汽車自動(dòng)化柔性焊裝線技術(shù)探討

彭裕磊

摘要：隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈化及客戶個(gè)性化需求的提升，同時(shí)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(dòng)化柔性焊裝線生產(chǎn)已成為當(dāng)前汽車車身焊接的主流趨勢(shì)。它最顯著的優(yōu)勢(shì)就是能適應(yīng)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(yīng)當(dāng)今汽車市場(chǎng)車型不斷更新?lián)Q代快速化的客觀需求。高自動(dòng)化、高柔性、高標(biāo)準(zhǔn)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(hù)成本，提高主機(jī)廠的技術(shù)實(shí)力及競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。本文將以車身焊接自動(dòng)化柔性焊裝生產(chǎn)線為研究對(duì)象，分析自動(dòng)化柔性生產(chǎn)線的工藝需求和特點(diǎn)，從生產(chǎn)線的規(guī)劃方式、自動(dòng)化柔性、標(biāo)準(zhǔn)化等，為后期多車型共線建設(shè)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化柔性焊裝線的實(shí)踐運(yùn)用提供理論參考。

關(guān)鍵詞：汽車焊接;自動(dòng)化;柔性;應(yīng)用;規(guī)劃

汽車自動(dòng)化柔性焊裝線技術(shù)必要性和優(yōu)勢(shì)

目前，汽車廠生產(chǎn)現(xiàn)狀大趨勢(shì)：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(shè)周期縮短、機(jī)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(shè)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(shí)又存在其它訂單少的單一自動(dòng)線大量機(jī)器人、焊接設(shè)備等資源閑置浪費(fèi);后續(xù)又會(huì)繼續(xù)增加車型投入生產(chǎn)，對(duì)應(yīng)工裝和焊接設(shè)備在不斷的投入，單一車型產(chǎn)量小，設(shè)備及產(chǎn)線利用率極低。故需分期建設(shè)能多車型混線生產(chǎn)的高自動(dòng)化、高柔性、高產(chǎn)能的車身焊裝生產(chǎn)線，以滿足當(dāng)前及后續(xù)多車型生產(chǎn)需求。

其優(yōu)勢(shì)如下：

設(shè)備及產(chǎn)線利用率高降低后續(xù)重復(fù)性投入

汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)化柔性線，通過實(shí)現(xiàn)通用設(shè)備的共用而實(shí)現(xiàn)一次投入?？梢杂行У谋苊舛啻卧O(shè)備重復(fù)投入造成的資源浪費(fèi)，設(shè)備重復(fù)利用率提高。唯一的缺點(diǎn)是首次投入中耗資較大。

焊接質(zhì)量及焊接精準(zhǔn)度提高

焊接工程規(guī)模以及工程的復(fù)雜性在不斷發(fā)展，進(jìn)而對(duì)焊接質(zhì)量提出了較為嚴(yán)格的要求。柔性生產(chǎn)線的應(yīng)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(dòng)化技術(shù)的焊接精準(zhǔn)度較高、且機(jī)器人工作靈活，是實(shí)現(xiàn)高速、高效自動(dòng)化焊接生產(chǎn)效率的保證。

生產(chǎn)效率穩(wěn)定和高效及對(duì)外部環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)

全自動(dòng)化控制對(duì)于生產(chǎn)節(jié)拍的控制是相對(duì)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(jī)器人在柔性線的應(yīng)用能夠促進(jìn)汽車焊接工藝水平的提升，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)對(duì)作業(yè)環(huán)境沒有較高的要求，即使在高輻射、強(qiáng)煙霧惡劣環(huán)境中也能確保焊接生產(chǎn)的持續(xù)順利進(jìn)行。

可塑性強(qiáng)及新車型導(dǎo)入時(shí)間縮短

在導(dǎo)入新車型時(shí)，只需適當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備及工裝的建立，使設(shè)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(jì)效益。

汽車自動(dòng)化柔性焊裝線技術(shù)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(dòng)機(jī)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(dòng)化柔性焊裝線。

規(guī)劃自動(dòng)化柔性焊裝線要點(diǎn)

車身的平臺(tái)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(chǎng)地空間布局和可改動(dòng)占比等;

焊裝線的自動(dòng)化程度、物流輸送方式、柔性方式等;

設(shè)計(jì)工藝布局考慮拓展及預(yù)留。

自動(dòng)化柔性焊裝線項(xiàng)目形式選擇及布局

自動(dòng)化柔性焊裝生產(chǎn)線技術(shù)說明：將專用的設(shè)備都模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化，做到可切換、可存儲(chǔ)，盡量提高機(jī)器人焊機(jī)等通用設(shè)備的利用率。多品種柔性焊裝線的柔性能力體現(xiàn)在對(duì)下車身三大總成工作站、下車身/主車身柔性自動(dòng)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(dòng)化柔性焊裝工作站

下車身三大總成（發(fā)動(dòng)機(jī)艙總成、前地板和后地板）定位工位規(guī)劃通過夾具存儲(chǔ)方式的切換實(shí)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(jìn)入轉(zhuǎn)臺(tái)，與總成10B焊接完成的夾具一起旋轉(zhuǎn)180度，總成10B機(jī)器人開始點(diǎn)焊;

左側(cè)第一個(gè)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(gè)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(jìn)入轉(zhuǎn)臺(tái)，與總成30B焊接完成的夾具一起旋轉(zhuǎn)180度，總成30B機(jī)器人開始點(diǎn)焊;

左側(cè)第三個(gè)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(dú)立輸送方式至下車身主焊接工位。

優(yōu)點(diǎn)

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

存儲(chǔ)在同一側(cè)，廠房占地集中，可實(shí)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(tái)自動(dòng)化線對(duì)比 因側(cè)圍斜立轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)化線是焊接夾具固定在斜立轉(zhuǎn)臺(tái)上，只能在機(jī)器人另一側(cè)加單一車型，自動(dòng)化線利用率極低、拓展性差、后期加車型改造費(fèi)用投入較多，已不在適合當(dāng)前焊接線的規(guī)劃。

下車身/主車身自動(dòng)化柔性焊裝線技術(shù)說明

輥床+臺(tái)車及考慮臺(tái)車存儲(chǔ)柔性生產(chǎn)線解決方案。

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

下表為新建自動(dòng)化柔性焊裝線與普通自動(dòng)化焊裝線對(duì)比：

新建自動(dòng)化柔性混線，解決原自動(dòng)線通用設(shè)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(dòng)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(dòng)化柔性混線 某S自動(dòng)線 某C自動(dòng)線

平臺(tái) 8個(gè)平臺(tái) 2個(gè)平臺(tái) 1個(gè)平臺(tái)

車身輸送形式 輥床+臺(tái)車 輥床+臺(tái)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(jī)艙/前后地板線 8種 2種 1種

夾具存儲(chǔ)形式 柔性存儲(chǔ) 部分預(yù)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(yīng)用

對(duì)于小總成分拼，簡單且操作工時(shí)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(shè)備的投入及焊接桁架大批量投入，導(dǎo)致焊裝車間夾具堆積。但所有的車型又不會(huì)同時(shí)生產(chǎn)，造成場(chǎng)地資源、焊接設(shè)備等極大的浪費(fèi)。通過自動(dòng)化柔性設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不同車型小總成分拼的柔性生產(chǎn)，提高焊接設(shè)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(jī)器人點(diǎn)焊，此時(shí)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(jī)器人焊接B10，A/B側(cè)對(duì)應(yīng)如此循環(huán)。優(yōu)點(diǎn)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(chǔ)位。

生產(chǎn)節(jié)拍較高：節(jié)拍可達(dá)45JPH。

設(shè)備利用率高：機(jī)器人一直在來回焊接，工作效率可達(dá)96%。

自動(dòng)化柔性焊裝線技術(shù)發(fā)展方向與期望

隨著計(jì)算機(jī)輔助化、人工智能、機(jī)器人視覺、以及模糊控制技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)被廣泛應(yīng)用于柔性化焊接生產(chǎn)制造中，使得柔性化焊接技術(shù)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，適應(yīng)柔性化焊接技術(shù)的快速發(fā)展：

以掌控自動(dòng)化柔性焊接技術(shù)核心為目標(biāo)，促進(jìn)企業(yè)焊接水平和綜合實(shí)力的提升。持續(xù)創(chuàng)新自動(dòng)化柔性焊接技術(shù)，通過整合優(yōu)勢(shì)先進(jìn)資源，推動(dòng)技術(shù)更新，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。

自動(dòng)化柔性焊接設(shè)備方面，通過提高對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的平臺(tái)化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，來減少通用化、自動(dòng)化、智能化的柔性化工藝裝備投入。實(shí)現(xiàn)綜合運(yùn)用與發(fā)展，提高自動(dòng)化焊接設(shè)備的利用效率和焊接精準(zhǔn)度。

在自動(dòng)化柔性焊裝線設(shè)計(jì)之初即考慮多平臺(tái)車型共線可行性，在工位布局、工裝形式等方面均預(yù)留改造空間，后期增加車型只需少量的改造即可以實(shí)現(xiàn)，大大降低分?jǐn)傇趩我卉囆偷暮秆b工裝、設(shè)備、人力等多個(gè)方面的成本，實(shí)現(xiàn)投入與產(chǎn)出比的最大化。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大柔性化焊接的應(yīng)用范圍，無論是簡單的工程機(jī)械制造焊接中，以及復(fù)雜工程的處理中都推廣應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)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(shí)，建設(shè)多車型、高柔性的自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線將成為必然趨勢(shì)，而模塊化標(biāo)準(zhǔn)化的柔性焊裝生產(chǎn)線技術(shù)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(dòng)化焊接中得到了推廣應(yīng)用。與此同時(shí)，繼續(xù)加大對(duì)其實(shí)際應(yīng)用的研究，加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化焊接技術(shù)、自動(dòng)化設(shè)備、應(yīng)用范圍的持續(xù)創(chuàng)新，結(jié)合工程實(shí)際情況，充分發(fā)揮自動(dòng)化焊接技術(shù)的工程價(jià)值，提高焊接質(zhì)量和安全，將柔性解決方案自動(dòng)化機(jī)構(gòu)等標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，實(shí)現(xiàn)車身制造的高柔性和低成本以提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

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