淺談新車(chē)型導(dǎo)入柔性主線(xiàn)的邊界分析方法

董學(xué)羽　伍佳　鐘第軍

摘 要：本文介紹了柔性線(xiàn)組成和優(yōu)勢(shì)，總結(jié)新車(chē)型導(dǎo)入工藝分析的重點(diǎn)與難點(diǎn)，并整理歸納了關(guān)鍵約束條件：白車(chē)身通過(guò)性、輸送定位可行性、夾具定位可行性、焊接通過(guò)性和可達(dá)性，即可快速判斷白車(chē)身導(dǎo)入可行性。

關(guān)鍵詞：車(chē)身線(xiàn) 車(chē)型導(dǎo)入 邊界分析 約束

1 前言

隨著人民生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)品質(zhì)追求變高，加之近幾年汽車(chē)市場(chǎng)低迷，銷(xiāo)售業(yè)績(jī)跌落，產(chǎn)能過(guò)剩等問(wèn)題影響的情況下，車(chē)企為謀求生存與發(fā)展更是推出智能駕駛，互聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)，新能源汽車(chē)等一些列車(chē)型， 傳統(tǒng)單一車(chē)型大批量的制造模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，汽車(chē)企業(yè)將車(chē)型快速迭代、品種多樣化、個(gè)性化、小批量混流生產(chǎn)作為重要細(xì)分及占領(lǐng)市場(chǎng)銷(xiāo)量的手段與方式，因此對(duì)于汽車(chē)的制造要求柔性程度更高。在汽車(chē)制造的四大工藝中，白車(chē)身的焊接車(chē)間標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化、自動(dòng)化程度最高，設(shè)備及工藝最為復(fù)雜，本文對(duì)約束車(chē)型導(dǎo)入柔性線(xiàn)因素進(jìn)行整理，有利于為車(chē)型制造項(xiàng)目規(guī)劃提供依據(jù)及決策指導(dǎo)，為標(biāo)準(zhǔn)化柔性線(xiàn)建設(shè)與改造提供參考，下文將影響因素進(jìn)行展開(kāi)論述。

2 柔性線(xiàn)介紹

柔性焊裝線(xiàn)通常指能夠通過(guò)工裝夾具切換和電氣控制程序切換等方法實(shí)現(xiàn)不同車(chē)型的車(chē)身拼裝焊接的生產(chǎn)線(xiàn)[1]。一般柔性主線(xiàn)包括下車(chē)體總拼區(qū)域和總拼區(qū)域，涉及的設(shè)備可以分為共用基礎(chǔ)設(shè)備及車(chē)型專(zhuān)用設(shè)備。柔性主線(xiàn)具備以下優(yōu)勢(shì)[2]：

1）車(chē)型導(dǎo)入速度快、成本低。在車(chē)型導(dǎo)入時(shí)，因?yàn)樯a(chǎn)線(xiàn)柔性程度高，僅需要對(duì)部分設(shè)備及車(chē)型專(zhuān)屬夾具進(jìn)行部分適應(yīng)性改造，導(dǎo)入周期和改造成本大大降低;

2）設(shè)備利用率高。一款車(chē)型的壽命約為3-5年，而生產(chǎn)設(shè)備的壽命最高可達(dá)10年以上。柔性線(xiàn)在某個(gè)車(chē)型退市時(shí)，可以繼續(xù)生產(chǎn)其它車(chē)型，充分利用設(shè)備壽命，避免重復(fù)開(kāi)發(fā)與投入;

3）市場(chǎng)響應(yīng)快。車(chē)型導(dǎo)入后，能夠快速切換生產(chǎn)不同車(chē)型，通過(guò)調(diào)整排產(chǎn)計(jì)劃、平衡不同車(chē)型的產(chǎn)能及供應(yīng)鏈物流配送，幫助企業(yè)迅速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化;

4）生產(chǎn)管理難度低。不同車(chē)型使用相似的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，自動(dòng)化程度高，降低生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制、生產(chǎn)線(xiàn)維護(hù)難度，提升人員熟練程度和產(chǎn)品質(zhì)量。

3 白車(chē)身導(dǎo)入分析

新產(chǎn)品導(dǎo)入柔性線(xiàn)時(shí)，一般根據(jù)制造策略及產(chǎn)品3D數(shù)模，分析新導(dǎo)入車(chē)型與產(chǎn)線(xiàn)原有車(chē)型的外形差異、結(jié)構(gòu)差異、定位差異和工藝差異，確定標(biāo)準(zhǔn)工藝流程清單，再進(jìn)行工藝可行性分析和工裝可行性分析[3]。一般來(lái)說(shuō)，工裝部分對(duì)項(xiàng)目成本和周期影響較大，容易會(huì)引起其它區(qū)域的關(guān)聯(lián)更改。一般基于改造量最小原則、同平臺(tái)共用策略、跨平臺(tái)少改動(dòng)策略，減少工裝更改的工作量，以及由于工裝變更引起的工藝、尺寸調(diào)試和驗(yàn)證工作，從而減少車(chē)型導(dǎo)入的成本和周期。

4 分析方法

公司目前擁有多條柔性主線(xiàn)，通過(guò)梳理以往線(xiàn)體開(kāi)發(fā)、車(chē)型導(dǎo)入及調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下3類(lèi)6個(gè)關(guān)鍵維度的約束條件：

1）白車(chē)身通過(guò)性：車(chē)身上下線(xiàn)口安全通過(guò)尺寸、白車(chē)身工位間輸送;

2）工作位與夾具定位可行性：下車(chē)體定位策略、上車(chē)體夾具定位可行性;

3）機(jī)器人焊接可行性：焊鉗通過(guò)性、機(jī)器人可達(dá)性。

4.1 白車(chē)身通過(guò)性校核

白車(chē)身的通過(guò)性校核，指的是在車(chē)型導(dǎo)入前，通過(guò)校核白車(chē)身參數(shù)與車(chē)身線(xiàn)參數(shù)等內(nèi)容，判斷白車(chē)身從車(chē)身線(xiàn)首工位流轉(zhuǎn)至末工位的可行性。

1）白車(chē)身上下線(xiàn)及工位間安全輸送尺寸校核

因白車(chē)身總拼焊接后的輪廓尺寸最大，因此在導(dǎo)入主線(xiàn)分析中，需要對(duì)比白車(chē)身的長(zhǎng)寬尺寸與下線(xiàn)口的大小，確保白車(chē)身單側(cè)外輪廓點(diǎn)與下線(xiàn)口內(nèi)邊界距離大于等于50mm以上。

同時(shí)，車(chē)身超出滑撬后，要對(duì)車(chē)身前（后）端點(diǎn)與工位間的安全光柵空間距離進(jìn)行確認(rèn)，避免車(chē)身對(duì)安全光柵信號(hào)產(chǎn)生干涉觸發(fā)，對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏及人機(jī)安全產(chǎn)生影響。

2）白車(chē)身工位間輸送通過(guò)性校核

按照主線(xiàn)零件的上件均在線(xiàn)體兩側(cè)的特點(diǎn)以及線(xiàn)旁設(shè)備大部分在線(xiàn)體輸送方向的兩側(cè)布置特點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注總拼定位工位（如圖1）、零件抓手上件定位工位（如圖2），滿(mǎn)足車(chē)身寬度與線(xiàn)旁設(shè)備的Y向距離尺寸，需要滿(mǎn)足安全閾值（白車(chē)身單側(cè)外輪廓點(diǎn)與掃略點(diǎn)的邊界距離大于等于25mm以上）即可。

4.2 工作位與夾具定位可行性

工作位，即車(chē)身在隨行夾具上及車(chē)身相對(duì)于關(guān)鍵總拼主夾具的位置。即分析總拼主夾具工位的約束條件，初步確定工作位，再對(duì)其他工位的約束條件進(jìn)行校核。

1）下車(chē)體的定位策略

主線(xiàn)使用高速滾床進(jìn)行工位間輸送，使用隨行夾具對(duì)白車(chē)身進(jìn)行定位，具有柔性化高和輸送效率高的優(yōu)勢(shì)[4]。一般隨行夾具在車(chē)身X向布置有4組定位模塊，可以通過(guò)各個(gè)模塊的狀態(tài)變化或者整體切換，實(shí)現(xiàn)多車(chē)型的柔性生產(chǎn)。

導(dǎo)入車(chē)型與該產(chǎn)線(xiàn)量產(chǎn)車(chē)型同平臺(tái)時(shí)，下車(chē)體完全共用或者結(jié)構(gòu)差異較小，可以實(shí)現(xiàn)下車(chē)體的定位點(diǎn)1至4共用（如圖3），那么車(chē)身在主線(xiàn)中的位置已經(jīng)確定，僅需重點(diǎn)對(duì)車(chē)身的寬度（本文3.1章節(jié)已介紹）、高度進(jìn)行校核。

導(dǎo)入車(chē)型與該產(chǎn)線(xiàn)量產(chǎn)車(chē)型屬于不同平臺(tái)時(shí)，如果導(dǎo)入車(chē)型還處于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，則對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)提出制造要求，在下車(chē)體上開(kāi)出兼容性共用定位孔，以便共用隨行夾具定位單元。如果導(dǎo)入車(chē)型是已有產(chǎn)品，則以改造量最小為原則，對(duì)隨行夾具進(jìn)行兼容性改造。

2）上車(chē)體夾具定位可行性

主線(xiàn)總拼工位是最關(guān)鍵的考慮因素，在車(chē)身的長(zhǎng)度方向即X方向，需要校核車(chē)身尾部與總拼主夾具立柱之間空間，以確保焊接后端板的機(jī)器人焊鉗通道且后部夾具有充足的布置空間如圖4，滿(mǎn)足焊點(diǎn)可達(dá)性情況下的姿態(tài)與安全空間。

車(chē)身高度涉及對(duì)總拼定位夾具的空間干涉、以及夾具布置空間可行性。一般對(duì)于圖示5箭頭區(qū)域檢查高度垂直距離不能低于50mm，以免預(yù)裝尺寸超差、主夾具進(jìn)入白車(chē)身過(guò)程中發(fā)生刮擦干涉。同時(shí)，夾具橫梁框架上有定位夾具，占用Z向的安裝空間約80mm左右，因此車(chē)頂部距離上部的空間垂直距離尺寸也不能低于100mm。

4.3 焊接通過(guò)性和可達(dá)性校核

1）焊接通過(guò)性

焊接通過(guò)性，是指在焊鉗進(jìn)出路徑和焊接位置上，工裝等設(shè)備與車(chē)身之間有足夠的空間，供焊鉗無(wú)干涉地通過(guò)。前期方案評(píng)估時(shí)，需要重點(diǎn)檢查下車(chē)體補(bǔ)焊焊鉗的通過(guò)性。因?yàn)橹骶€(xiàn)上還有大量的下車(chē)體補(bǔ)焊、以及側(cè)圍裙邊位置的焊點(diǎn)，需要焊鉗從車(chē)身與輸送定位工裝之間經(jīng)過(guò)。

一般下車(chē)體區(qū)域尺寸最大的焊鉗是焊接中央通道的焊鉗，從輸送定位工裝與車(chē)身之間通過(guò)時(shí)的尺寸關(guān)系如圖6所示。大梁底部與輸送定位工裝基礎(chǔ)的距離L應(yīng)該大于焊鉗尺寸H，而且上下都要預(yù)留安全距離，避免進(jìn)出過(guò)程中焊鉗與車(chē)身碰撞，即L=H+2S。

2）焊接可達(dá)性

確定車(chē)身在輸送設(shè)備上的位置時(shí)，車(chē)身位置高度方向的下限，需要確保焊接下車(chē)體時(shí)的焊鉗通過(guò)性。同時(shí)，車(chē)身位置高度方向的上限受到機(jī)器人可達(dá)性的限制。

機(jī)器人的焊接可達(dá)性，即機(jī)器人通過(guò)不同關(guān)節(jié)的協(xié)同工作，使得焊鉗達(dá)到特定的焊接位置和焊接姿態(tài)的能力。超出機(jī)器人可達(dá)范圍的焊點(diǎn)無(wú)法焊接，一般要求機(jī)器人預(yù)留5%-10%的行程余量。頂蓋區(qū)域焊點(diǎn)位置在白車(chē)身頂部，焊接頂蓋橫梁時(shí)使用C槍從上部進(jìn)槍?zhuān)瑢?duì)機(jī)器人的高度非常敏感。如圖7所示焊接姿態(tài)，機(jī)器人在Z向的行程余量較小，車(chē)身位置再提高就可能無(wú)法焊接，需要對(duì)此區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)校核。

5 結(jié)論

本文首先介紹了柔性線(xiàn)的組成和優(yōu)勢(shì)，并介紹了車(chē)型導(dǎo)入時(shí)的邊界分析方法。生產(chǎn)線(xiàn)的升降機(jī)工位、主夾具工位和有線(xiàn)旁定位工裝的工位，需要滿(mǎn)足白車(chē)身無(wú)干涉通過(guò)的要求。輸送定位確定的車(chē)身位置，需要滿(mǎn)足主夾具工位的工裝布置需求，以及焊接前地板、后端板區(qū)域的焊鉗通過(guò)性，以及焊接頂蓋前橫梁區(qū)域的機(jī)器人可達(dá)性。同時(shí)，還需要考慮留出的空間是否滿(mǎn)足輸送定位單元的設(shè)計(jì)需求。綜合以上的邊界分析方法，能對(duì)車(chē)型導(dǎo)入的可行性進(jìn)行快速準(zhǔn)確地評(píng)估。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝寧，覃鑫.多品種柔性焊裝線(xiàn)工藝規(guī)劃研究[J].裝備制造技術(shù)，2016，7：128-130.

[2]劉增昌.車(chē)身標(biāo)準(zhǔn)化柔性生產(chǎn)線(xiàn)的探討[J]. 汽車(chē)工藝師，2015，6：26-31.

[3]唐文燦，陶杰，陳強(qiáng). 新車(chē)型導(dǎo)入柔性主線(xiàn)的分析研究[J].焊接技術(shù)，2020，4：66-68.

[4]張濤，馮志鵬.一種柔性車(chē)型工裝臺(tái)車(chē)在白車(chē)身焊裝主線(xiàn)上的應(yīng)用[J].制造與工藝，2021，10：127-129.