汽車模塊化生產(chǎn)平臺(tái)焊裝夾具碰撞后恢復(fù)方式探究

蔣維　盧毅　陳家恩　張祥云　陳剛強(qiáng)

摘 要：在目前各大車企實(shí)際生產(chǎn)過程中，焊裝車間多采用模塊化生產(chǎn)，即采用多個(gè)車型混線生產(chǎn)。采用這種生產(chǎn)方式，難免會(huì)出現(xiàn)各車型零件或總成夾具、抓手互相發(fā)生碰撞，造成生產(chǎn)無法繼續(xù)進(jìn)行的情況。文章探究和詳細(xì)論述解決該問題的思路和方法，該方法也在實(shí)際中多次被驗(yàn)證可行。同時(shí)，文章還會(huì)介紹在該方法中，現(xiàn)階段可利用的輔助設(shè)備和技術(shù)，例如在線測(cè)量、三坐標(biāo)測(cè)量、激光跟蹤儀等。

關(guān)鍵詞：焊裝夾具 模塊化 三坐標(biāo)測(cè)量 在線測(cè)量

Research on Recovery Mode of Welding Fixture after Collision on Automobile Modular Production Platform

Jiang Wei Lu Yi Chen Jiaen Zhang Xiangyun Chen Gangqiang

Abstract：At present， in the actual production process of various automobile enterprises， the welding workshop mostly adopts modular production， that is， mixed-line production of multiple models. Using this production mode， it is inevitable that the parts or assembly clamps and grippers of various models will collide with each other， causing the production to be unable to continue. This paper explores and discusses in detail the ideas and methods to solve this problem， which has been proved to be feasible in practice for many times. At the same time， the article will also introduce the auxiliary equipment and technology available at the present stage in this method， such as online measurement， CMM， laser tracker， etc.

Key words：welding fixture， modularization， three-coordinates measuring， online measurement

1 引言

本文主要探究和討論汽車模塊化生產(chǎn)平臺(tái)，焊裝車間發(fā)生夾具、抓手、零件或總成之間相互碰撞，造成生產(chǎn)長(zhǎng)時(shí)間停臺(tái)，帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失，如何進(jìn)行快速有效的生產(chǎn)恢復(fù)。該類問題在實(shí)際生產(chǎn)過程中時(shí)有發(fā)生，本文所提供的方法在實(shí)際中得到多次檢驗(yàn)，具有一定的指導(dǎo)意義。在實(shí)際的探討過程中，我們以大眾的MQB生產(chǎn)平臺(tái)為例，進(jìn)行詳細(xì)的問題識(shí)別、問題解決和驗(yàn)證探究。

2 模塊化生產(chǎn)平臺(tái)簡(jiǎn)介

2.1 大眾MQB平臺(tái)介紹

MQB平臺(tái)為橫置發(fā)動(dòng)機(jī)模塊化平臺(tái)。平臺(tái)下各車型發(fā)動(dòng)機(jī)模塊位置統(tǒng)一不變，其他如軸距、懸長(zhǎng)、輪距、外部尺寸等可變;該平臺(tái)可衍生A0級(jí)（Polo）—B級(jí)（邁騰）多達(dá)60款不同的新車，在大眾、奧迪、斯柯達(dá)等品牌中得到極為廣泛的應(yīng)用。[1]

2.2 焊裝車間生產(chǎn)情況介紹

在目前的大眾MQB平臺(tái)中，我們假設(shè)車型A和車型B在同一個(gè)焊裝車間進(jìn)行混線生產(chǎn)，具體到某一個(gè)生產(chǎn)工位，其大致的混線生產(chǎn)情況如圖1所示。

也就是在一個(gè)具體的生產(chǎn)工位，車型A的零件會(huì)被首先放入到上件臺(tái)A中，然后抓手A再將上件臺(tái)A中的零件抓取，并放入到焊接臺(tái)中。焊接臺(tái)是將該工位放入的車型A的零件與上一個(gè)工位生產(chǎn)的車身總成進(jìn)行焊接，使之成為一個(gè)新的總成。車型B的零件在該工位的生產(chǎn)過程與車型A相同，而不同車型在焊接臺(tái)之間的切換，主要是通過焊接臺(tái)的翻轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，即焊接臺(tái)有兩個(gè)工作面，且焊接臺(tái)是可翻轉(zhuǎn)的。當(dāng)需要生產(chǎn)車型A時(shí)，將焊接臺(tái)翻轉(zhuǎn)到車型A的工作面，當(dāng)需要生產(chǎn)車型B時(shí)，再將焊接臺(tái)翻轉(zhuǎn)到車型B的工作面。

3 夾具碰撞問題識(shí)別和恢復(fù)

3.1 問題識(shí)別

在焊裝車間實(shí)際生產(chǎn)過程中，我們會(huì)遇到各種突發(fā)生產(chǎn)情況，其中較為常見的一種便是：如上圖2所示的焊接臺(tái)，由于機(jī)械故障或電氣故障，在生產(chǎn)車型B時(shí)，未能將焊接臺(tái)的工作面及時(shí)從A翻轉(zhuǎn)到B。而焊接臺(tái)車型A和車型B的工作面，包括抓手A和抓手B、零件A和零件B，在結(jié)構(gòu)上往往差異較大，如果相互之間發(fā)生匹配錯(cuò)位，例如上述描述的焊接臺(tái)的工作面未能及時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，已經(jīng)造成抓手B的夾具發(fā)生變形，且焊接臺(tái)車型A的工作面夾具也發(fā)生變形。我們以上述例子為案例，進(jìn)行問題識(shí)別的講解。

我們首先需要做的，是判斷該工位還是否可以繼續(xù)生產(chǎn)，如可繼續(xù)生產(chǎn)，先生產(chǎn)1-3輛份零件，在最靠近該工位的總成下件口，將碰撞發(fā)生后生產(chǎn)的總成，在此下件口搬運(yùn)出來。如不可繼續(xù)生產(chǎn)，馬上對(duì)夾具進(jìn)行緊急恢復(fù)調(diào)整。一般是通過生產(chǎn)過程中檢測(cè)開關(guān)有無報(bào)錯(cuò)，或生產(chǎn)過程中有無明顯的碰撞、干涉來初步判斷該工位是否可以繼續(xù)生產(chǎn)。

3.2 問題解決和驗(yàn)證

我們以相對(duì)來說較為復(fù)雜的情況為例進(jìn)行問題解決和驗(yàn)證討論，即上述案例的碰撞發(fā)生后，抓手B以及焊接臺(tái)車型A的工作面都發(fā)生了較為嚴(yán)重的變形，該工位已經(jīng)無法繼續(xù)生產(chǎn)。

3.2.1 問題初步解決和驗(yàn)證

首先，恢復(fù)抓手B變形嚴(yán)重的夾具，優(yōu)化抓手B的夾具或軌跡，使抓手B往焊接臺(tái)車型B的工作面上放件過程，無干涉發(fā)生。然后讓抓手B抓取上件臺(tái)B的零件，優(yōu)化抓手B的軌跡或上件臺(tái)B的夾具，使抓手B的抓件過程與上件臺(tái)B的夾具、零件均無干涉。之所以要按照上述流程進(jìn)行抓手B的恢復(fù)，主要是考慮以下幾點(diǎn)：

a）不變應(yīng)萬(wàn)變。由于只是抓手B的夾具遭到破壞，而上件臺(tái)B以及焊接臺(tái)車型B的工作面均沒有遭到破壞，所以應(yīng)該用沒有遭到破壞的夾具為基準(zhǔn)，去恢復(fù)遭到破壞的夾具;

b）提高恢復(fù)效率。優(yōu)先恢復(fù)抓手B到焊接臺(tái)的放件過程，再去優(yōu)化抓手B與放件臺(tái)B的抓件過程。一方面焊接臺(tái)是最重要的，只要滿足焊接臺(tái)無問題，整個(gè)車身的尺寸控制不會(huì)出問題;另一方面是減少可能的調(diào)整次數(shù)。先保證焊接臺(tái)，再去調(diào)整上件臺(tái)，最多只會(huì)調(diào)整一次，而先保證上件臺(tái)，再去調(diào)整焊接臺(tái)，可能需要經(jīng)過多次的調(diào)整。所以，需要優(yōu)先保證生產(chǎn)終點(diǎn)的夾具得到恢復(fù)。

然后，利用同樣的思路，再去恢復(fù)焊接臺(tái)車型A的工作面夾具。使焊接臺(tái)工作面A的夾具與抓手A在生產(chǎn)過程中無干涉現(xiàn)象發(fā)生。在夾具的調(diào)試過程中，我們需要注意以下內(nèi)容。首先，調(diào)試過程中要以?shī)A具的定位銷、定位面作為基準(zhǔn)，夾具的基準(zhǔn)不要輕易去調(diào);其次，分析檢測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)要結(jié)合關(guān)聯(lián)點(diǎn)，不要只顧片面的局部點(diǎn)，這樣往往會(huì)引發(fā)新的問題，得不償失;最后，調(diào)整數(shù)據(jù)必須詳細(xì)記錄，以備后續(xù)查證和驗(yàn)證。[2]

將遭到破壞的夾具都恢復(fù)之后，試生產(chǎn)一個(gè)新的車型A，在該工位之后工位最近的下件口，下一個(gè)最新生產(chǎn)的總成，利用鋼板尺或塞尺等測(cè)量工具與現(xiàn)場(chǎng)舊件進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，找到變化較大的位置，在焊接臺(tái)車型A的工作面進(jìn)行針對(duì)性?shī)A具調(diào)整。注意，車型B則不需要進(jìn)行如上述步驟的試生產(chǎn)和夾具調(diào)試，因?yàn)檐嚿鞡的焊接臺(tái)工作面夾具沒有問題，在該工位，只要保證焊接臺(tái)工作面夾具無問題，則該工位以及后續(xù)工位的生產(chǎn)都不會(huì)有問題。而我們已在之前的調(diào)試中，消除了抓手B的夾具遭到破壞產(chǎn)生的該工位生產(chǎn)不流暢問題，已經(jīng)完全消除該工位車型B的生產(chǎn)問題。

3.2.2 問題最終解決和驗(yàn)證

經(jīng)過問題初步解決和驗(yàn)證，基本上可以實(shí)現(xiàn)該工位以及后續(xù)工位的順暢生產(chǎn)，但是，該次抓手B與焊接臺(tái)工作面A的碰撞事故，并沒有完全消除。由于大眾集團(tuán)對(duì)于焊裝白車身車身尺寸的要求非常高，局部或整體的尺寸超過一定范圍，就有可能在后續(xù)工位發(fā)生零件裝配困難或外觀尺寸匹配抱怨。在某些極重要的區(qū)域，甚至要求白車身的尺寸波動(dòng)不能超過±0.3mm。

基于此，我們還需要額外借助其它設(shè)備和技術(shù)來進(jìn)行問題精確解決和驗(yàn)證。在當(dāng)下的實(shí)際生產(chǎn)中，在線測(cè)量技術(shù)被廣泛運(yùn)用。

現(xiàn)有的白車身在線測(cè)量系統(tǒng)，多采用機(jī)器人式系統(tǒng)，該系統(tǒng)將傳感器固定在機(jī)器人末端，構(gòu)成一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)子系統(tǒng)，再由2～4個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成在線測(cè)量系統(tǒng)，如下圖2所示。

機(jī)器人式系統(tǒng)柔性高、傳感器數(shù)量少。[3]一般是在焊裝車間每條大的生產(chǎn)線最后，會(huì)有一個(gè)單獨(dú)的在線測(cè)量工位，用于整條大的生產(chǎn)線所生產(chǎn)的車身總成的在線測(cè)量尺寸監(jiān)控，生產(chǎn)的每臺(tái)車都會(huì)進(jìn)行測(cè)量，考慮到生產(chǎn)節(jié)拍，主要是監(jiān)控重要的尺寸。在目前已恢復(fù)正常生產(chǎn)的情況下，我們一般會(huì)先試生產(chǎn)3-5臺(tái)車，并運(yùn)用在線測(cè)量工位，對(duì)進(jìn)行過夾具調(diào)整的對(duì)應(yīng)車身區(qū)域進(jìn)行尺寸監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)較明顯的尺寸突變，我們就會(huì)針對(duì)尺寸突變的區(qū)域，在發(fā)生碰撞的工位，進(jìn)行進(jìn)一步的夾具調(diào)整和優(yōu)化，直到在線測(cè)量系統(tǒng)無尺寸變異。

截至目前，該次抓手B與焊接臺(tái)工作面A的碰撞事故，依然沒有完全消除。因?yàn)樵诰€測(cè)量雖然較為便捷，可以在事故發(fā)生后馬上進(jìn)行測(cè)量和驗(yàn)證，但是在線測(cè)量本身的測(cè)量精度還不能達(dá)到要求，這個(gè)時(shí)候需要采用精度更高的離線三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，進(jìn)行本次碰撞事故尺寸恢復(fù)效果的最終驗(yàn)證。通常來說，三坐標(biāo)的測(cè)量精度能夠?qū)崿F(xiàn)20-150微米。如果使用超高精度的三坐標(biāo)測(cè)量值，它的精度甚至低于一微米以下。[4]

在進(jìn)行完在線測(cè)量驗(yàn)證和調(diào)試后，將最新合成的總成送離線三坐標(biāo)測(cè)量，進(jìn)行最終驗(yàn)證，根據(jù)三坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果，再看是否需要進(jìn)一步尺寸優(yōu)化、夾具調(diào)整。同時(shí)，在整個(gè)問題識(shí)別、問題解決和驗(yàn)證過程中，如遇到重大的夾具碰撞事故，且碰撞面積較大，一般會(huì)使用激光跟蹤儀，對(duì)恢復(fù)前后的該碰撞夾具進(jìn)行測(cè)量，以指導(dǎo)如何進(jìn)行夾具恢復(fù)，和確認(rèn)恢復(fù)完成的夾具狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)描述了汽車模塊化生產(chǎn)平臺(tái)中，焊裝夾具發(fā)生相互碰撞，主要是抓手機(jī)器人與焊接臺(tái)夾具發(fā)生相互碰撞時(shí)，如何進(jìn)行問題識(shí)別、問題解決和驗(yàn)證。較為系統(tǒng)地闡釋整個(gè)工作流程和思路，采用該工作流程和思路，能夠快速有效地解決問題，大大降低生產(chǎn)成本和返修成本。

參考文獻(xiàn)：

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