淺談汽車車身生產(chǎn)線一種自動上下料工藝規(guī)劃方案

摘 要：本文涉及汽車車身生產(chǎn)線自動上下料工藝規(guī)劃方案的技術領域，包括視覺引導物料規(guī)劃方案，庫位規(guī)劃方案，通用料車規(guī)劃方案，機器人抓手設計方案等。說明了自動上下料方案是實現(xiàn)自動化技術的其中一個重要的應用場景，可為企業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低成本，提高工作安全性等方面帶來了很多好處。

關鍵詞：自動上下料 視覺引導 通用料車 工藝規(guī)劃 自動化技術 智能化物流 汽車車身

國內(nèi)汽車行業(yè)發(fā)展迅速，市場競爭激烈，以及消費者對車型多樣的需求，對汽車主機廠提出了多車型，高節(jié)拍，高柔性和開發(fā)周期縮短的要求。因而要求不斷設計大量的新工裝滿足市場需求，致使工裝的設計，制造，管理和應用工作困難，公司生產(chǎn)線能力低效，新工裝成本大幅度增加，顯然工裝通用化工作，將有效改善工裝開發(fā)管理及開發(fā)成本。

1 自動上下料方案概述

自動上下料方案是指通過使用機器人等自動化設備，實現(xiàn)對生產(chǎn)線上原材料或成品的自動裝載和卸載，這種方案通常實現(xiàn)高效，準確和安全地進行物料的轉(zhuǎn)移和裝卸。該自動上下料工藝規(guī)劃方案主要由以下幾個關鍵方案整合而成：視覺引導方案，庫位方案，料車方案，抓手方案，降級方案。各方案高度集成實現(xiàn)無縫對接，確保生產(chǎn)流程的高效運行。具體見圖1，圖2。

1.1 自動上下料工藝規(guī)劃方案形式

根據(jù)不同零件尺寸及形態(tài)，大致分為A＼B＼C＼D＼E 5種形式。本文針對B種形式工況下的自動上下料方案進行設計探討。

1.2 容差分析

考慮自動上下料方案為高度集成系統(tǒng)方案，不同系統(tǒng)間存在著相互關聯(lián)和相互影響的關系，一個系統(tǒng)的變化會對其他系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因此需要綜合考慮各系統(tǒng)的容差。系統(tǒng)容差主要考慮如下內(nèi)容[1]：

①零件在料車中的定位精度需求；②料車制造的一致性精度需求；③料車與托盤定位精度需求；④托盤制造的一致性精度需求；⑤托盤與庫位定位精度需求；⑥視覺引導精度需求。

1.3 視覺引導方案

通過產(chǎn)品/物料上多個特征（≥4）的圖像匹配， 利用定位算法完成3D定位并完成自動上下料方案[2]。具體流程如下：

①機器人開始執(zhí)行抓件指令；

②機器人帶抓手和傳感器運動至零件前約650mm處，此時激光測距儀實時感知物料與抓手的距離，并調(diào)整機器人運動速度；

③視覺系統(tǒng)控制傳感器對零件拍照；

④視覺系統(tǒng)利用3D引導算法計算零件在空間中的位置偏轉(zhuǎn)，并將修正值發(fā)送給機器人；

⑤機器人修正抓取位置，完成零件的自動抓取。

1.4 庫位方案

庫位通常由Z向支撐輪，Y向?qū)蜉?，X向氣缸限位構成。安裝落位時通過激光或三坐標保證調(diào)整Z向高度和Y向精度。當料車到位后傳感器發(fā)出信號，氣缸夾緊，機器人過來取件。

1.5 料車方案

為保證零件在料車中的定位，設計料車方案時考慮X/Y/Z向限位結構?？紤]多車型共用的柔性化需求，均采用可調(diào)式設計方案，以滿足不同車型尺寸及造型需求，以提高柔性化，料車通用化需求，降低設備投入成本及運營管理成本等。對于各限位說明如下：①限位Z向和Y向限位結構：支撐零件Z向和Y向，根據(jù)零件不同尺寸大小在洞上方的左右兩個角落設計托管，托管上方設計仿形滑槽，分別控制車件的Z向和Y向。②限位X向結構：支撐車件X向，前后左右可調(diào)，根據(jù)不同車型設計插銷孔位，達到快速切換調(diào)整每個車型的位置，根據(jù)零件尺寸大小均勻分布。③限位Z向結構：支撐車件Z向，有效平衡整理掛件負載（高低可調(diào)，根據(jù)不同車型設計插銷孔位，達到快速切換調(diào)整每個車型的位置）[3]。

1.6 機器人抓手方案

為保證零件高精度抓取，設計機器人抓手時，通常設置兩個精度孔作為銷孔，四個吸盤吸附位置，同時設置四個加緊位做加緊。除此外，考慮沖壓單件疊放工況，特別設計分料機構，即機器人抓手在每次取件的時候使用分料機構將沖壓疊放板件分開，避免油污粘連堆料，一次取多個車件問題。見圖6。

機器人自動抓取主要流程如下：機器人抓手到位后，視覺相機捕捉到零件特征，定位銷伸出，吸盤工作吸附車件往外移動一定的距離，同時分料氣缸升起來，使原來貼在一起的車件分離，氣缸夾緊，抓手抓件離開料框。

1.7 降級方案

考慮自動上下料方案由于各種原因無法使用工況，預留采用人工上下料方案，確保工藝流程順利實現(xiàn)?？梢妶D2線體布置圖。

1.8 智能物料配送方案

采用AGV自動導引運輸車，即指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移栽功能的運輸車。在計算機監(jiān)控下，按路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，精確地行走并停靠到指定地點，完成一系列配送要求。同時通過與WMS、MES結合，AGV實現(xiàn)倉儲的自動化搬運管理，貨位柔性動態(tài)分配。揀選由“人到貨”變?yōu)椤柏浀饺恕碧岣吖ぷ餍?，降低勞動強度?/p>

2 關鍵技術特點

2.1 通用化料車

將車身車間采用高精度料車形式替換為優(yōu)化沖壓車間普通料車形式實現(xiàn)料車通用化。同時，通過通用化最大限度地擴大料車使用范圍，可以有效減少相關部門即焊裝與沖壓在設計和制造，維護，管理等過程中的重復工作。降低成本，簡化管理，縮短周期等方面具有重要意義。

2.2 多車型柔性化料車

能夠根據(jù)不同車型進行快速調(diào)整料車，而無需進行大規(guī)模改造。這種靈活性能夠迅速適應市場需求的變化，及時調(diào)整生產(chǎn)計劃和產(chǎn)品組合。繼而提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，有助于企業(yè)快速相應市場變化。

2.3 智能化物流

通過應用先進的信息管理，信息處理，信息采集和信息流程等技術，能夠更有效地整合物流資源，優(yōu)化物流流程，從而降低物流成本，例如，可實現(xiàn)智能調(diào)度和智能配送，減少人工操作的錯誤和延誤，提高物流效率。這些降低了企業(yè)的物流成本，提高了企業(yè)的利潤。

2.4 高精度定位與抓取

通過視覺引導控制系統(tǒng)實現(xiàn)高精度的運動控制，同時設置分料機構使其能夠?qū)B放的零件分張，從而確保抓取的物品位置準確，姿態(tài)穩(wěn)定，降低了不良率。

3 應用效益

（1）提升生產(chǎn)效率：通用化柔性化料車引入，減少重復工作，大幅縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。柔性化料車的引入，因靈活應市場需求及生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。

（2）保證產(chǎn)品質(zhì)量：高精度抓取及定位確保了零件上下料的一致性和可靠性，繼而保證了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

（3）降低人力成本：自動化上下料與智能物流減少了人工操作，降低了勞動強度和人力成本。

（4）增強市場競爭力：高柔性，高效率的生產(chǎn)能力，使企業(yè)能夠快速響應市場變化，提高競爭力。

4 結束語

對于汽車主機廠，為適應不斷變化的市場需求及公司發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)整，自動上下料應用因其高生產(chǎn)效率，降低成本，質(zhì)量穩(wěn)定，提高工作安全性等方面帶來了很多好處，將取得非常好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有良好的推廣應用前景。

參考文獻：

[1]子謙.尺寸鏈那些事兒[M].北京：機械工業(yè)出版社，2022.

[2]智通教育教材.ABB工業(yè)機器人視覺集成應用精析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2021.

[3]聞邦椿.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2018.