汽车自动化柔性焊装线技术探讨

彭裕磊

摘要：随着汽车市场竞争激烈化及客户个性化需求的提升，同时企业也面临着用地资源紧张、车型种类增多、更新周期加快等，自动化柔性焊装线生产已成为当前汽车车身焊接的主流趋势。它最显著的优势就是能适应多品种车型、灵活程度高、占地面积集中，大大提高焊装线生产效率，降低人力成本的投入，可更好适应当今汽车市场车型不断更新换代快速化的客观需求。高自动化、高柔性、高标准化、高模块化、高产能的焊装线解决方案，可大幅降低投资及后期维护成本，提高主机厂的技术实力及竞争优势。本文将以车身焊接自动化柔性焊装生产线为研究对象，分析自动化柔性生产线的工艺需求和特点，从生产线的规划方式、自动化柔性、标准化等，为后期多车型共线建设模块化、标准化柔性焊装线的实践运用提供理论参考。

关键词：汽车焊接;自动化;柔性;应用;规划

汽车自动化柔性焊装线技术必要性和优势

目前，汽车厂生产现状大趋势：多品种车型并行、小批量生产增多、产品生命周期缩短、生产线建设周期缩短、机器人逐渐替代人工、智能化信息化订单式生产增多等。

亟待解决的需求与矛盾：工业用地资源紧张，用于焊装生产的厂房已建设并固化，现有厂房无法满足不断新增的车型。如某热销车型焊装线产能满足不了订单需求，人工焊接工位过多，同时又存在其它订单少的单一自动线大量机器人、焊接设备等资源闲置浪费;后续又会继续增加车型投入生产，对应工装和焊接设备在不断的投入，单一车型产量小，设备及产线利用率极低。故需分期建设能多车型混线生产的高自动化、高柔性、高产能的车身焊装生产线，以满足当前及后续多车型生产需求。

其优势如下：

设备及产线利用率高降低后续重复性投入

汽车行业竞争的加剧与客户需求的提升，车型需不断的推陈出新和更新换代，焊装线已由单一品种大量生产方式向多品种批量柔性生产方式转变。产线占地面积集中，空间利用率提高。利用自动化柔性线，通过实现通用设备的共用而实现一次投入。可以有效的避免多次设备重复投入造成的资源浪费，设备重复利用率提高。唯一的缺点是首次投入中耗资较大。

焊接质量及焊接精准度提高

焊接工程规模以及工程的复杂性在不断发展，进而对焊接质量提出了较为严格的要求。柔性生产线的应用，大大提高了汽车焊接质量和焊接效率，降低了焊接成本，减少了故障发生率。焊接自动化技术的焊接精准度较高、且机器人工作灵活，是实现高速、高效自动化焊接生产效率的保证。

生产效率稳定和高效及对外部环境适应性强

全自动化控制对于生产节拍的控制是相对稳定的，受外界干扰而停止的几率较小，一定程度上提高生产效率的稳定性。机器人在柔性线的应用能够促进汽车焊接工艺水平的提升，提高生产效率，同时对作业环境没有较高的要求，即使在高辐射、强烟雾恶劣环境中也能确保焊接生产的持续顺利进行。

可塑性强及新车型导入时间缩短

在导入新车型时，只需适当调整及改造，即可以较小的投资和最短的周期来生产新车型，尤其是模块化标准化设备及工装的建立，使设备的投资最大化利用。新车型可以快速的上线生产，为企业创造了很大的经济效益。

汽车自动化柔性焊装线技术工艺规划要求

白车身结构的组成

根据白车身结构的工艺分块：分下车身、上车身及开闭件。下车身分发动机舱总成、前地板总成和后地板总成;上车身分左右侧围总成、顶盖总成、搁物板总成和后围板总成;

开闭件分四门及两盖总成。这些总成件均可规划自动化柔性焊装线。

规划自动化柔性焊装线要点

车身的平台化水平和工艺性分析等;

车身生产形式、量纲节拍要求、安全环保要求、成本与质量等;

焊装车间的厂房结构、场地空间布局和可改动占比等;

焊装线的自动化程度、物流输送方式、柔性方式等;

设计工艺布局考虑拓展及预留。

自动化柔性焊装线项目形式选择及布局

自动化柔性焊装生产线技术说明：将专用的设备都模块化，标准化，做到可切换、可存储，尽量提高机器人焊机等通用设备的利用率。多品种柔性焊装线的柔性能力体现在对下车身三大总成工作站、下车身/主车身柔性自动线及总拼主焊接工位的柔性生产方式的规划上。

下车身三大总成新建自动化柔性焊装工作站

下车身三大总成（发动机舱总成、前地板和后地板）定位工位规划通过夹具存储方式的切换实现全车型柔性切换的可能（如图1）。

工艺流程

人工在总成10上件完成，夹具进入转台，与总成10B焊接完成的夹具一起旋转180度，总成10B机器人开始点焊;

左侧第一个七轴抓取总成10A上的产品放到总成20，空夹具又回到总成10上件;

总成20增焊完成，左侧第二个七轴抓取总成20上的产品放到总成30A工位，夹具滑出。人工上件完成后，夹具进入转台，与总成30B焊接完成的夹具一起旋转180度，总成30B机器人开始点焊;

左侧第三个七轴抓取总成30B上的产品放到总成40增焊。总成40焊接完成，采用独立输送方式至下车身主焊接工位。

优点

人工上件与机器人焊接分开，实现同步上件和焊接，减少等待，提高机器人等通用设备利用率，提高生产节拍;

存储在同一侧，厂房占地集中，可实现多车型柔性生产;

后期加车型只需投入专用工装等，减少投资成本。

与前期开发侧围斜立转台自动化线对比 因侧围斜立转台自动化线是焊接夹具固定在斜立转台上，只能在机器人另一侧加单一车型，自动化线利用率极低、拓展性差、后期加车型改造费用投入较多，已不在适合当前焊接线的规划。

下車身/主车身自动化柔性焊装线技术说明

辊床+台车及考虑台车存储柔性生产线解决方案。

方案优势：生产节拍高，可生产的车型多，设备利用率高，后期改造难度小，后续导入新车型周期短。

下表为新建自动化柔性焊装线与普通自动化焊装线对比：

新建自动化柔性混线，解决原自动线通用设备利用率低、占用厂地较多、加入车型难度大的难题。总结：自动化柔性焊装生产线是满足多车型共线生产需求的最合适的解决方案。

表1

类别 新建自动化柔性混线 某S自动线 某C自动线

平台 8个平台 2个平台 1个平台

车身输送形式 辊床+台车 辊床+台车 辊床+滑撬

下车身 8种 3种 1种

左右侧围总成 8种 2种 1种

机舱/前后地板线 8种 2种 1种

夹具存储形式 柔性存储 部分预留 专线

节拍 60S/辆 87S/辆 130S/辆

小总成分拼柔性焊接工作站应用

对于小总成分拼，简单且操作工时较低，通常采用夹具人工焊接。但随着日益增多的车型规划，车型的生产需大量工装设备的投入及焊接桁架大批量投入，导致焊装车间夹具堆积。但所有的车型又不会同时生产，造成场地资源、焊接设备等极大的浪费。通过自动化柔性设计，实现不同车型小总成分拼的柔性生产，提高焊接设备的利用率、减少厂房占用面积以及减少手工线人员投入（见图2）。

图2

工艺流程：A10小夹具上完件，两侧机器人点焊，此时B10可取件放入料框，又继续上件夹紧，A10小夹具焊接完成，机器人焊接B10，A/B侧对应如此循环。优点如下：

焊接区域集中：切换需求车型入小夹具位，其它车型夹具入存储位。

生产节拍较高：节拍可达45JPH。

设备利用率高：机器人一直在来回焊接，工作效率可达96%。

自动化柔性焊装线技术发展方向与期望

随着计算机辅助化、人工智能、机器人视觉、以及模糊控制技术等先进的技术被广泛应用于柔性化焊接生产制造中，使得柔性化焊接技术得到很大的发展，正在由简单的柔性生产制造向虚拟化、集成化、智能化的柔性生产制造方向发展。企业为提高自身的市场竞争力，适应柔性化焊接技术的快速发展：

以掌控自动化柔性焊接技术核心为目标，促进企业焊接水平和综合实力的提升。持续创新自动化柔性焊接技术，通过整合优势先进资源，推动技术更新，促进技术进步。

自动化柔性焊接设备方面，通过提高对产品设计的平台化、模块化、标准化的要求，来减少通用化、自动化、智能化的柔性化工艺装备投入。實现综合运用与发展，提高自动化焊接设备的利用效率和焊接精准度。

在自动化柔性焊装线设计之初即考虑多平台车型共线可行性，在工位布局、工装形式等方面均预留改造空间，后期增加车型只需少量的改造即可以实现，大大降低分摊在单一车型的焊装工装、设备、人力等多个方面的成本，实现投入与产出比的最大化。同时，应当扩大柔性化焊接的应用范围，无论是简单的工程机械制造焊接中，以及复杂工程的处理中都推广应用，进而实现高效、稳定的焊接效益。

结语

综上所述，在汽车制造工业不断快速发展的同时，建设多车型、高柔性的自动化焊接生产线将成为必然趋势，而模块化标准化的柔性焊装生产线技术是提高生产效率、减少产品开发周期、降低企业投资成本、提高车身焊接质量最有效的方法，逐渐在汽车车身自动化焊接中得到了推广应用。与此同时，继续加大对其实际应用的研究，加强对自动化焊接技术、自动化设备、应用范围的持续创新，结合工程实际情况，充分发挥自动化焊接技术的工程价值，提高焊接质量和安全，将柔性解决方案自动化机构等标准化，模块化，实现车身制造的高柔性和低成本以提高企业核心竞争力。

参考文献

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