汽车侧围分拼柔性焊接线布局浅析

2017-04-27李秀启陆征祺

制造业自动化 2017年4期

关键词：共线工位生产线

李秀启，张可，陆征祺，林敏

（上汽通用汽车有限公司整车制造工程部，上海 201201）

汽车侧围分拼柔性焊接线布局浅析

李秀启，张可，陆征祺，林敏

（上汽通用汽车有限公司整车制造工程部，上海 201201）

介绍汽车侧围分拼焊接线的柔性化工艺布局方案，适用于高自动化率、高节拍、多车型共线的侧围分拼柔性焊接生产线，为侧围焊接线工艺布局规划提供参考。

汽车；侧围；焊接线；柔性化

0 引言

随着汽车行业的不断发展及人民消费水平的不断提高，人民对汽车的多样化需求及质量要求也在不断的提高。面对汽车市场日益激烈的竞争，有效的控制生产成本成为汽车制造企业提高自身竞争力的关键。其中，多车型共线生产的柔性化制造模式是最为有效的降本增效途径之一，越来越多的受到汽车制造企业的重视，并被广泛应用在汽车生产中。汽车焊装生产是汽车加工工艺中相对复杂相对专业的制造过程，如何实现高自动化率、高节拍、多车型共线生产的柔性化制造，成为各汽车制造企业积极研究的课题。

本文主要介绍汽车焊装生产中侧围分拼焊接生产线的典型工艺方案，讨论其柔性生产的工艺特点，从生产线的规划需求、柔性、节拍等多角度出发，为多车型共线的侧围焊接生产线规划提供参考。

1 侧围分拼焊接过程

如图1所示，侧围分总成是由多个合件、组件及冲压单件组成。在侧围分拼焊接线上，将若干散件按照一定的零件搭接顺序进行拼合，其中个别零件在拼合前还需要在规定的位置完成涂胶；拼合后由输送系统将所有散件送入后道定位工装对各零件精确定位，控制所有零件间的相对尺寸，并使用焊枪进行定位焊接，使各散件连接为一个整体；之后再由输送系统送入后道补焊工装进行补焊，直至完成侧围分总成的所有焊接工艺。

2 常规侧围分拼焊接线布局

不同的侧围分拼焊接线布局对应不同的制造策略，以下为常见的侧围焊接线布局方案：

2.1 人工侧围焊接线

图1 侧围分拼流程图

如图2所示。一般对应低节拍单一车型的生产制造需求。此种生产线从第一个上料工位开始，到定位焊和补焊，至最后完成侧围分拼的所有焊接，皆由人工来完成，生产线成本低，但同时生产效率也非常低，尺寸稳定性差。

图2 人工侧围分拼焊接线

2.2 全自动侧围焊接线

如图3所示。一般对应高节拍多车型共线生产的制造需求，这种生产线的特点是只有第一个工位是由人工操作上料，后续所有的定位焊接、补焊、工位间转运皆由机器人来完成，且能兼容多车型共线生产，生产效率非常高，尺寸稳定性也非常好，但同时生产线成本也相当高，按下图所示规划，最多可容纳6个车型的混线生产。

图3 全自动侧围分拼焊接线

2.3 半自动侧围焊接线

如图4所示，一般对应节拍及共线需求不太高的制造需求。该方案布局的前半程是由人共完成上料及部分焊接的人工焊接线，后半程为机器人自动生产的全自动生产线。效率和成本相对比较适中，但线体共线生产的柔性差。

图4 半自动侧围分拼焊接线

3 转台侧围分拼焊接线布局

目前上汽通用汽车5+1的工厂制造柔性已不太满足产品布局需求，需要进一步扩充。柔性侧围分拼双线布局的工艺方案作为能力扩充的方案之一，正在逐步研究实施。

考虑自动化程度、工艺能力及投资，四面转台方案越来越多受到关注，并在各个工厂积极的应用推广。

侧围内板焊接线相对简单，此文不进行深入介绍，接下来针对侧围外板焊接线进行方案分析。

3.1 常规四面转台形式侧围外板焊接线

如图5所示，理论上可以满足4车型共线生产的能力，但工艺能力上存在节拍瓶颈。

1）工艺流程

第一个转台工位为人工上料加机器人定位焊，转台转至上料侧由人工将所有外板散件一次性上料，由工装将所有散件进行定位，转台旋转180°，机器人完成定位焊接，再由机器人搬运至拼合台；侧围加强件也是由人工在第二个上料口完成上料，由机器人抓取完成必要的涂胶工艺后，放至拼合台与侧围外板拼合；再由搬运机器人将拼合件转至第二个转台工位，转台旋转后由机器人继续完成第二步定位焊接；之后由搬运机器人转至固定补焊工位，由机器人完成最终补焊；最后再由搬运机器人将侧围总成转移到空中EMS流转至主线。

2）工艺节拍分析

对第一个转台工位进行节拍分析，如图6所示，不难发现该工位为节拍限制的关键工位。在满足必要定位焊点的需求下，该工位的最大工艺节拍为87秒，工艺能力约为35JPH，为该方案工艺能力瓶颈。

3）工艺能力分析

由工艺节拍分析不难看出，针对转台方案形式，人工上料与机器人定位焊接在整个节拍中属于串行关系，这也是工艺能力瓶颈的关键所在，同时也存在机器人使用效率较低的缺陷。为提高工艺能力和机器人使用效率，常规方法是采用Double tooling形式。

Double tooling的方案形式实际上是牺牲了整个区域的车型兼容能力，由原来可以4车型共线降低为只能2车型共线，同时带来了AB工装的尺寸稳定性差的缺陷。图7为Double tooling工装形式下采集的侧围AB工装的尺寸差异，相对较大的尺寸波动，对整车匹配及整车尺寸控制带来了较大的困难，该情况也给工装工程师带来大量的调试工作，对日常生产的尺寸稳定性控制造成极大的困难。

图6 节拍分析1

图7 尺寸波动图

3.2 应用散件抓料的四面转台形式侧围外板焊接线

如图8所示，应用散件抓料的方案形式，将第一个人工上料加机器人定位焊工位，分解为两个工位，一个工位只人工上料，另一个工位只进行定位焊接。此方案在满足4车型共线生产的柔性下，打破了工艺能力的节拍瓶颈。

图8 转台侧围分拼焊接线2

1）工艺流程

第一个固定工位为人工上料工位，由人工将所有外板散件一次性上料，由机器人抓手一次性抓取所有散件，转运至第一个转台工位，如图9所示。再由工装将所有散件进行定位后，再由机器人完成定位焊；之后再由机器人搬运至拼合台；侧围加强件同样是由人工在第二个上料口完成上料，由机器人抓取完成必要的涂胶工艺后，放至拼合台与侧围外板拼合；再由搬运机器人将拼合件转至第二个转台工位，转台旋转后由机器人继续完成第二步定位焊接；之后由搬运机器人转至固定补焊工位，由机器人完成最终补焊；最后再由搬运机器人将侧围总成转移到空中EMS流转至主线。

2）工艺节拍分析

再对上料工位和第一个定位焊工位进行节拍分析，如图10所示，可以看出该工位的最大工艺节拍提升为57秒，工艺能力达到了57JPH，完全消除了常规转台方案工艺能力瓶颈。

图9 散件机器人抓手

3）工艺能力分析

由工艺节拍分析可知，通过机器人散件抓料方案的应用，完全解决了第一个转台工位对整个侧围外板生产线的节拍限制。后续根据体能需求，只需要将后续工位进行适当的优化，或则适当增加补焊工位，将使整个侧围外板生产线的节拍大大提高。在保证4车型柔性生产能力的同时，也避免了AB工装给日常生产带来的困扰。

4 结束语

1）从焊接生产线的规划需求上看，人工焊接线、半自动焊接线及全自动焊接线分别对应不同的制造策略及制造需求，而全自动柔性焊接线是当今汽车行业的发展方向，也是各汽车厂家提升自身竞争力的有效途径之一，是各汽车厂家在制定各自制造策略时不可忽视的重要因素。其中四面转台形式的柔性侧围焊接线正是汽车厂家为适应企业发展而提出的特殊制造需求，在越来越多的新车型不断引入的同时，该方案可以很好的控制制造成本，并能实现新车型的快速引入。

2）从焊接生产线的柔性化程度上看，四面转台的侧围焊接线可以做到4车型混线生产，且线体设备投入可以随车型的引入分步实施。在新车型引入时，几乎对当前在产车型的没有任何影响，同时也缩短了引入新车型时的设备调试周期，真正体现了柔性化。

3）从焊接生产线的工艺能力上看，常规四面转台的侧围焊接线存在一定的节拍瓶颈，且在第一个转台工位的人工上料和机器人定位焊接效率较低。但在应用机器人散件抓料的技术后，线体工艺能力得以大幅度提高，可以满足企业更高的制造需求。

5 结束语

车身侧围分拼柔性焊接生产线是根据汽车制造需求的不断发展，企业制造策略的不断更新，在现有生产线方案基础上的技术突破，实现了车身制造的高柔性和低成本。当然，侧围分拼柔性焊接生产线只是车身柔性生产线的一部分，更是柔性化制造的一个点。要真正实现柔性制造，还需要加大各个制造区域及各个制造环节的柔性化发展，最终形成高柔性的生产制造系统，才可以更好的为汽车工业发展做出贡献。

[1] 潘锋.汽车焊装生产线的柔性化[J].汽车研究与开发,2004,08:41-45.

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

Overview of flexible vehicle bodyside welding line layout

LI Xiu-qi, ZHANG Ke, LU Zheng-qi, LIN Min