汽車側圍分拼柔性焊接線布局淺析

李秀啟，張 可，陸征祺，林 敏

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201201）

汽車側圍分拼柔性焊接線布局淺析

李秀啟，張 可，陸征祺，林 敏

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201201）

介紹汽車側圍分拼焊接線的柔性化工藝布局方案，適用于高自動化率、高節(jié)拍、多車型共線的側圍分拼柔性焊接生產(chǎn)線，為側圍焊接線工藝布局規(guī)劃提供參考。

汽車；側圍；焊接線；柔性化

0 引言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展及人民消費水平的不斷提高，人民對汽車的多樣化需求及質量要求也在不斷的提高。面對汽車市場日益激烈的競爭，有效的控制生產(chǎn)成本成為汽車制造企業(yè)提高自身競爭力的關鍵。其中，多車型共線生產(chǎn)的柔性化制造模式是最為有效的降本增效途徑之一，越來越多的受到汽車制造企業(yè)的重視，并被廣泛應用在汽車生產(chǎn)中。汽車焊裝生產(chǎn)是汽車加工工藝中相對復雜相對專業(yè)的制造過程，如何實現(xiàn)高自動化率、高節(jié)拍、多車型共線生產(chǎn)的柔性化制造，成為各汽車制造企業(yè)積極研究的課題。

本文主要介紹汽車焊裝生產(chǎn)中側圍分拼焊接生產(chǎn)線的典型工藝方案，討論其柔性生產(chǎn)的工藝特點，從生產(chǎn)線的規(guī)劃需求、柔性、節(jié)拍等多角度出發(fā)，為多車型共線的側圍焊接生產(chǎn)線規(guī)劃提供參考。

1 側圍分拼焊接過程

如圖1所示，側圍分總成是由多個合件、組件及沖壓單件組成。在側圍分拼焊接線上，將若干散件按照一定的零件搭接順序進行拼合，其中個別零件在拼合前還需要在規(guī)定的位置完成涂膠；拼合后由輸送系統(tǒng)將所有散件送入后道定位工裝對各零件精確定位，控制所有零件間的相對尺寸，并使用焊槍進行定位焊接，使各散件連接為一個整體；之后再由輸送系統(tǒng)送入后道補焊工裝進行補焊，直至完成側圍分總成的所有焊接工藝。

2 常規(guī)側圍分拼焊接線布局

不同的側圍分拼焊接線布局對應不同的制造策略，以下為常見的側圍焊接線布局方案：

2.1 人工側圍焊接線

圖1 側圍分拼流程圖

如圖2所示。一般對應低節(jié)拍單一車型的生產(chǎn)制造需求。此種生產(chǎn)線從第一個上料工位開始，到定位焊和補焊，至最后完成側圍分拼的所有焊接，皆由人工來完成，生產(chǎn)線成本低，但同時生產(chǎn)效率也非常低，尺寸穩(wěn)定性差。

圖2 人工側圍分拼焊接線

2.2 全自動側圍焊接線

如圖3所示。一般對應高節(jié)拍多車型共線生產(chǎn)的制造需求，這種生產(chǎn)線的特點是只有第一個工位是由人工操作上料，后續(xù)所有的定位焊接、補焊、工位間轉運皆由機器人來完成，且能兼容多車型共線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率非常高，尺寸穩(wěn)定性也非常好，但同時生產(chǎn)線成本也相當高，按下圖所示規(guī)劃，最多可容納6個車型的混線生產(chǎn)。

圖3 全自動側圍分拼焊接線

2.3 半自動側圍焊接線

如圖4所示，一般對應節(jié)拍及共線需求不太高的制造需求。該方案布局的前半程是由人共完成上料及部分焊接的人工焊接線，后半程為機器人自動生產(chǎn)的全自動生產(chǎn)線。效率和成本相對比較適中，但線體共線生產(chǎn)的柔性差。

圖4 半自動側圍分拼焊接線

3 轉臺側圍分拼焊接線布局

目前上汽通用汽車5+1的工廠制造柔性已不太滿足產(chǎn)品布局需求，需要進一步擴充。柔性側圍分拼雙線布局的工藝方案作為能力擴充的方案之一，正在逐步研究實施。

考慮自動化程度、工藝能力及投資，四面轉臺方案越來越多受到關注，并在各個工廠積極的應用推廣。

側圍內板焊接線相對簡單，此文不進行深入介紹，接下來針對側圍外板焊接線進行方案分析。

3.1 常規(guī)四面轉臺形式側圍外板焊接線

如圖5所示，理論上可以滿足4車型共線生產(chǎn)的能力，但工藝能力上存在節(jié)拍瓶頸。

1）工藝流程

第一個轉臺工位為人工上料加機器人定位焊，轉臺轉至上料側由人工將所有外板散件一次性上料，由工裝將所有散件進行定位，轉臺旋轉180°，機器人完成定位焊接，再由機器人搬運至拼合臺；側圍加強件也是由人工在第二個上料口完成上料，由機器人抓取完成必要的涂膠工藝后，放至拼合臺與側圍外板拼合；再由搬運機器人將拼合件轉至第二個轉臺工位，轉臺旋轉后由機器人繼續(xù)完成第二步定位焊接；之后由搬運機器人轉至固定補焊工位，由機器人完成最終補焊；最后再由搬運機器人將側圍總成轉移到空中EMS流轉至主線。

2）工藝節(jié)拍分析

對第一個轉臺工位進行節(jié)拍分析，如圖6所示，不難發(fā)現(xiàn)該工位為節(jié)拍限制的關鍵工位。在滿足必要定位焊點的需求下，該工位的最大工藝節(jié)拍為87秒，工藝能力約為35JPH，為該方案工藝能力瓶頸。

3）工藝能力分析

由工藝節(jié)拍分析不難看出，針對轉臺方案形式，人工上料與機器人定位焊接在整個節(jié)拍中屬于串行關系，這也是工藝能力瓶頸的關鍵所在，同時也存在機器人使用效率較低的缺陷。為提高工藝能力和機器人使用效率，常規(guī)方法是采用Double tooling形式。

Double tooling的方案形式實際上是犧牲了整個區(qū)域的車型兼容能力，由原來可以4車型共線降低為只能2車型共線，同時帶來了AB工裝的尺寸穩(wěn)定性差的缺陷。圖7為Double tooling工裝形式下采集的側圍AB工裝的尺寸差異，相對較大的尺寸波動，對整車匹配及整車尺寸控制帶來了較大的困難，該情況也給工裝工程師帶來大量的調試工作，對日常生產(chǎn)的尺寸穩(wěn)定性控制造成極大的困難。

圖6 節(jié)拍分析1

圖7 尺寸波動圖

3.2 應用散件抓料的四面轉臺形式側圍外板焊接線

如圖8所示，應用散件抓料的方案形式，將第一個人工上料加機器人定位焊工位，分解為兩個工位，一個工位只人工上料，另一個工位只進行定位焊接。此方案在滿足4車型共線生產(chǎn)的柔性下，打破了工藝能力的節(jié)拍瓶頸。

圖8 轉臺側圍分拼焊接線2

1）工藝流程

第一個固定工位為人工上料工位，由人工將所有外板散件一次性上料，由機器人抓手一次性抓取所有散件，轉運至第一個轉臺工位，如圖9所示。再由工裝將所有散件進行定位后，再由機器人完成定位焊；之后再由機器人搬運至拼合臺；側圍加強件同樣是由人工在第二個上料口完成上料，由機器人抓取完成必要的涂膠工藝后，放至拼合臺與側圍外板拼合；再由搬運機器人將拼合件轉至第二個轉臺工位，轉臺旋轉后由機器人繼續(xù)完成第二步定位焊接；之后由搬運機器人轉至固定補焊工位，由機器人完成最終補焊；最后再由搬運機器人將側圍總成轉移到空中EMS流轉至主線。

2）工藝節(jié)拍分析

再對上料工位和第一個定位焊工位進行節(jié)拍分析，如圖10所示，可以看出該工位的最大工藝節(jié)拍提升為57秒，工藝能力達到了57JPH，完全消除了常規(guī)轉臺方案工藝能力瓶頸。

圖9 散件機器人抓手

3）工藝能力分析

由工藝節(jié)拍分析可知，通過機器人散件抓料方案的應用，完全解決了第一個轉臺工位對整個側圍外板生產(chǎn)線的節(jié)拍限制。后續(xù)根據(jù)體能需求，只需要將后續(xù)工位進行適當?shù)膬?yōu)化，或則適當增加補焊工位，將使整個側圍外板生產(chǎn)線的節(jié)拍大大提高。在保證4車型柔性生產(chǎn)能力的同時，也避免了AB工裝給日常生產(chǎn)帶來的困擾。

4 結束語

1）從焊接生產(chǎn)線的規(guī)劃需求上看，人工焊接線、半自動焊接線及全自動焊接線分別對應不同的制造策略及制造需求，而全自動柔性焊接線是當今汽車行業(yè)的發(fā)展方向，也是各汽車廠家提升自身競爭力的有效途徑之一，是各汽車廠家在制定各自制造策略時不可忽視的重要因素。其中四面轉臺形式的柔性側圍焊接線正是汽車廠家為適應企業(yè)發(fā)展而提出的特殊制造需求，在越來越多的新車型不斷引入的同時，該方案可以很好的控制制造成本，并能實現(xiàn)新車型的快速引入。

2）從焊接生產(chǎn)線的柔性化程度上看，四面轉臺的側圍焊接線可以做到4車型混線生產(chǎn)，且線體設備投入可以隨車型的引入分步實施。在新車型引入時，幾乎對當前在產(chǎn)車型的沒有任何影響，同時也縮短了引入新車型時的設備調試周期，真正體現(xiàn)了柔性化。

3）從焊接生產(chǎn)線的工藝能力上看，常規(guī)四面轉臺的側圍焊接線存在一定的節(jié)拍瓶頸，且在第一個轉臺工位的人工上料和機器人定位焊接效率較低。但在應用機器人散件抓料的技術后，線體工藝能力得以大幅度提高，可以滿足企業(yè)更高的制造需求。

5 結束語

車身側圍分拼柔性焊接生產(chǎn)線是根據(jù)汽車制造需求的不斷發(fā)展，企業(yè)制造策略的不斷更新，在現(xiàn)有生產(chǎn)線方案基礎上的技術突破，實現(xiàn)了車身制造的高柔性和低成本。當然，側圍分拼柔性焊接生產(chǎn)線只是車身柔性生產(chǎn)線的一部分，更是柔性化制造的一個點。要真正實現(xiàn)柔性制造，還需要加大各個制造區(qū)域及各個制造環(huán)節(jié)的柔性化發(fā)展，最終形成高柔性的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，才可以更好的為汽車工業(yè)發(fā)展做出貢獻。

[1] 潘鋒.汽車焊裝生產(chǎn)線的柔性化[J].汽車研究與開發(fā),2004,08:41-45.

[2] 解子勝.車身共線的柔性化生產(chǎn)[J].科技與企業(yè),2014,04:282-283.

Overview of flexible vehicle bodyside welding line layout

LI Xiu-qi, ZHANG Ke, LU Zheng-qi, LIN Min

圖10 節(jié)拍分析2

TH181

A

1009-0134(2017)04-0052-04

2016-12-28

李秀啟（1979 -），男，山東菏澤人，工程師，本科，研究方向為汽車制造技術。