汽车侧围分拼柔性焊接线布局浅析

汽车侧围分拼柔性焊接线布局浅析

周峰

天津明匠智能系统工程有限公司天津300462

摘要：侧围是汽车覆盖件中较为复杂的成形零件，其高品质的外观质量和产品精度要求，集成了冲压工艺、CAE分析、结构设计、加工调试等各技术领域的最高水平。文章重点就汽车侧围分拼柔性焊接线布局展开相关论述。

关键词：汽车侧围分拼；柔性焊接线；布局

焊装作为汽车四大工艺之一，其工艺和设备水平对车身质量有着十分重要的影响。车身焊装车间最重要最复杂的是总拼线的总拼工位，总拼工位一般分为预拼工位和焊装工位，分为两个工位后，使得总拼工位更具条理，每个分工位的工作量减少，在车型较多时避免了一个工位内设备种类、数量过多和控制过程复杂的现象发生。随着国内汽车市场越来越大，各个汽车厂商的生产线线速在不断的提高，40-60JPH已经成为新常态的工艺规划要求，同时也有一些厂家在挑战65JPH甚至更高，在此情况下，除了总拼焊焊装工位，预拼工位也成为了关键和瓶颈工位，其工艺设计布置是否能够满足高节拍需求，车型柔性是否能够满足多车型共线生产，设备投资和人员数量需求是否能够符合各个公司精益指标要求都非常重要。

一、侧围分拼焊接过程

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。

二、预拼工位工艺分析

对于预拼工位，一般的工艺流程为，空中EMS机运小车运输侧围总成零件到预拼工位正上方，再通过升降机或者机器人把侧围总成零件传送到地面，由人工或者机器人来搬运侧围总成到车身上，通过预搭扣，把侧围总成挂在车身上，以实现侧围预拼合。

（一）人工工艺方案

传统主线侧围拼合工位的工艺为人工上料。人工上料：侧围从EMS小车到工位的方法有三种：EMS小车下降到工位上空；升降机移动侧围到工位旁；机器人抓料到工位旁。下面简述这三种方法的工作流程：

1.人工方案一

侧围经EMS吊具输送到预搭扣工位上方，EMS小车带侧围一起下降至工位，操作工人将侧围取下安装在底板上并搭扣好后，拍确认按钮，EMS上升进行下一个循环。此工位节拍能达到63S，相当于48JPH。

2.人工方案二

侧围经EMS吊具输送到预搭扣工位上方，升降机上的伸缩叉带取件吊架伸出，在侧围下方穿过，到达取件位置后停止。升降机慢速提升至侧围脱离EMS吊具后升降机提升停止，伸缩叉带取件吊架及侧围缩回原位，升降机下降至一层操作工位侧面等待工人取件。操作工人将侧围取下安装在底板上并搭扣好后，拍确认按钮，升降机上升进行下一个循环，此工位节拍能达到63.2S，与方案一能力相当。

3.人工方案三

侧围经EMS吊具输送到预搭扣工位上方，机器人抓手伸出，从EMS小车抓取侧围，然后机器人抓取侧围至临时支撑架上，机器人返回Home位置，接着操作工从临时支撑架上取下侧围安装在底板上并搭扣好后，拍确认按钮，进行下一个循环。此方案最高节拍能够达到48S，相当于64JPH。可见采用机器人和人工交互方案，在从EMS取零件到地面的节拍能够节约5S，从柔性来说，机器人替代升降机能够具备更好的柔性，适应不同车型共用EMS的需求，例如零件在EMS小车上姿态差异大并且取件路径复杂情况下，机器人可以通过轨迹试教完成取件任务。

三、转台侧围分拼焊接线布局

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。由于常规四面转台形式侧围外板焊接线，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Doubletooling形式。然Doubletooling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。因此经过优化后，可应用散件抓料的四面转台形式侧围外板焊接线。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。

（一）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。

（二）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，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。

（三）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。

（四）效果评价

（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。

总之，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。

参考文献：

[1]高雪峰，李岩，王鹏，唐文宇.汽车侧围外板冲压工艺分析与优化[J].中国高新区，2018（14）

[2]韦业忠，黄天茂，陈高磊.一种新型的柔性侧围料框装置[J].时代汽车，2018（05）

[3]韩超，王炎，鲍益东，黄文卫.基于有限元模拟的汽车侧围翻边起皱抑制方法研究[J].机械制造与自动化，2018，47（01）