǒng)

1、輥床臺車輸送系統(tǒng)

柔性化焊裝生產(chǎn)線主線輸送系統(tǒng)首先要滿足高速生產(chǎn)的要求，其次要具備柔性化共用的條件。以焊裝生產(chǎn)線上應用較多的往復桿輸送系統(tǒng)為例，由于往復桿輸送系統(tǒng)安裝在夾具平臺上與夾具平臺實現(xiàn)一體化，而夾具平臺結(jié)構(gòu)復雜無法滿足柔性化要求，因此并不適用于柔性化焊裝生產(chǎn)線。目前柔性化焊裝生產(chǎn)線應用較多的是輥床輸送系統(tǒng)，最先進的高速輥床在工位之間的輸送速度可以達到6s以下，最大負載約為2000kg甚至更高，采用閉環(huán)編碼系統(tǒng)控制重復定位精度，具有高速、高效、高精度的優(yōu)點，非常適合高節(jié)拍要求的柔性化焊裝生產(chǎn)線應用。臺車與輥床配套使用并用于車身定位，其上有不同車型的定位單元，通過定位單元的切換來滿足不同車型的輸送，可以滿足柔性化焊裝生產(chǎn)線的定位要求。

2、EMS輸送系統(tǒng)

EMS輸送系統(tǒng)通過輸送小車在軌道內(nèi)進行循環(huán)，實現(xiàn)工件在不同線體之間的輸送，自動化程度高，且定位單元結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)柔性化。在柔性化焊裝生產(chǎn)線中，EMS輸送系統(tǒng)主要應用于分線到主線間的輸送，例如從發(fā)艙線將發(fā)艙總成輸送到主線的下車體合拼工位，從側(cè)圍線將側(cè)圍總成輸送到主線車身合拼工位等。由于輸送小車的運行需要搭建環(huán)形軌道，占用空間比較大，因此通常布置于二層平臺。

3、鏈式輸送機

鏈式輸送機分為普通鏈式輸送機和積放鏈式輸送機，焊裝車間應用較多的是積放鏈式輸送機。鏈式輸送系統(tǒng)具有自動化程度高、柔性化強、成本低、輸送距離長、輸送速度快等優(yōu)點，可以進行總成的輸送，也可以進行白車身的輸送，在焊裝車間應用較廣泛。在柔性化焊裝生產(chǎn)線上，采用鏈式輸送較多的是側(cè)圍線，通常用于側(cè)圍線的序間輸送。這是由于側(cè)圍線須布置多款車型的焊接夾具，每個工位占用區(qū)域遠大于普通焊裝生產(chǎn)線，序間距離被拉長，積放鏈式輸送機可以根據(jù)實際需要來布置輸送鏈的長度，且積放鏈式輸送機最大的優(yōu)點是具備儲運功能，可以在積放鏈上布置多個掛件單元，每個掛件單元的運轉(zhuǎn)彼此獨立，不會因為輸送距離延長而增加生產(chǎn)節(jié)拍。

4、裝焊夾具

裝焊夾具可通過兩種途徑實現(xiàn)不同車型之間的柔性化共用。第1種是在同一夾具上布置不同車型的定位單元，通過氣缸實現(xiàn)定位單元的伸縮、翻轉(zhuǎn)等切換工序，從而滿足不同車型的定位要求；第2種為開發(fā)與車型相對應的專用夾具，通過夾具的整體切換來適應不同車型的生產(chǎn)。第1種方式實現(xiàn)成本較低，但應用非常受限，必須保證不同車型間絕大多數(shù)的定位單元可以共用，通過少數(shù)定位單元的切換就能完成車型的切換，例如同一系列車型長軸、短軸車可以采用這樣的柔性化夾具。第2種方式優(yōu)點是不用考慮車型之間的差異化，缺點是成本高、占用區(qū)域大，因此在生產(chǎn)線上不能大量應用，主要應用于上件集中、定位精度要求高、定位單元需要密集布置的工位，如側(cè)圍總成焊接工位、下車體合拼工位、車身總拼工位等。

結(jié)束語

近年來，柔性化焊裝生產(chǎn)線在國內(nèi)主流車企得以廣泛應用，一系列適用于柔性化焊裝生產(chǎn)線的新設備、新工藝得以快速推廣，如高速伺服數(shù)字控制技術(shù)，該項技術(shù)可以實現(xiàn)夾具的高速、高精度運動控制，適應多種車型的高速切換，目前已經(jīng)在多個廠家得以應用。未來，新技術(shù)會越來越多的應用于焊裝生產(chǎn)線，使其柔性化程度更高、生產(chǎn)節(jié)拍更快、精度控制更有效。

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