多品种柔性焊装线工艺规划研究

谢宁，覃鑫

（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西 柳州545007）

多品种柔性焊装线工艺规划研究

谢宁，覃鑫

（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西 柳州545007）

对车身柔性焊装线的概念和组成，以及柔性焊装线的工艺规划进行研究，以某公司的柔性焊装线为例，分析了其工艺布局和关键工位规划，为开发高水平的柔性焊装线提供新的思路。

白车身；柔性；工艺规划

随着汽车市场竞争越来越激烈，且客户对汽车的个性化需求越来越高。汽车行业的竞争点逐渐集中在产品更新换代速度上了，因此，汽车企业的生产快速调整从而适应产品的变化变得越来越重要。为了顺应这一发展趋势，国内各汽车厂单品种大批量生产方式逐渐转化成多品种柔性化生产方式。在汽车制造中，焊装线与组装和总装相比刚性最强，产品通过性也最差。因此，如何通过焊装线体的柔性化实现多车型的共线生产，成为汽车企业的重点关注内容。本文通过对多品种柔性焊装线的工艺规划研究，为焊装线的柔性开发提供很好的思路［1，2］。

1　柔性焊装线的概念及组成

1.1车身焊装线的组成

车身焊装线就是将小零件、冲压件和焊合件连接装备在一起形成白车身的生产线。如图1所示，它由焊接设备（焊钳、焊接、焊接机器人）、工艺设备（涂胶、滚边、打码设备等）、工装夹具、生产线控制系统等组成。焊装线的开发水平直接决定了白车身的焊接质量、尺寸精度、定位精度等特性［3，4］。

图1　车身焊装生产线

汽车白车身的构成如图2所示，分为上车体、下车体和门盖。上车体由顶盖、左右侧围、衣帽板和后围板组成；下车体由前车体、后部下车体和前地板三大块组成；门盖由左右前门、左右后侧门、尾门、发动机盖和行李箱盖构成。首先将冲压件和小零件连接成焊合件，再将焊合件装配连接成分总成，分总成通过总拼进行合拼，最后通过调整线形成白车身。根据白车身最多可划分为8级，一般能够达到200个以上的装配和焊接工序，由于投资有限，大多数的汽车企业只将主焊装线规划成柔性焊装线［5，6］。

图2　白车身的构成

1.2柔性焊装线

柔性焊装线通常指能够通过工装夹具自动切换和电气控制程序切换等方法实现不同车型的车身拼装焊接的生产线。柔性焊装线的建造一般采用工艺一次性规划，分步实施建造，在夹具、焊接设备、输送设备及共用动力系统等方面预留柔性接口的方式。柔性生产线的特点就是自动化率高、工装夹具机构复杂和技术含量高，但需大量采用机器人、自动化设

在柔性焊装线建造时，需综合考虑生产纲领、生产场地、生产线预留规划等因素来决定车身车间焊装生产线的分总成和主线的柔性能力、自动化程度、生产能力、物流方式、生产节拍、生产形式等［8］。

2　柔性焊装线工艺规划要求

如何才能规划一条水平较高的柔性焊装线，需要考虑的方面很多。如：（1）产品的平台化水平和工艺性；（2）车身车间的厂房结构、场地空间和可动率等；（3）车身的生产形式、节拍要求、安全健康要求、运行维护能力等；（4）制造的自动化程度、输送方式、关键工位构造形式等［9］。

此外柔性焊装线的规划还需考虑外协件厂家的资源和质量保障能力；当地人力成本方面，如果工人人力成本低，可以适当安排较多的人工作业；人力成本高，就需减少人员数量，提高自动化率。目前西部地区的人工年均花费已经到达8万，在一些能够减人增效的工位还是需要改为机器人柔性工位。如图3所示的顶盖工位柔性化改造完成后，除去人工工位投资减少增加投资240万元，但每班次操作人员数量从6人减少为1人，每年减少人力成本120万元，两年就可收回增加的投资成本。通过顶盖采用机器人抓手上线定位，通过预留抓手预留台，切换抓手实现多车型的柔性。

图3　顶盖机器人柔性工位改造

3　实例研究

某公司首条柔性焊装线的规划是满足小批量多车型的柔性，主线自动化率要求达到90%.因此，主线柔性线的开发采用工艺一次性规划，分步实施的制造策略，在共用动力系统、夹具、焊接设备和输送设备等方面预留柔性接口，从宏观上这种策略也是一种柔性技术。以下对此条柔性焊装线的工艺布局和关键工位规划两个重要内容进行研究。

3.1工艺布局

在新的焊装线工艺布局设计时一定要考虑将来可能生成的平台及车型。如果前期规划时明确了生成产品的平台及车型，设计就应以设定的条件为提前；要是产品平台和车型不是很明确时，可以根据公司的产品整体发展策略作为输入条件。

整线的规划如图4所示，根据侧围、前车体、主线总布局区域面积（160 m×23 m）、厂房钢结构形式及标高、车间物流路线和分拼线的搭配等因素，选择直线布局。主线工位数量：23个、11个机器人工位，其中机器人焊接工位10个，1个机器人夹具切换工位。侧围左右各4个工位，前车体6个工位，车型切换采用焊接设备共工、夹具采用人工整体切换拼台实现柔性生产。主线输送采用地面双层结构，高速滚床或摩擦+滑橇输送。主线工位间距一般工位采用标准间距6 m，打码工位为7 m（打码机一用一备空间）。总成上线方式在前地板和后部下车体采用人工吊装+滑动拼台+机器人抓取上件，前车体采用精确料架，小总成采用人工上对中台+机器人抓取上件（机器人采用焊钳和抓手分离定位）。

图4　柔性线工艺布局

同时增加工艺布局考虑到了工位间的兼容性和车型导入的改造空间，下车体前部工位预留能实现特殊工艺情况下的地板补焊，下车体中后部工位预留前侧门、门槛内板和后护板的定位。同时预留乘用车衣帽板和后围板的安装定位和焊接工艺。

3.2关键工位规划

多品种柔性焊装线的柔性能力体现在关键工位的规划，如：下车体三大块定位工位、前侧板和门槛内板等小总成上线工位和总拼主夹具工位的柔性方式。

3.2.1下车体三大块柔性上线工位

下车体三大件（前车体、后部下车体和前地板）定位工位规划采用独立输送方式，通过拼台的切换实现全车型柔性的可能。如图5所示，三大块采用机器人搬运，线旁预留抓手存放架，通过抓手的切换实现柔性机器人上线的柔性。利用大负荷的搬运机器人将定位好的下车体搬运到下工位，进入主线输送循环线。前车体对中采用精确料架方式，不同车型对应不同料架，实现前车体柔性对中取件。

图5　下车体三大件柔性上线工位

3.2.2小总成柔性上线工位

柔性焊装线的小总成上线定位与上件台规划如图6所示，采用的是机器人抓焊集成方法及积放式精确料框方式。通过抓焊集成方法提高机器人利用率，使得50JPH生产节拍条件下，能完成13个焊点；通过积放式精确料框的设计每框料可以放置8个以上零件，节约人力成本，而且通过料框的切换大大提高不同车型的兼容性。在工艺布局上，预留抓手存放和工装存放区域提高工位的柔性能力。

图6　小总成柔性上线定位方法

3.2.3总拼夹具工位

总拼夹具布局了高密度机器人，能够实现门槛、前后横梁、裙边和后端板区域的定位要求。同时采用了内置式夹具，使得场地布局满足工位间距6 m和宽度不大于13 m的要求。同时主夹具空中储存，有效利用上层空间的同时实现最多车型的切换。在线体规划时预留主夹具的下线维修口，实现运行维护的便利性的同时实现主夹具的柔性的最大化［10］。

4　结束语

本文通过对焊装柔性线概念和组成的分析，并探索高水平车身柔性线开发的工艺规划要求，从工艺布局和关键工位的设计要求入手，需要进行工位预留和关键柔性工装设备的预留设计才能满足全车型柔性焊装线的规划要求。

近年来，随着产品平台化建设，零部件的通用化和标准化得到很快的发展，并且汽车制造方面的机器人视觉、激光焊接、传感技术和柔性工装等的方面技术和装备的突破，以往在车身柔性焊装线建造中无法解决的问题，必将会有一个新的思路。这就使汽车白车身焊装生产线的多品种柔性化变得比较容易实现。

［1］覃鑫，郑宏良，唐科.机器人车身焊装线的开发与应用［J］.现代零部件，2013，（11）：84-85，88.

［2］李占营，年雪山，魏迎旺.论轿车车身柔性焊装线的规划及应用［J］.汽车工艺与材料，2010，（09）：17-20.

［3］肖同新，周三山.D530焊装线的柔性化改造［J］.电焊机，2013，（02）：38-44，78.

［4］解子胜.车身共线的柔性化生产［J］.科技与企业，2014，（04）: 282-283.

［5］黄海.白车身焊装线柔性定位单元的设计与应用［J］.装备制造技术，2015，（03）：81-83.

［6］丁华明，何可敬.柔性车体焊装线［J］.汽车工艺与材料，1997，（12）：32-35.

［7］张文吉.浅析焊装线的柔性化［J］.科技信息（学术研究），2008，（32）：660-661.

［8］周江奇，覃鑫，沈永飞.焊装线小总成上线定位柔性技术研究［J］.机械工程师，2016，（01）:116-118.

［9］王桂周.汽车白车身焊装定位基准的设计与优化［D］.合肥：合肥工业大学，2010.

［10］刘慧，张宇，蒋蓓.柔性化总拼技术在轿车焊装线上的应用［J］.现代零部件，2012，（07）:84-87.

Study on Process Planning of Multiple Varieties Flexible Welding Line

XIE Ning，QIN Xin
（Technology Development Center，SAIC-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Concept and composition of the body flexible welding line，and flexible welding line process planning research，to a company of flexible welding line as an example，analyzes the process layout and key station planning，to provide new ideas for the development of a high level of flexible welding line.

body in white；flexible；process planning

U466

A

1672-545X（2016）07-0128-03

2016-04-03

谢宁（1980-），男，广西融水人，1本科，工程师，研究方向：车身车间工艺工装规划；覃鑫（1983-），男，广西融安人，硕士研究生，工程师，研究方向：车身工艺设计。备和控制系统，因此投资成本高、运行维护困难［7］。