對稱式發(fā)蓋和尾門內(nèi)板總成柔性焊接島設(shè)計(jì)開發(fā)

摘 要：對稱式發(fā)蓋和尾門內(nèi)板總成柔性焊接島，創(chuàng)造性的將兩車型的發(fā)蓋和尾門拼臺(tái)夾具分列在機(jī)器人兩側(cè)，機(jī)器人在一側(cè)焊接，對側(cè)同時(shí)進(jìn)行人工裝件，達(dá)到單位節(jié)拍內(nèi)完成兩個(gè)車型的發(fā)蓋和尾門內(nèi)板總成的生產(chǎn)目標(biāo)，該布局可柔性生產(chǎn)不同車型的發(fā)蓋和尾門內(nèi)板總成。

關(guān)鍵詞：發(fā)蓋/尾門內(nèi)板總成 對稱式布局 柔性焊接島 裝焊同步

1 引言

為響應(yīng)國家智能制造要求，同時(shí)在多樣化的客戶需求與勞動(dòng)力市場多變的大環(huán)境下，通過打造智能化生產(chǎn)線，提高自動(dòng)化裝備應(yīng)用，提升生產(chǎn)線的柔性化和自動(dòng)化生產(chǎn)能力，提升自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)效率。通過對比發(fā)現(xiàn)：國內(nèi)外所有車門自動(dòng)焊接生產(chǎn)線幾乎都由零件定位拼臺(tái)與補(bǔ)焊拼臺(tái)組成，自動(dòng)輸送方式有十字滑臺(tái)及機(jī)器人抓取。結(jié)合公司少人化戰(zhàn)略需求，集我司十余年車門線開發(fā)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)于一體，以創(chuàng)新思維打破原有布局模式，專攻并以解決痛點(diǎn)難點(diǎn)問題為首要任務(wù)，顛覆創(chuàng)新“智造”，自主研發(fā)設(shè)計(jì)對稱式發(fā)蓋/尾門內(nèi)板總成柔性焊接島生產(chǎn)線，本生產(chǎn)線采用自主創(chuàng)新的對稱布局、工藝路線及首次采用發(fā)蓋尾門共線，全面提升制造及柔性水平和焊接質(zhì)量，系統(tǒng)集成多項(xiàng)技術(shù)，勇于創(chuàng)新，創(chuàng)造性地進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用，致力于打造高效高質(zhì)量的少人化柔性車門焊裝生產(chǎn)線。

2 打破傳統(tǒng)模式，開發(fā)新布局

當(dāng)前我司現(xiàn)有的發(fā)蓋尾門內(nèi)板總成焊接線：手工線及機(jī)器人線，不能很好地滿足公司發(fā)展需求，隨著少人化、無人化、智能化等制造戰(zhàn)略的向前推進(jìn)，并結(jié)合國/內(nèi)外產(chǎn)線布局特點(diǎn)，迫切需要開發(fā)出能解決當(dāng)前痛點(diǎn)、難點(diǎn)問題的產(chǎn)線模式。

當(dāng)前痛點(diǎn)、難點(diǎn)問題：①幾乎都是手工線，人員多，各車型生產(chǎn)所需人員不均衡，造成人力資源浪費(fèi)；②機(jī)器人線，焊接機(jī)器人及搬運(yùn)機(jī)器人總體運(yùn)行效率低、伺服焊鉗柔性差、設(shè)備多、占地大等；③發(fā)蓋或尾門內(nèi)板總成焊接線都是專線，設(shè)備閑置率高；④手工線及機(jī)器人線的拼臺(tái)夾具不能互柔互導(dǎo)。

2.1 總體方案分析

分析國/內(nèi)外發(fā)蓋尾門內(nèi)板總成焊接線布局，結(jié)合現(xiàn)狀急需解決的問題，并對現(xiàn)有車型的發(fā)蓋尾門結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比：BOP差異對比、零件數(shù)量對比、焊點(diǎn)分布對比、鈑金厚度對比、涂膠參數(shù)對比、時(shí)序分析等（見圖2、圖3），創(chuàng)造性地開發(fā)出對稱式發(fā)蓋尾門內(nèi)板總成柔性焊接島的新布局（見圖1）。

新布局通過調(diào)整工藝路線：左側(cè)焊接時(shí)，右側(cè)裝件，反之亦然，達(dá)到單位時(shí)間內(nèi)（86s，單側(cè)43s）產(chǎn)出2個(gè)相同或不同車門內(nèi)板總成的生產(chǎn)目標(biāo)，最大化的利用機(jī)器人焊接時(shí)間（37s，效率86%）；人工僅為裝/取件，降低了人工操作技能要求，輔工即可完成裝/取件工作。

每個(gè)車門生產(chǎn)時(shí)間（單側(cè)，s）=（總時(shí)間*效率/節(jié)拍）/2=（3600*95%/40）/2≈43s

機(jī)器人在單側(cè)焊接時(shí)間=每個(gè)車門生產(chǎn)時(shí)間-機(jī)器人回home位時(shí)間=43-6=37s

對側(cè)人工裝件總時(shí)間=機(jī)器人在單側(cè)焊接時(shí)間=37s

2.2 工藝流程及創(chuàng)新布局

對稱式發(fā)蓋尾門內(nèi)板總成焊接島生產(chǎn)線工藝流程如圖4所示，單側(cè)由2個(gè)裝件/定位焊+1個(gè)補(bǔ)焊工位組成，居中的6臺(tái)機(jī)器人為共用焊接機(jī)器人，在HD10#與LG10#之間的2臺(tái)機(jī)器人也是焊接機(jī)器人（單側(cè)各1）。

裝件/定位焊工位、補(bǔ)焊工位均通過原手工焊接拼臺(tái)改造所得，R側(cè)（R-HD10#、LG10#、LG20#）裝件的同時(shí)L側(cè)（L-HD10#、LG10#、LG20#）進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)人機(jī)分離，裝/焊獨(dú)立工作；轉(zhuǎn)運(yùn)模式由無動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行工位間傳送：LG10#—LG20#；相比現(xiàn)有尾門機(jī)器人焊接線，減少工裝、工藝設(shè)備及機(jī)器人投入，整條線相比現(xiàn)尾門內(nèi)板機(jī)器人焊接線節(jié)省2套工裝夾具、4套抓手、6把伺服焊鉗，節(jié)省4臺(tái)焊接機(jī)器人及2搬運(yùn)機(jī)器人，同時(shí)優(yōu)化生產(chǎn)布局空間，與傳統(tǒng)尾門內(nèi)板總成機(jī)器人焊接線相比，本對稱式生產(chǎn)線用地減少約70%。

2.3 首次設(shè)計(jì)發(fā)蓋/尾門共線生產(chǎn)

首次設(shè)計(jì)發(fā)蓋/尾門共線生產(chǎn)，根據(jù)布局（見圖4），斜對角位置的工位同時(shí)焊接（L-LG10#、L-LG20#、R-HD10#），同時(shí)另一斜對角位置進(jìn)行裝件（R-LG10#、R-LG20#、L-HD10#），實(shí)行錯(cuò)位生產(chǎn)，避免操作工與機(jī)器人工作時(shí)人機(jī)交互，同時(shí)達(dá)到空間及時(shí)間的完美配合，在單位節(jié)拍內(nèi)生產(chǎn)出2個(gè)車型的發(fā)蓋內(nèi)板總成及尾門內(nèi)板總成。

根據(jù)焊點(diǎn)分配方案（見圖6），不同焊接工位使用不同大小的伺服焊鉗結(jié)構(gòu)，全部是C型焊鉗（見圖5）。

1.4 采用固定的標(biāo)準(zhǔn)拼臺(tái)底座

新布局采用固定的標(biāo)準(zhǔn)拼臺(tái)底座（見圖7），所有車型的車門拼臺(tái)夾具均通用此底座。

該產(chǎn)線具備柔性焊接所有車型的車門內(nèi)板總成，通過人工切換不同車型的拼臺(tái)夾具，進(jìn)行不同車型車門內(nèi)板總成的生產(chǎn)。

3 解決關(guān)鍵痛點(diǎn)問題

3.1 解決手工線操作工多且各線人員不平衡的痛點(diǎn)問題

原發(fā)蓋或尾門內(nèi)板總成手工焊接線，車型結(jié)構(gòu)差異大，導(dǎo)致內(nèi)板總成焊點(diǎn)總數(shù)差異大（見圖2），各車型結(jié)構(gòu)不一焊點(diǎn)不一，所需操作工就不一樣，這樣操作工配備只能按最多的班組人員進(jìn)行匹配，造成人員浪費(fèi)。

為了解決此痛點(diǎn)，需要一種產(chǎn)線，不管生產(chǎn)何種車型的發(fā)蓋或尾門內(nèi)板總成，操作工數(shù)量需一致，人員排班一致，就不存在人力資源浪費(fèi)。經(jīng)過車型結(jié)構(gòu)分析及分解焊點(diǎn)，采用機(jī)器人焊接，人工僅裝/取件，統(tǒng)一操作工的作業(yè)內(nèi)容，經(jīng)過時(shí)序分析，該布局方案完全能解決各線人員不平衡的痛點(diǎn)問題，且能減少現(xiàn)有手工線約75%的焊接操作工（由8人/班·車型，減少到2人/班·車型，且這2人為輔工，即這2人由原焊接操作工變?yōu)檩o工）。

3.2 解決機(jī)器人運(yùn)行效率低的痛點(diǎn)問題

原尾門內(nèi)板機(jī)器人焊接線，使用轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行人工裝件及機(jī)器人焊接，使用搬運(yùn)機(jī)器人及抓手進(jìn)行工位間轉(zhuǎn)運(yùn)，焊接及搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)行效率低，有效使用時(shí)間短（設(shè)備等待時(shí)間長造成設(shè)備浪費(fèi)），綜合效率約為50%。

原拼臺(tái)使用轉(zhuǎn)臺(tái)投資高，拼臺(tái)夾具多且切換不簡便，占用存儲(chǔ)空間多，不符合我們的設(shè)計(jì)預(yù)期；

分析對比國內(nèi)眾多主機(jī)廠及零部件供應(yīng)商的焊裝生產(chǎn)線后，發(fā)現(xiàn)使用既有的產(chǎn)線布局很難符合我們的預(yù)期：在提升機(jī)器人運(yùn)行效率的同時(shí)不增加工裝拼臺(tái)，還需減少工藝設(shè)備及機(jī)器人等設(shè)備，在結(jié)合自身產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最后設(shè)計(jì)出如圖1的產(chǎn)線布局方案，經(jīng)過SE及時(shí)序、仿真分析，方案可行：機(jī)器人運(yùn)行效率由50%提升到86%，整線運(yùn)行效率相比原機(jī)器人線由90%提升到95%。

3.3 解決發(fā)蓋/尾門專線的痛點(diǎn)問題

原發(fā)蓋、尾門內(nèi)板焊接線，都是專線，占用場地大，焊接設(shè)備多，車型多焊接線多，車型排班生產(chǎn)少的線體，場地及設(shè)備閑置率高，造成了設(shè)備及場地極大的浪費(fèi)。

為了解決此痛點(diǎn)問題，團(tuán)隊(duì)成員全面分析廠內(nèi)所有車型的發(fā)蓋及尾門內(nèi)板總成的結(jié)構(gòu)及焊點(diǎn)分布特點(diǎn)，集思廣益，將不同結(jié)構(gòu)的發(fā)蓋/尾門內(nèi)板的焊點(diǎn)進(jìn)行分解到各工位進(jìn)行分析，最后得出各工位需要用到什么結(jié)構(gòu)的焊鉗（C型），設(shè)計(jì)出所使用的伺服焊鉗，解決焊鉗的柔性問題（無需換焊鉗造成節(jié)拍損失），常規(guī)伺服結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

經(jīng)過SE及時(shí)序分析，焊點(diǎn)分解到各工位使用常規(guī)伺服焊鉗的焊接方案可行。

3.4 解決拼臺(tái)夾具不能在機(jī)器人線及手工線兼容生產(chǎn)的痛點(diǎn)問題

原發(fā)蓋或尾門內(nèi)板機(jī)器人焊接線及原手工線的拼臺(tái)夾具都是專線專用的，不能跨線互導(dǎo)調(diào)用生產(chǎn)，不利于機(jī)動(dòng)排產(chǎn)。

本對稱式發(fā)蓋尾門內(nèi)板總成柔性焊接島生產(chǎn)線從規(guī)劃開始就著手考慮解決此痛點(diǎn)問題，團(tuán)隊(duì)成員多次討論分析拼臺(tái)夾具在新模式的自動(dòng)線及手工線互導(dǎo)可行性，經(jīng)對比，一致認(rèn)為對現(xiàn)有手工線的拼臺(tái)夾具進(jìn)行改造：在現(xiàn)有拼臺(tái)底板底部加裝定位裝置，另設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)拼臺(tái)底座固定于本生產(chǎn)線上，人工將改造后的拼臺(tái)夾具推動(dòng)到該底座上（見圖7）。

經(jīng)3D設(shè)計(jì)及仿真模擬，方案可行：改造后的手工線拼臺(tái)夾具可在手工線及對稱式發(fā)蓋尾門柔性焊接島的生產(chǎn)線上互導(dǎo)生產(chǎn)。

4 應(yīng)用結(jié)果

4.1 焊點(diǎn)全破結(jié)果

經(jīng)過發(fā)蓋/尾門全破試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)尾門框處的兩層板搭接焊點(diǎn)熔核小6點(diǎn)（見圖8），分析焊接過程及查看實(shí)物結(jié)果后，將此6個(gè)焊點(diǎn)優(yōu)化機(jī)器人焊接軌跡，解決焊接離空（工裝夾緊優(yōu)化），再次焊接并全破，焊點(diǎn)質(zhì)量全部滿足要求[1-3]。

4.2 生產(chǎn)線按期投產(chǎn)

本生產(chǎn)線模式能夠生產(chǎn)我司所有車型的的發(fā)蓋及尾門內(nèi)板總成，每班生產(chǎn)人員一致，并由操作工降為輔工，極大的降低了人力資源成本（運(yùn)行成本）。

本生產(chǎn)線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)：易于復(fù)制建線，易于互導(dǎo)，易于與無人物流對接；

本生產(chǎn)線如期投產(chǎn)，生產(chǎn)線如圖9所示。

5 結(jié)語

在同等節(jié)拍生產(chǎn)的情況下，原有尾門內(nèi)板機(jī)器人焊接線（2個(gè)尾門的產(chǎn)線）：使用10臺(tái)焊接機(jī)器人、機(jī)器人平均效率50%，使用10把伺服焊鉗，使用抓手4套，拼臺(tái)夾具8套，操作工4人/班，生產(chǎn)線占地232.5m2；原有發(fā)蓋內(nèi)板手工焊接線（2個(gè)發(fā)蓋的產(chǎn)線）：手工焊鉗6套，拼臺(tái)夾具2套，操作工4人/班，生產(chǎn)線占地72m2；

對稱式發(fā)蓋尾門內(nèi)板總成柔性焊接島：使用8臺(tái)焊接機(jī)器人，機(jī)器人平均效率86%，使用8把伺服焊鉗，使用抓手0套，拼臺(tái)夾具6套，輔工4人/班，生產(chǎn)線占地228m2；

詳見圖10的對比，全部達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)：解決主要痛點(diǎn)問題，降本增效，實(shí)現(xiàn)互導(dǎo)能力。

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