電動汽車與燃油汽車混線生產(chǎn)的車身底部夾具優(yōu)化

摘要：在燃油乘用車企業(yè)實(shí)施電動汽車戰(zhàn)略的路徑上，通常采用燃油汽車、電動汽車混線生產(chǎn)方式，提高資源利用效率，降低投資，縮短改造時間，降低運(yùn)營成本。為了有效解決燃油汽車、電動汽車混線生產(chǎn)的最大技術(shù)難點(diǎn)——焊裝車間主線底部夾具的集成和改造問題，分析了大眾汽車集團(tuán)MQB燃油汽車平臺和MEB純電動汽車平臺的車身平臺定位的差異性和各自特點(diǎn)，提出了簡單可靠的車身底部夾具柔性優(yōu)化方案，在焊裝車間可實(shí)現(xiàn)燃油汽車和純電動汽車的高效混線生產(chǎn)。相較于傳統(tǒng)復(fù)雜的車身底部夾具柔性方案，提出的優(yōu)化方案不僅顯著降低了生產(chǎn)線改造投資，縮短了改造時間，而且提升了焊裝主線的設(shè)備開動率，降低了運(yùn)行成本；此外，這里提出的優(yōu)化方案，還是一個綠色、低碳的方案。

關(guān)鍵詞：車身平臺；混線生產(chǎn)；底部夾具；柔性夾具；柔性風(fēng)車

近年來，隨著國內(nèi)電動汽車市場的快速發(fā)展和電動汽車滲透率超預(yù)期的不斷突破、增長，無論是造車新勢力企業(yè)，還是傳統(tǒng)汽車企業(yè)，都推出了自己的電動汽車戰(zhàn)略，全面電動化。在實(shí)施電動汽車戰(zhàn)略的路徑上，有建設(shè)專門電動汽車生產(chǎn)線的，也有在燃油汽車生產(chǎn)線上集成電動汽車的生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)燃油汽車與電動汽車混線生產(chǎn)的。對于傳統(tǒng)燃油汽車企業(yè)來說，采用燃油汽車、電動汽車混線生產(chǎn)的方式，可以充分利用現(xiàn)有的廠房、設(shè)備設(shè)施，大幅降低電動汽車生產(chǎn)線投資，同時也提高了生產(chǎn)運(yùn)營效率、降低運(yùn)營成本。

當(dāng)然，在基于燃油汽車平臺的生產(chǎn)線上，集成導(dǎo)入基于電動汽車平臺的電動汽車進(jìn)行生產(chǎn)，具有一定的技術(shù)復(fù)雜度和難度。一般來說，在同一車型平臺上的多款衍生車型，其軸距、長寬尺寸差異等較小，因而混線生產(chǎn)的技術(shù)難度相對較小[1]；而基于不同平臺的多款車型實(shí)現(xiàn)混線生產(chǎn)的技術(shù)復(fù)雜度和難度較高。不同平臺的多款車型混線生產(chǎn)最大的技術(shù)難度在于焊裝車間主線的底部夾具的集成和改造[2]。

以上汽大眾的實(shí)踐為例，上汽大眾的燃油汽車是基于大眾汽車集團(tuán)的MQB（橫置發(fā)動機(jī)模塊化平臺）平臺和MLB（縱置發(fā)動機(jī)模塊化平臺）平臺，而電動汽車是基于大眾汽車集團(tuán)最新的MEB（純電動汽車模塊化平臺）平臺。MQB平臺的前懸較長，前后軸軸距相對較短；而MEB平臺的前懸較短，前后軸軸距可以延長。焊裝車間主線底部夾具的設(shè)計(jì)與車型平臺的主RPS孔的坐標(biāo)和孔徑是直接關(guān)聯(lián)的，MQB平臺和MEB平臺的這些特性差異導(dǎo)致焊裝車間主線底部夾具的主、次RPS坐標(biāo)位置完全不一樣。為了實(shí)現(xiàn)把MEB平臺的電動汽車集成到現(xiàn)有的MQB平臺的燃油汽車生產(chǎn)線上，必須對白車身主線從下車體第一個合拼的自動工位（底板定位焊工位），一直到白車身框架總成（總拼）生產(chǎn)線的最后一個自動工位進(jìn)行改造；以60JPH的高產(chǎn)能、高自動化率焊裝生產(chǎn)線為例，涉及到近90套底部夾具的集成改造。

近幾年來，上汽大眾在眾多工廠和新車型項(xiàng)目中不斷實(shí)踐迭代，探索研究把純電動汽車（MEB平臺）集成到燃油汽車（MQB平臺）生產(chǎn)線上進(jìn)行混線生產(chǎn)的技術(shù)和方法，解決了一系列的技術(shù)和設(shè)備瓶頸問題。本文介紹了解決MEB平臺電動汽車與MQB燃油汽車混線生產(chǎn)最大的技術(shù)難度點(diǎn)——焊裝車間主線底部夾具的集成改造的方法和方案。

MQB和MEB平臺底板RPS基準(zhǔn)孔差異

在焊裝車間從底板到總拼的主線區(qū)域，由于定位焊工位、自動補(bǔ)焊、自動涂膠、自動螺柱焊、激光焊、自動弧焊和在線測量工位等對車身尺寸定位精度要求高，需要使用自動升降滾床，將車身降落，采用底板的8個RPS基準(zhǔn)孔進(jìn)行定位夾緊后，才能進(jìn)行焊接或連接工藝操作[3]。

為了實(shí)現(xiàn)MQB平臺的燃油汽車與MEB平臺的電動汽車高效率的混線生產(chǎn)，所有車型必須共用同一種雪橇。為此，雪橇支撐點(diǎn)的相對位置要保持一致，即：要保證前后雪橇孔在X和Y方向間距是一致的，如圖1所示。這是實(shí)現(xiàn)不同平臺的車型在主線采用相同雪橇傳輸白車身的技術(shù)前提。然而MQB和MEB平臺8個RPS基準(zhǔn)孔位置在X、Y和Z三個方向上均存在較大差異，且勾銷缸的夾緊方向也有所不同。在混線生產(chǎn)“共用雪橇”的前提下，將無法共用勾銷夾緊氣缸，如圖2所示。這增大了混線生產(chǎn)的難度。尤其是位于前后縱梁上的主RPS基準(zhǔn)孔坐標(biāo)完全不同，如圖3所示。

不同平臺混線生產(chǎn)的車身底部夾具方案

目前大眾汽車集團(tuán)模塊化平臺（例如MQB或MEB平臺）的產(chǎn)品數(shù)據(jù)開發(fā)的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)跨越多級別車型和多種軸距版本的模塊化，覆蓋小型、中型、中大型甚至大型的轎車、SUV和MPV車型。在同一模塊化平臺內(nèi)部，技術(shù)特點(diǎn)之一是保持車身底板夾具的2個基準(zhǔn)孔RPS1Hxy/5fz和RPS4fz（分別位于左右前縱梁下部）位置的絕對一致。針對車身左右后縱梁下部的2個基準(zhǔn)孔RPS2Hy/fz和RPS3fz的坐標(biāo)值，則取決于車型的軸距尺寸。MQB燃油汽車平臺與MEB電動汽車平臺存在巨大的差異點(diǎn)，特別是聚焦于前后縱梁的主、次基準(zhǔn)孔坐標(biāo)，甚至基準(zhǔn)孔孔徑都是不同的，為了實(shí)現(xiàn)跨平臺混線生產(chǎn)，需要思考和構(gòu)建能夠自由切換的車身底部夾具方案。

1.傳統(tǒng)的混線生產(chǎn)車身底部夾具柔性方案

不同平臺車型在自動工位上柔性化混線生產(chǎn)的典型案例截圖，如圖4所示。該典型案例為某工廠焊裝車間某B級電動轎車（MEB平臺）和某A級燃油轎車（MQB平臺）的混線情況。

為了實(shí)現(xiàn)不同夾緊單元的切換，傳統(tǒng)方案是針對前后縱梁的主、次基準(zhǔn)孔的定位和夾緊單元，全部采用柔性風(fēng)車系統(tǒng)。以左前縱梁RPS基準(zhǔn)孔定位夾緊為例，如圖5所示，采用傳統(tǒng)的柔性風(fēng)車夾具，通過旋轉(zhuǎn)90o實(shí)現(xiàn)勾銷夾緊氣缸的柔性切換，針對不同平臺車型分別進(jìn)行夾緊，實(shí)現(xiàn)精確定位。后縱梁切換也采用了相同的柔性風(fēng)車夾具。每個定位焊或者自動補(bǔ)焊工位配有4套柔性風(fēng)車夾具和1臺控制器。單工位4套柔性風(fēng)車夾具的使用，雖然能夠非常清晰地實(shí)現(xiàn)針對不同車型的柔性切換，但是設(shè)備投資較高，且占地面積較大，增加了混線生產(chǎn)的改造投資和生產(chǎn)運(yùn)行成本，也影響生產(chǎn)線后續(xù)車型集成時的布置方案設(shè)計(jì)。

底板中部（前后地板下部）其他的4個輔助RPS基準(zhǔn)孔，如后地板附近的基準(zhǔn)孔，采用氣動翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，通過翻轉(zhuǎn)切換實(shí)現(xiàn)勾銷夾緊氣缸的柔性切換，如圖6所示。針對MQB和MEB平臺混線生產(chǎn)的8個RPS基準(zhǔn)孔，基于這一傳統(tǒng)車身底部夾具柔性方案的勾銷夾緊氣缸的切換方式見表1。

2.優(yōu)化后的混線生產(chǎn)車身底部夾具柔性方案

隨著上汽大眾電動化的不斷推進(jìn)，基于MEB平臺細(xì)分子平臺PV1、PV2、……PV5對應(yīng)的純電動汽車（轎車、SUV和MPV等）被不斷導(dǎo)入生產(chǎn)。所有這些MEB平臺細(xì)分市場級別的車型，其前縱梁上的2個主RPS基準(zhǔn)孔坐標(biāo)均保持不變；而后縱梁上2個RPS基準(zhǔn)孔的坐標(biāo)，會由于車型級別和軸距的不同而有所不同。

因此，在傳統(tǒng)底部夾具柔性方案基礎(chǔ)上，本文作了優(yōu)化處理，如圖7所示。焊裝車間主線所有定位焊、自動補(bǔ)焊、在線測量等自動工位的前縱梁主RPS基準(zhǔn)孔，均采用氣動翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過翻轉(zhuǎn)切換實(shí)現(xiàn)勾銷夾緊氣缸的柔性切換。由于未來導(dǎo)入車型的軸距數(shù)據(jù)具有不確定性，后縱梁切換仍然采用柔性風(fēng)車夾具，以保留最大的柔性。底板中部其他的4個輔助RPS基準(zhǔn)孔，僅需要根據(jù)車型的詳細(xì)RPS基準(zhǔn)孔坐標(biāo)值，做出相應(yīng)微調(diào)整。針對MQB和MEB平臺混線生產(chǎn)的8個RPS基準(zhǔn)孔，基于這一優(yōu)化的車身底部夾具方案的勾銷夾緊氣缸的切換方式見表2。該優(yōu)化方案所體現(xiàn)的每個定位焊和自動補(bǔ)焊工位，只配有2套柔性風(fēng)車夾具和1臺控制器。與傳統(tǒng)的車身底部夾具柔性方案相比，在前縱梁主RPS基準(zhǔn)孔位置，采用2套氣動翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，替代了2套柔性風(fēng)車夾具。

在上汽大眾MQB和MEB平臺混線的焊裝車間生產(chǎn)線中，已經(jīng)采用了優(yōu)化后的車身底部夾具柔性方案。根據(jù)車型項(xiàng)目實(shí)施的實(shí)際投資對比計(jì)算，相較于傳統(tǒng)的車身底部夾具柔性方案，優(yōu)化后的方案使得車間主線單工位可節(jié)省約15萬元人民幣。以一個60JPH高自動化率的焊裝車間為例，從底板到總拼的主線區(qū)域，涉及90個自動工位，僅此一項(xiàng)共節(jié)約投資約1350萬元。不僅如此，采用優(yōu)化后的車身底部夾具柔性方案，簡化了主線工裝夾具的復(fù)雜程度，縮短了改造時間，降低了設(shè)備設(shè)施的維護(hù)成本，也有利于提升主線的設(shè)備開動率，提高了生產(chǎn)效率。此外，優(yōu)化后的車身底部夾具柔性方案，減少用鋼量約8.82t，減少了CO2排放21t；因?yàn)閵A具設(shè)備的簡化，每年減少能源消耗約

42 225kW·h，每年可減少CO2排放24.5t。

結(jié)語

本文所提出的優(yōu)化的車身底部夾具柔性方案，在焊裝車間可靈活、可靠地實(shí)現(xiàn)燃油汽車和純電動汽車的混線生產(chǎn)。與傳統(tǒng)的、較為復(fù)雜的車身底部夾具柔性方案相比較，本文提出的優(yōu)化方案具有三個優(yōu)勢。

1）可以顯著降低生產(chǎn)線改造投資，縮短改造時間，提高生產(chǎn)線的設(shè)備開動率，降低運(yùn)行和維護(hù)成本。

2）減少了制造車身底部夾具所需的用鋼量，也降低了生產(chǎn)過程中夾具設(shè)備的能源消耗，是一個綠色節(jié)能低碳的方案。

3）該車身底部夾具柔性優(yōu)化方案和思路，不僅適用于大眾汽車集團(tuán)的燃油汽車、純電動汽車的混線生產(chǎn)，也適用于其他品牌或企業(yè)同一平臺多款車型的混線生產(chǎn)，以及不同平臺多款車型的混線生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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