車門焊裝多車型混線生產(chǎn)抓手共用方案淺析

摘 要：在工業(yè)4.0大環(huán)境下，焊裝生產(chǎn)線相較于以往發(fā)生了較大的變革，自動(dòng)化程度大幅提升，并且生產(chǎn)線需要具備較高的靈活度，需要根據(jù)市場(chǎng)的需求快速調(diào)整生產(chǎn)車型，因此當(dāng)前以多車型混合自動(dòng)化生產(chǎn)線為主，本文主要淺析車門焊裝生產(chǎn)線中的抓手共用方案，主要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)，抓手設(shè)計(jì)兩個(gè)維度進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設(shè)計(jì) 抓手設(shè)計(jì)

在汽車行業(yè)高速發(fā)展的今天，消費(fèi)者對(duì)于汽車的個(gè)性化需求也在不斷地增加，因此汽車更新迭代的速度愈加迅速，汽車制造端面臨的挑戰(zhàn)是：要在有限的空間、時(shí)間和最優(yōu)的改造代價(jià)下，實(shí)現(xiàn)新車型的敏捷性投產(chǎn)，來快速響應(yīng)以及匹配市場(chǎng)需求，而焊裝生產(chǎn)線柔性化生產(chǎn)是一個(gè)較為復(fù)雜且龐大的課題，本文以焊裝四門自動(dòng)生產(chǎn)線為例，探討四門搬運(yùn)抓手如何實(shí)現(xiàn)全柔性化。

1 當(dāng)前現(xiàn)狀

車門是一款汽車外觀造型的重要表現(xiàn)途徑，因此車門除不同產(chǎn)品本身存在的較大結(jié)構(gòu)差異外，從單一產(chǎn)品更新迭代的特性來說，四門兩蓋也同樣是改款車的主要變化區(qū)域。

以XX基地需實(shí)現(xiàn)六車型混線生產(chǎn)，車門區(qū)域自動(dòng)化線，采用人工上件、機(jī)器人焊接、機(jī)器人搬運(yùn)中轉(zhuǎn)的規(guī)劃方案為例，在通常情況下，車門單套抓手可以做到兩個(gè)不同車型的共用，但因產(chǎn)品及工裝開發(fā)針對(duì)首車單一開發(fā)，導(dǎo)致第二款車型投入時(shí)，需對(duì)第一款車型抓手進(jìn)行變動(dòng)量較大的改造，出于對(duì)改造周期和改造量的考慮，有時(shí)甚至需要新制共用抓手來替換老車型抓手，工裝開發(fā)成本較大。

基于以上情況，為解決當(dāng)前面臨的車門抓手改造頻繁、改造量大的現(xiàn)狀，我們希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)形式為：一套抓手在初始車型設(shè)計(jì)時(shí)就能夠兼容后續(xù)所有的車型的抓放，焊接，涂膠等工藝，后續(xù)車型直接導(dǎo)入，無需機(jī)械改造，大大節(jié)約成本及改造周期，示例如圖1所示。

2 解決方案

2.1 約束產(chǎn)品設(shè)計(jì)

若要實(shí)現(xiàn)一套抓手在初始階段就可兼容匹配所有車型，我們需要對(duì)產(chǎn)品做一定約束，來確保各車型之間具有一定的關(guān)聯(lián)性。

例如：針對(duì)前后門的零件特征規(guī)律以及對(duì)方案實(shí)現(xiàn)的可行性分析發(fā)現(xiàn)，在車門內(nèi)板的產(chǎn)品上體現(xiàn)三個(gè)抓手孔，同時(shí)限制這三個(gè)抓手孔的大小，相對(duì)位置，以及三個(gè)孔Y向需要在同一平面上，在具有一定可行性的同時(shí)，又能將各不同車型之間相互關(guān)聯(lián)起來，示意如下圖：

具體要求如下：

（1）圖示1/2/3標(biāo)識(shí)為三組抓手，三組抓手孔的直徑統(tǒng)一定義為20.2mm，三個(gè)抓手孔為凸臺(tái)孔，所在的凸臺(tái)面需在同一平面，且凸臺(tái)直徑最小30mm；（2）前門抓手孔1靠近A柱，抓手孔2 靠近門檻位置，抓手孔3靠近B柱，布局需相對(duì)固化；（3）車門零件重心需在三個(gè)抓手孔連線中間，以防止零件抓取偏心；（4）確保2/3兩組抓手孔之間間距490mm固定，且正面抓取時(shí)，抓手孔不會(huì)被遮擋，若無法滿足490mm固定間距，可沿抓手氣缸本體的短邊或長(zhǎng)邊方向進(jìn)行移動(dòng)，抓手孔2兩個(gè)方向可以滑移，抓手孔3位置固定；（5）鎖定抓手孔2/3的位置后，再找抓手孔1的位置，抓手孔1與抓手孔2/3相對(duì)位置盡量保證490mm不變，若無法滿足，可沿抓手氣缸本體的短邊或長(zhǎng)邊方向進(jìn)行移動(dòng)，兩個(gè)方向可以滑移；（6）抓手孔1 的移動(dòng)范圍為：Z向±200mm，X向±100mm；（基準(zhǔn)為參考值）；（7）抓手孔2的移動(dòng)范圍為：Z向±100mm，X向±200mm；（基準(zhǔn)為參考值）。

2.2 柔性抓手設(shè)計(jì)

在約束了產(chǎn)品的同時(shí)，制造端對(duì)于抓手的設(shè)計(jì)也需要進(jìn)行如下約束。

（1）抓手形式：采用三組勾銷缸+NC滑軌的形式；（2）抓手孔1/2/3分別對(duì)應(yīng)勾銷缸1/2/3；（3）勾銷缸體擺放方向?yàn)橄嗷テ叫?，缸體以及連接件與周邊零件安全距離10mm以上；（4）勾銷的方向約束：勾銷缸1–X向，勾銷缸2+X向，勾銷缸3+X向（如紅色箭頭指向）；（5）勾銷缸3為固定勾銷，勾銷缸1/2為X/Z兩向可調(diào)；具體示意圖如下：

3 注意事項(xiàng)

3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

由于產(chǎn)品造型的差異，經(jīng)過多車型對(duì)比發(fā)現(xiàn)，三組抓手孔在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，通常會(huì)遇到的問題大致有如下幾點(diǎn)。

（1）抓手孔1/2/3的Y向由于內(nèi)板造型落差較大，其所在的凸臺(tái)面無法在正Y向成同一平面，針對(duì)此問題的應(yīng)對(duì)方案如下：若三組抓手孔凸臺(tái)面正Y向無法保證在同一平面，可將抓手孔的凸臺(tái)面進(jìn)行角度調(diào)整，使得三個(gè)抓手孔的凸臺(tái)面在同一平面。當(dāng)不同車型需要共用時(shí)，抓手可通過機(jī)器人姿態(tài)，來調(diào)整方向，以不同角度和姿態(tài)來進(jìn)行抓取，如下圖。

（2）四門內(nèi)板有密封需求，因此在車門內(nèi)板鈑金上體現(xiàn)三組抓手孔，需要額外增加貼片，而貼片會(huì)造成產(chǎn)品的單車成本增加，針對(duì)此問題的應(yīng)對(duì)方案如下：將四門抓手孔的位置調(diào)整至防水膜覆蓋范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)不額外增加貼片。

（3）當(dāng)抓手正面抓取車門內(nèi)板總成時(shí)，車門內(nèi)板布置的加強(qiáng)板會(huì)與抓手產(chǎn)生干涉，針對(duì)此問題的應(yīng)對(duì)方案如下：在產(chǎn)品約束中，將兩組孔位設(shè)定為在一定范圍內(nèi)可調(diào)，從而避讓車門內(nèi)板防撞梁結(jié)構(gòu)，與此同時(shí)在抓手勾銷上使用“長(zhǎng)脖子”的特殊氣缸，避讓缸體與零件的干涉，特殊氣缸形式如下圖所示。

3.2 抓手設(shè)計(jì)

由于抓手需要多車型共用并且為后續(xù)車型做好預(yù)留，因此抓手在前期設(shè)計(jì)過程中需要將各項(xiàng)因素考慮周全，以避免后續(xù)車型導(dǎo)入過程中產(chǎn)生改造費(fèi)用，如：與零件的安全距離余量；抓手與周邊設(shè)備的交互安全余量；機(jī)器人的可達(dá)性以及負(fù)載余量等。

3.2.1 與零件的安全距離

抓手本體結(jié)構(gòu)邊界與零件的安全距離余量至少滿足10mm以上，如下圖：

3.2.2 與周邊設(shè)備的交互安全余量

抓手是需要與周邊的設(shè)備進(jìn)行交互的，因此在抓手與中轉(zhuǎn)臺(tái)交互時(shí)，需要考慮后續(xù)車型會(huì)由于三個(gè)孔位置不同，而導(dǎo)致抓手抓放零件時(shí)，機(jī)器人需要旋轉(zhuǎn)角度，因此在第一款車型模擬時(shí)，需要將極限位置角度在仿真環(huán)境中進(jìn)行考慮，并做好充分預(yù)留，以避免以下情況發(fā)生，如下圖：

3.2.3 機(jī)器人的可達(dá)性以及負(fù)載余量

在第一款車型進(jìn)行機(jī)器人姿態(tài)仿真時(shí)，需要對(duì)機(jī)器人抓放件極限位置需進(jìn)行校核，并預(yù)留余量，以免在后續(xù)車型導(dǎo)入時(shí)，由于抓手抓放零件的角度發(fā)生變化，導(dǎo)致機(jī)器人位置不可達(dá)，如下圖：

4 收益情況

按照當(dāng)前主流規(guī)劃的6車型共線，節(jié)拍為60JPH的車門自動(dòng)化線體來預(yù)估，車門區(qū)域總計(jì)使用的搬運(yùn)抓手?jǐn)?shù)量約40套，其中可實(shí)現(xiàn)三組勾銷方案的抓手約為32套，后續(xù)導(dǎo)入5車型共計(jì)160套抓手+換槍盤+停靠站，預(yù)計(jì)3200萬元；提高了設(shè)備利用率，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了抓手放置的場(chǎng)地，為后續(xù)車型導(dǎo)入提供了更多的可能性；減少了后續(xù)車型投入時(shí)的設(shè)備改造量，在降低成本的同時(shí)也減少了調(diào)試周期，能快速的響應(yīng)市場(chǎng)變化，加速產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

5 結(jié)語

綜上所述，車門多車型混線生產(chǎn)抓手共用方案，是應(yīng)對(duì)當(dāng)前汽車更新迭代迅速，多車型混線生產(chǎn)需求的有效策略。

這一方案的成功實(shí)施不僅可以為焊裝車門生產(chǎn)線的柔性化方案提供優(yōu)化示例，也為汽車制造系統(tǒng)的柔性化提供了思路和借鑒，后續(xù)可拓展至如：機(jī)艙，前地板，后地板，側(cè)圍等其他區(qū)域。

通過統(tǒng)一化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)約束、抓手兼容產(chǎn)品帶寬的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵技術(shù)的探討以及潛在問題的分析及規(guī)避，在產(chǎn)品及工裝開發(fā)過程中制定切實(shí)有效的控制方案，我們能夠在保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率，降低設(shè)備成本，降低改造周期，加速產(chǎn)品投放市場(chǎng)，也增強(qiáng)了生產(chǎn)線對(duì)不同產(chǎn)品的適應(yīng)性，為后續(xù)擴(kuò)容超6車型生產(chǎn)基地打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。