機器人柔性總拼技術(shù)在南京依維柯焊裝線上的應用

朱 彧，孔 坤，吳 斌

機器人柔性總拼技術(shù)在南京依維柯焊裝線上的應用

朱 彧，孔 坤，吳 斌

（南京依維柯汽車有限公司整車廠，江蘇 南京 211806）

汽車車身制造過程中，白車身總拼焊裝技術(shù)是保證整車裝配質(zhì)量的重中之重。文章介紹了汽車白車身柔性總拼的幾種形式，并著重分析了機器人柔性總拼在南京依維柯汽車產(chǎn)品白車身總焊線上的應用，通過利用現(xiàn)有資源合理工藝布局，提高車身焊裝生產(chǎn)工藝水平及車身焊裝質(zhì)量。

機器人；柔性總拼技術(shù)；汽車車身；焊裝技術(shù)

依維柯汽車產(chǎn)品系列豐富多樣，涵蓋輕型客車、中型客車、輕型載貨車、軍用越野車以及各類改裝專用車等200余種車型，極大地滿足市場多元化需求。但作為制造汽車的整車廠而言，面對生產(chǎn)如此繁多的車型，既要達到整車裝配質(zhì)量要求，又要滿足小批量、多品種生產(chǎn)方式，選擇合理的白車身柔性總拼焊裝技術(shù)才是保證生產(chǎn)制造的關(guān)鍵因素。

1 白車身焊裝線總拼焊裝技術(shù)介紹

1.1 單一總拼技術(shù)

1.1.1平移式總拼技術(shù)

平移式總拼技術(shù)是汽車白車身總焊線早期采用的總拼技術(shù)，即將白車身的左、右側(cè)圍總成人工裝載在工位兩側(cè)的側(cè)圍定位夾具中（夾具垂直于地面），通過夾具向平移定位、夾緊的方式實現(xiàn)白車身合拼的技術(shù)。

1.1.2翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)

翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)與平移總拼技術(shù)大體相同，也是先將白車身的左、右側(cè)圍總成人工裝載在工位兩側(cè)的側(cè)圍定位夾具中（夾具與地面有傾角或平行），通過側(cè)圍定位夾具翻轉(zhuǎn)到位、夾緊的方式實現(xiàn)白車身合拼。

1.1.3平移+翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)

平移式+翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)即前兩項技術(shù)的合并版本，白車身的左、右側(cè)圍總成自動裝載在工位兩側(cè)的側(cè)圍定位夾具中（夾具平行與地面），側(cè)圍定位夾具夾緊工件翻轉(zhuǎn)90度（垂直于地面），然后通過向平移定位、夾緊的方式實現(xiàn)白車身合拼的技術(shù)。

1.1.4小結(jié)

這三種總拼技術(shù)子云相如、異曲同工，都是預先將左右、側(cè)圍總成裝載工位的側(cè)圍定位夾具中，然后通過側(cè)圍定位夾具平移或翻轉(zhuǎn)的形式實現(xiàn)白車身合拼。不同之處在于平移總拼技術(shù)和翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)側(cè)圍總成采用人工吊運裝載的方式，而平移+翻轉(zhuǎn)總拼技術(shù)具有一定的先進性，通過機械傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)了側(cè)圍總成自動裝載，大大提高了工作效率。

采用單一總拼技術(shù)的白車身生產(chǎn)線由于無車型切換需求，設(shè)備工裝相對專用、穩(wěn)定，因此，設(shè)備故障率低、拼焊精度高、整車裝配質(zhì)量較高[1]。但隨著汽車市場的多元化需求越來越高，單一總拼技術(shù)由于車型升級換型的改造工作對生產(chǎn)線影響太大，已經(jīng)逐漸不被汽車制造廠商采用。

1.2 柔性總拼技術(shù)

更快地推陳出新、更快地更新?lián)Q代是占領(lǐng)汽車市場的關(guān)鍵所在，柔性化生產(chǎn)線是各汽車制造商既快速又節(jié)約投資的主要手段，而柔性總拼技術(shù)又是柔性化生產(chǎn)線實現(xiàn)的關(guān)鍵所在。

柔性總拼技術(shù)主要是將不同車型側(cè)圍定位夾具在工位中實現(xiàn)存儲，然后通過快速切換不同側(cè)圍定位夾具來實現(xiàn)不同車型白車身總拼工作的技術(shù)[2]。

1.2.1多面體總拼技術(shù)

多面體總拼技術(shù)是將不同車型的側(cè)圍定位夾具固定在多面體上，通過多面體的中軸旋轉(zhuǎn)進行側(cè)圍定位夾具切換實現(xiàn)不同車型白車身總拼工作的技術(shù)。多面體的中軸旋轉(zhuǎn)方式可以分為垂直軸旋轉(zhuǎn)方式和水平軸旋轉(zhuǎn)方式，三面體總拼技術(shù)一般采用垂直軸旋轉(zhuǎn)方式（圖1），而四面體總拼技術(shù)多采用水平軸旋轉(zhuǎn)方式。

圖1 三面體案例

三面體總拼技術(shù)的動作順序：大地板總成傳輸至總拼工位－機器人抓取側(cè)圍總成裝載至側(cè)圍定位夾具－多面體旋轉(zhuǎn)至工作位－側(cè)圍定位夾具從多面體滑移至工作位夾緊－裝配頂橫梁連接件及焊接－側(cè)圍定位夾具打開、滑移至多面體－多面體旋轉(zhuǎn)至上件位（同步完成車型切換）。

多面體總拼技術(shù)側(cè)圍定位夾具存儲只占一個工位，占地面積和投資費用相對較小，車型切換15 s以內(nèi)，整車拼焊質(zhì)量相對穩(wěn)定；由于多面體旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和夾具滑移軌道等占用了大量地面空間，因此，地面的機器人布置相對困難，導致白車身總拼時下部預點位置較少，比較適合有預搭扣設(shè)計的車型。

1.2.2OPEN GATE總拼技術(shù)

OPEN GATE總拼技術(shù)簡稱開放式總拼或堆?？偲醇夹g(shù)，生產(chǎn)線充分利用地上、地下或者空中等場地進行側(cè)圍定位夾具存儲[3]，然后通過GATE自動更換系統(tǒng)切換側(cè)圍定位夾具實現(xiàn)不同車型白車身總拼工作的技術(shù)（圖2）。

圖2 OPEN GATE案例

工位的動作順序：側(cè)圍定位夾具滑移至工位臺（與大地板總成傳輸同步）－大地板總成傳輸至總拼工位－機器人抓取側(cè)圍總成裝載至工作臺的側(cè)圍定位夾具－工作臺（帶側(cè)圍定位夾具）滑移至工作位夾緊－裝配頂橫梁連接件及焊接－工作臺（帶側(cè)圍定位夾具）打開、滑移至上件位（同步完成車型切換）。

OPEN GATE總拼技術(shù)的側(cè)圍定位夾具的存儲數(shù)量是開放式的，標準化模塊嵌入，擴展車型可以預留場地、分期投入；車型切換15 s以內(nèi)，滿足多車型共線生產(chǎn)，在汽車制造業(yè)頗受歡迎。該技術(shù)自動化程度高，加上車型切換頻繁，繁多的電子元器件一旦維護不到位就會產(chǎn)生各種信號故障，導致故障率上升。

1.2.3拼裝總拼技術(shù)

拼裝總拼技術(shù)又稱框架總成技術(shù)或機器人拼裝總拼技術(shù)，是將白車身側(cè)圍定位夾具設(shè)計成機器人定位抓具，不同車型的定位抓具布置在相應位置，機器人通過快換裝置切換不同車型的定位抓具，實現(xiàn)白車身拼焊工作[4]。各抓具向與地板夾具鎖定，抓具之間通過、向互鎖機構(gòu)進行連接，形成一個整體框架[5-6]，最大可能保證整體定位精度（圖3）。

圖3 拼裝總拼案例

工位的動作順序：大地板總成傳輸至總拼工位－機器人抓具抓取工件至工作位定位、夾緊－機器松開抓具切換焊鉗進行預點焊－機器人松開焊鉗切換抓具－機器人抓具打開、歸位（同步完成車型切換）。

拼裝總拼技術(shù)通過機器人切換不同車型的抓具實現(xiàn)柔性生產(chǎn)，由于抓具結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、車型切換快、生產(chǎn)效率高，受到汽車制造商的一致好評。

拼裝總拼技術(shù)的不足之處在于白車身進行總拼時對機器人抓具框架的強度載荷要求較高，抓具的本體無法采用質(zhì)量較輕的鋁制八角管，只能采用強度較高的無縫鋼管進行焊接成型，導致抓具本體相對較重；而此技術(shù)中的機器人不僅要承擔抓件、定位，還要進行合拼、焊接工作，大負載的機器人運行速度又滿足不了汽車生產(chǎn)線的高節(jié)拍要求，只能通過減少抓具上的定位、夾緊機構(gòu)來滿足機器人負載要求，減少了白車身控制點，白車身整體裝配精度就難以保證，所以該技術(shù)比較適合較小的車型。

2 依維柯汽車總焊線柔性總拼應用

2.1 工藝規(guī)劃方案

2.1.1Turbo Daily產(chǎn)品介紹

依維柯Turbo Daily車型是我國汽車市場的經(jīng)典輕客產(chǎn)品，20世紀90年代上市，至今在國內(nèi)市場仍舊暢銷不衰。該系列產(chǎn)品的投產(chǎn)不僅揭開了國內(nèi)輕型商用車發(fā)展的新篇章，更加速了這一細分市場的多元化，深刻影響了中國輕型商用車領(lǐng)域的發(fā)展進程。

目前，Turbo Daily系列輕客產(chǎn)品白車身總焊線仍舊在南京依維柯汽車有限公司投產(chǎn)運行，該系列產(chǎn)品白車身有兩種軸距、三種長度。

2.1.2白車身總焊線布局

Turbo Daily系列輕客產(chǎn)品白車身總焊線是一條有著傳統(tǒng)工藝的手工線焊接線，線長105 m，線寬10 m，占地面積1 020 m2（圖4）；主線由12個工位組成，工位節(jié)距8.5 m，每個工位設(shè)置升降傳輸輥床，輥床長度7.5 m，傳輸滑撬長度5.6 m，工位間采用滑撬往復循環(huán)傳輸；生產(chǎn)線人工上件裝配、焊接為主，機器人輔助補焊工作，自動化率10%。主線凈節(jié)拍（JPH8）=設(shè)計節(jié)拍（9.4）×設(shè)備開動率（0.9）×工時利用率（0.937 5），輕客白車身單臺工時≤382.5 s/工位。

圖4 Turbo Daily總焊線工藝布局

總拼工位采用單一總拼技術(shù)生產(chǎn)依維柯輕客白車身，工位結(jié)構(gòu)簡單、故障率低、拼焊質(zhì)量好，線體投資費用低，制造周期。

2.2 融入拼裝總拼技術(shù)

2.2.1共線車型介紹

依維柯輕型客車有三大系列：TD、PD、AD，每個系列都有卡車車型，每種卡車車型中又都有單排、雙排駕駛室之分。

如此多的卡車駕駛室如果單獨建造生產(chǎn)線進行白車身生產(chǎn)不僅需要增加投資費用，而且需要新增廠房及相應物流區(qū)域面積，并且汽車市場變化多端，產(chǎn)能的不均衡也會造成人員浪費。經(jīng)過制造工程（Manufactur Engineering, ME）技術(shù)人員反復分析和討論，最終決定采用機器人拼裝總拼技術(shù)將卡車駕駛室白車身并入Turbo Daily白車身總焊線進行共線生產(chǎn)。

2.2.2共線方案布局

Turbo Daily白車身總焊線共線工藝方案（圖5）：將OP020人工補焊工位調(diào)整為卡車柔性總拼工位，新增4臺七軸機器人及設(shè)備、工裝用于生產(chǎn)依維柯卡車白車身；OP040輕客單一總拼工位保留，仍舊生產(chǎn)依維柯輕客白車身，其余工位做共線生產(chǎn)適應性改造。即輕客車型白車身總成生產(chǎn)時，OP020工位大地板總成補焊的工藝內(nèi)容由機器人取代人工完成；卡車車型白車身總成生產(chǎn)時，OP020工位為拼裝總拼工位，機器人切換車型抓具完成白車身拼焊工作，其余工位完成剩余的裝配、補焊工作。

圖5 Turbo Daily總焊線共線工藝布局

2.2.3共線方案優(yōu)點

生產(chǎn)場地無改變，節(jié)約了土建、公配投資費用；生產(chǎn)線工藝布局無改變，減少了工藝重復投資費用；生產(chǎn)線操作人員減少，合理調(diào)配人力資源共用；方案合理安排生產(chǎn)計劃，滿足小批量多品種市場需求。

2.3 機器人拼裝總拼詳細方案

2.3.1工藝平面布局圖介紹

機器人拼裝總拼工藝平面布局如圖6所示。

圖6 機器人拼裝總拼工藝布局

上件工藝方案：卡車駕駛室白車身四大片體（左側(cè)圍焊接總成、右側(cè)圍焊接總成、后圍板焊接總成、前風窗分體焊接總成）的上件臺分別布置在總拼工位的四個角落，人工在線下先將焊接總成件放置在精定位料架中，然后將精定位料架推運至上件臺位置鎖定。

抓具工藝方案：每個系列四大片體的機器人抓具通用設(shè)計（例：TD車型單排和雙排的側(cè)圍焊接總成抓具通用），三個系列卡車車型共計12副機器人抓具分布在總拼工位兩側(cè)。

機器人工藝方案：4臺機器人分步在兩條七軸軌道上（R1和R2共軌，R3和R4共軌），完全覆蓋所有抓具和上件臺工作位置。

工位的動作順序：大地板總成傳輸至總拼工位－機器人抓具從精定位料架抓件至工作位定位、夾緊、互鎖－機器人松開抓具切換焊鉗進行預點焊－機器人歸位焊鉗并切換抓具－機器人抓具打開、歸位（同步完成車型切換）。

2.3.2地板夾具柔性定位

地板夾具定位機構(gòu)采用伸縮或翻轉(zhuǎn)方式進行各車型定位切換；側(cè)圍抓具定位機構(gòu)固定不變，通過選裝不同側(cè)圍抓具進行車型切換；后圍抓具定位機構(gòu)固定不變，通過選裝不同后圍抓具并裝載向不同位置進行車型切換，如圖7所示。

圖7 地板夾具定位圖解

2.3.3拼裝抓具定位柔性

抓具的下部與地板夾具定位機構(gòu)向鎖定，抓具的左/右上角、位置相互鎖定，形成框架總拼結(jié)構(gòu)，保證白車身整體定位精度（圖3）；特別是左、右側(cè)圍總成抓具的中部增加了互鎖設(shè)計，加強穩(wěn)定框架結(jié)構(gòu)尺寸。

2.3.4機器人選型

機器人抓具在抓件后總重量約550 kg，考慮到線體節(jié)拍不高和后期產(chǎn)品設(shè)變等相關(guān)因素，直接采用KUKA KR600機器人（工作范圍2 830 mm，負載600 kg）。這款機器人的使用滿足了機器人抓具的負載需求，不僅對生產(chǎn)線JPH無影響，同時也保證了總拼工位白車身的整體裝配精度。

2.4 工時平衡

2.4.1工時不平衡

Turbo Daily輕客車型最大白車身長度5 900 mm，依維柯卡車車型最短白車身長度2 050 mm。機器人拼裝總拼技術(shù)雖然解決了共線生產(chǎn)的難題，由于輕客白車身和卡車白車身長度差異大，工作內(nèi)容也不一樣，在一條總焊線上進行混線生產(chǎn)極易引發(fā)工時不平衡，造成了資源浪費。

2.4.2平衡生產(chǎn)工時

根據(jù)2臺卡車白車身同步生產(chǎn)工時相加<1臺輕客白車身生產(chǎn)工時的測算數(shù)據(jù)，ME技術(shù)人員決定將2臺卡車白車身布置在一個滑撬上進行同步生產(chǎn)傳輸，解決混線生產(chǎn)時的工時不平衡。

2.4.3“一撬雙卡”工藝布局方案

Turbo Daily白車身總焊線OP020工位為機器人拼裝總拼工位，無法進行2臺卡車白車身同步生產(chǎn)，因此優(yōu)化此工位的卡車白車身工藝內(nèi)容，使生產(chǎn)工時≤191.25 s，達到工時平衡（即在一個輕客白車身工時382.5 s內(nèi)，完成2臺卡車白車身生產(chǎn)并傳輸?shù)较碌拦ば颍?。同時OP030緩存工位調(diào)整為轉(zhuǎn)撬工位，在此工位將2臺卡車白車身移載至同一個滑撬上，實現(xiàn)“一撬雙卡”；后續(xù)工位做兩臺卡車白車身同步生產(chǎn)的適應性改造。

2.4.4“一撬雙卡”實施內(nèi)容

工時可以優(yōu)化，工藝可以調(diào)整，實施“一撬雙卡”難點在于如何實現(xiàn)兩臺白車身共撬。人工吊運方式存在安全風險，PICKUP接駁方式投資費用較高，機器人移載方式場地占用較大。ME技術(shù)人員經(jīng)過反復推敲、驗證，在既有傳輸方式上設(shè)計出一個安全、省錢、合理的技術(shù)方案。

將OP030單工位長度和升降輥床長度同時調(diào)整為10 m（具備兩臺卡車白車身共撬條件）；OP040－OP110滑撬長度調(diào)整為7 m（具備兩臺卡車白車身共撬條件）；

“一撬雙卡”動作順序（圖8）：OP020第一臺卡車白車身總拼拼焊工作完成（171 s）－滑撬托起白車身傳輸至OP030的A位置（181 s）－滑撬返回OP020（191 s）－OP020第二臺卡車白車身總拼拼焊工作完成（362 s）－滑撬托起白車身傳輸至OP030的B位置（372 s）－滑撬返回OP020（382 s）。

卡車生產(chǎn)時：需倍數(shù)連續(xù)排產(chǎn)（單數(shù)無法實現(xiàn)雙卡）；OP040及后續(xù)工位的滑撬在OP030工位兩臺卡車白車身同步后才能回位（OP020第二臺卡車傳輸時，OP030不能有滑撬，需程序控制）。

3 總結(jié)

機器人拼裝總拼技術(shù)在依維柯輕卡生產(chǎn)線上的應用，解決了依維柯車型輕客、卡車共線的難題，用較小的工藝投資費用，滿足小批量、多品種的市場需求，實施效果顯著。同時，在生產(chǎn)組織上大膽實施“一撬雙卡”方案，解決混線生產(chǎn)的工時不平衡問題，不僅鍛煉了員工隊伍，還為今后的技術(shù)改造和設(shè)備維修工作積累了豐富的經(jīng)驗。

適合的工藝設(shè)備，能夠保證穩(wěn)定工序質(zhì)量；合理的工藝布局，能夠有效地提高生產(chǎn)效率；柔性總拼的多車型切換技術(shù)確實解決了汽車主機廠的生產(chǎn)難題，但如何讓柔性總拼達到滿意的白車身焊接質(zhì)量還需要技術(shù)人員們進行進一步地探索和研究。

[1] 劉大順,邵珊珊.白車身柔性總拼技術(shù)研究及在焊裝生產(chǎn)線中的應用[J].時代汽車,2019(16):110-112.

[2] 石海波,黃海,陳龍,等.白車身焊裝柔性總拼工裝平臺的設(shè)計與研究[J].裝備制造技術(shù),2020(11):25-28.

[3] 李紅華,張旭光.框架式柔性總拼技術(shù)在商用車焊裝線上的應用[J].汽車工藝與材料,2017(9):61-65.

[4] 李魯彪.白車身柔性總拼工位研究[J].環(huán)境技術(shù), 2021(3):198-203,209.

[5] 李金山,李彥賀,溫強龍,等.淺談機器人在線檢測技術(shù)在車身制造中的應用[J].汽車實用技術(shù),2018,43 (8):112-114.

[6] 黃海,王磊,惠智剛,等.汽車多車型高效隨機切換的柔性總拼系統(tǒng)設(shè)計[J].機電工程技術(shù),2020,49(10): 201-204.

Robot Flexible Total Assembly TechnologyApplication in the Welding Line of Lveco in Nanjing

ZHU Yu, KONG Kun, WU Bin

( Nanjing IVeco Automobile Company Limited Vehicle Factory, Nanjing 211806, China )

In the process of automobile body manufacturing, the total welding technology of body in white is the most important to ensure the quality of the whole vehicle assembly.This paper introduces several forms of flexible assembly of automobile body in white, and emphatically analyzes the application of robot flexible assembly in the total welding line of Nanjing Iveco automobile products, by use of the existing resources and reasonable process layout to improve the production technology level and welding quality of automobile body in white.

Robot;Flexible totalassembly technology;Automobile body;Welding technology

U466

A

1671-7988(2023)20-134-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.020.027

朱彧（1973－），男，工程師，研究方向為汽車焊裝技術(shù)，Ｅ-mail:zhu.yu@naveco.com.cn。