唐穩(wěn)生 周小川

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 青島分公司，山東 青島 266555）

【摘 要】傳統(tǒng)孤島式白車身頂蓋焊裝區(qū)柔性生產(chǎn)能力差，占地面積較大。上汽通用五菱汽車股份有限公司N300、N310車型頂蓋焊裝區(qū)相鄰布置，無法柔性生產(chǎn)，隨著公司產(chǎn)量的不斷提升，對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍、效率、物料緩存空間的要求也越來越高，此處已經(jīng)形成瓶頸，嚴(yán)重制約了整個(gè)生產(chǎn)線的產(chǎn)能升級(jí)。文章經(jīng)過研究分析，并通過TRIZ理論的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一種新型工裝夾具布置方式，實(shí)現(xiàn)了焊裝拼臺(tái)的柔性化功能，對(duì)其他類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】白車身頂蓋；柔性生產(chǎn)；焊裝拼臺(tái)；TRIZ

【中圖分類號(hào)】U463.82 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）04-0071-04

1 背景

上汽通用五菱的N310車型是N300車型的升級(jí)版本，但白車身改動(dòng)較大，2種頂蓋的翻邊和型面差異性大。N300生產(chǎn)線進(jìn)行N310兼容升級(jí)改造時(shí)，經(jīng)過分析，無法通過直接改造N300頂蓋工裝夾具的方式來柔性N310頂蓋，最終采用2個(gè)獨(dú)立的焊裝區(qū)分別生產(chǎn)N300、N310 2種車型頂蓋。

N300、N310白車身頂蓋焊裝區(qū)平面布局圖如圖1所示。頂蓋焊裝區(qū)采用孤島式布局，頂蓋焊合件通過人工轉(zhuǎn)運(yùn)至白車身總拼生產(chǎn)線。點(diǎn)狀填充區(qū)域?yàn)槲锪魍ǖ?，由于各生產(chǎn)線所需物料都需要通過此處，因此頂蓋焊裝區(qū)不能占用物流通道。焊裝區(qū)中間豎直虛線左側(cè)為N300車型頂蓋焊裝區(qū)，右側(cè)為N310車型頂蓋焊裝區(qū)，虛線僅為示意，無實(shí)物阻隔。頂蓋焊合件轉(zhuǎn)運(yùn)路線的空心箭頭表示轉(zhuǎn)運(yùn)方向。

（1）N300車型頂蓋焊裝區(qū)：由1套N300頂蓋料架、1套N300頂蓋焊合件料架、1套N300頂蓋焊裝拼臺(tái)、2套懸掛式電阻點(diǎn)焊機(jī)組成。

（2）N310車型頂蓋焊裝區(qū)：由1個(gè)N310頂蓋料架緩沖區(qū)、1套N310頂蓋料架、1套頂蓋輸送自動(dòng)小車、1套N310頂蓋焊裝拼臺(tái)、1套N310頂蓋焊合件料架、1個(gè)N310頂蓋焊合件料架緩沖區(qū)、2套懸掛式電阻點(diǎn)焊機(jī)組成。

N300、N310頂蓋焊裝區(qū)共2名操作員工，根據(jù)車型切換要求，步行至相應(yīng)頂蓋焊裝區(qū)，啟動(dòng)懸掛式電阻點(diǎn)焊機(jī)并進(jìn)行試焊，如果切換至N310頂蓋焊裝區(qū)，還需啟動(dòng)頂蓋輸送自動(dòng)小車。整個(gè)車型切換過程時(shí)間長，且懸掛式電阻點(diǎn)焊機(jī)、頂蓋輸送自動(dòng)小車啟動(dòng)過程中可能出現(xiàn)故障，影響生產(chǎn)效率。焊裝N300頂蓋時(shí)，操作人員需將頂蓋物料從N300頂蓋料架上抬至N300頂蓋焊裝拼臺(tái)，完成焊接工作后，將頂蓋焊合件抬至N300頂蓋焊合件料架，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。因?yàn)榭臻g受限，所以N300頂蓋焊裝區(qū)無法布置物料緩沖區(qū)和焊合件料架緩沖區(qū)。

由于市場(chǎng)需求旺盛，產(chǎn)量不斷提升，此處成為生產(chǎn)瓶頸，迫切需要設(shè)計(jì)1套焊裝拼臺(tái)，替代N310頂蓋焊裝拼臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)N300、N310 2種車型頂蓋的柔性生產(chǎn)，共用頂蓋輸送自動(dòng)小車和懸掛式電阻點(diǎn)焊機(jī)，原N300頂蓋焊裝區(qū)作為物料緩沖區(qū)。

2 分析與設(shè)計(jì)

2.1 焊裝拼臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及矛盾分析

由于2種頂蓋的翻邊和型面在X、Y、Z 3個(gè)方向都是不同的，且差異較大，所以必須使用2套定位工裝夾具和輔助支撐。

通常采用以下3種方式來實(shí)現(xiàn)：{1}上下翻轉(zhuǎn)切換；{2}2套獨(dú)立焊裝拼臺(tái)自動(dòng)切換；{3}工裝夾具合并在同一拼臺(tái)。

（1）上下翻轉(zhuǎn)切換：焊裝拼臺(tái)底座有上、下2個(gè)安裝面，分別安裝N300頂蓋工裝夾具和N310頂蓋工裝夾具，整個(gè)焊裝拼臺(tái)由擺動(dòng)氣缸或擺動(dòng)液壓缸驅(qū)動(dòng)，可翻轉(zhuǎn)180°。

存在的問題：{1}焊裝拼臺(tái)翻轉(zhuǎn)半徑大，旋轉(zhuǎn)軸離地面較高，需要相應(yīng)更改頂蓋輸送自動(dòng)小車，改造工作量大；{2}焊接操作高度提高，為滿足人機(jī)工程，需增加踏臺(tái)，但因?yàn)楹秆b拼臺(tái)翻轉(zhuǎn)半徑大，踏臺(tái)需遠(yuǎn)離拼臺(tái)，所以操作員工難以靠近焊裝拼臺(tái)進(jìn)行焊裝作業(yè)；{3}人員操作范圍與焊裝拼臺(tái)翻轉(zhuǎn)范圍存在重疊的情況，有較大的安全隱患。

（2）2套獨(dú)立焊裝拼臺(tái)自動(dòng)切換：制造2套獨(dú)立的焊裝拼臺(tái)，分別用來焊裝N300、N310頂蓋，1套放置于工位，1套放置于存儲(chǔ)區(qū)，切換車型時(shí)切換整體焊裝拼臺(tái)，對(duì)空間、切換設(shè)備的要求較高，現(xiàn)場(chǎng)空間無法滿足此形式。

（3）工裝夾具合并在同一拼臺(tái)：N300、N310 2種車型頂蓋的工裝夾具較為密集，且N300頂蓋后部必須為整體滑動(dòng)工裝夾具，合并后，無論采取何種方式，工裝夾具都完全占用焊接設(shè)備操作空間，使懸掛式電阻點(diǎn)焊機(jī)的焊鉗無法進(jìn)行焊接作業(yè)。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生了技術(shù)矛盾。設(shè)計(jì)目標(biāo)是焊裝拼臺(tái)能柔性制造2種頂蓋，柔性2種頂蓋就需要把2種車型頂蓋的工裝夾具合并到一個(gè)焊裝拼臺(tái)上，這就導(dǎo)致以下幾個(gè)問題：{1}工裝夾具布置密集，操作空間受限；{2}焊裝拼臺(tái)、切換裝置體積龐大，占地面積大；{3}焊裝拼臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響人機(jī)工程，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

為了解決矛盾和打破設(shè)計(jì)中的慣性思維，需要使用一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法——TIRZ。

2.2 TRIZ理論的介紹

發(fā)明問題解決理論（theory of inventive problem solving，TRIZ）是一種目前應(yīng)用較為廣泛的創(chuàng)新理論。理論創(chuàng)立者G.S.Altshuler及其研究者通過對(duì)全世界不同時(shí)期、不同領(lǐng)域的250萬份發(fā)明專利進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)期、不同領(lǐng)域的發(fā)明中所用到的原理、方法并不多，同樣的原理、方法被反復(fù)使用，且都是經(jīng)過大量的試驗(yàn)試錯(cuò)才最終確定，花費(fèi)了大量時(shí)間、人力、物力和財(cái)力[2]。TRIZ理論總結(jié)出39個(gè)通用技術(shù)參數(shù)來描述技術(shù)矛盾，并總結(jié)了40個(gè)發(fā)明原理[1]來解決這些技術(shù)矛盾。

TRIZ理論在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的一般流程如下：首先分析問題，找出技術(shù)矛盾，確定要改善的技術(shù)參數(shù)和惡化的技術(shù)參數(shù)，然后根據(jù)矛盾矩陣[1]確定發(fā)明原理和設(shè)計(jì)方向，最后找出技術(shù)問題的具體解決方法。

2.3 TRIZ的應(yīng)用及柔性頂蓋焊裝區(qū)的可行方案

通過上文的分析，在頂蓋焊裝拼臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，涉及的參數(shù)包含可制造性、可操作性、可維修性、適應(yīng)性及多用性、裝置的復(fù)雜性，改善任一參數(shù)都可能造成其他參數(shù)的惡化，因此要綜合分析幾個(gè)參數(shù)。

矛盾矩陣[1]和40個(gè)發(fā)明原理表[1]的使用方法如下：例如，改善焊裝拼臺(tái)的適應(yīng)性及多用性參數(shù)，則焊裝拼臺(tái)的結(jié)構(gòu)會(huì)變得更復(fù)雜，即裝置的復(fù)雜性參數(shù)會(huì)惡化，通過表1，第35行適應(yīng)性及多用性與36列裝置的復(fù)雜性交叉處，得到編號(hào)15、29、37、28；通過表2，得到上述編號(hào)所對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理，分別為動(dòng)態(tài)化、氣動(dòng)和液壓結(jié)構(gòu)、熱膨脹、替代機(jī)械系統(tǒng)，這就是解決問題的幾個(gè)方向。

通過矛盾矩陣和涉及的技術(shù)參數(shù)，可以得到頂蓋焊裝拼臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)方向：分割、抽取、非對(duì)稱、合并、嵌套、反過來做、動(dòng)態(tài)化、轉(zhuǎn)變到新維度、替代機(jī)械系統(tǒng)、氣動(dòng)或液壓結(jié)構(gòu)、改變特性。頂蓋工裝夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要用到合并、反過來做、動(dòng)態(tài)化、轉(zhuǎn)變到新維度4個(gè)設(shè)計(jì)原理。{1}合并原理：合并空間上同類的物體，或預(yù)定要相鄰操作的物體。{2}反過來做原理：不直接實(shí)施問題指出的動(dòng)作，而是實(shí)施一個(gè)相反的動(dòng)作；使物體或外部環(huán)境移動(dòng)的部分靜止，或者使靜止的部分移動(dòng)；把物體上下顛倒。{3}動(dòng)態(tài)化原理：改變物體或外部環(huán)境的特性，以便在操作的每個(gè)階段都能提供最佳性能；如果物體不能移動(dòng)，想辦法讓它移動(dòng)，讓物體各部分都可以相互移動(dòng)；把物體分成幾個(gè)部分，它們能夠改變彼此的相對(duì)位置。{4}轉(zhuǎn)變到新維度原理：把物體的動(dòng)作、布局從一維變成二維，二維變成三維，以此類推；利用物體不同等級(jí)的組合；將物體傾斜或側(cè)放；使用給定表面的另一面[1]。

N300、N310頂蓋工裝夾具主要都集中在后部，將工裝夾具合并在同一拼臺(tái)時(shí)，可以采用2種頂蓋在焊裝拼臺(tái)上反向布置的方式，并適當(dāng)調(diào)整部分輔助支撐、夾具的位置，此時(shí)工裝夾具分布均勻適中，焊鉗操作空間充足，解決了2種頂蓋工裝夾具在水平方向（X、Y向）的干涉。2種頂蓋反向布置是這次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一點(diǎn)，解決了頂蓋工裝夾具中最多的干涉點(diǎn)，是整個(gè)焊裝拼臺(tái)實(shí)現(xiàn)柔性化的基礎(chǔ)。工裝夾具柔性設(shè)計(jì)的慣性思維，是在原工裝夾具的基礎(chǔ)上增加新車型的定位、支撐裝置，當(dāng)工裝夾具分布密集時(shí)，往往出現(xiàn)無法消除干涉點(diǎn)的問題，而TRIZ理論提供的反過來做原理，提供了一個(gè)很好的解決問題的方向。

N310頂蓋內(nèi)部有2根加強(qiáng)筋，使用4套定位夾具，位于焊裝拼臺(tái)中部，剩余工裝夾具都分布在焊裝拼臺(tái)邊緣，N300頂蓋工裝夾具都分布在焊裝拼臺(tái)邊緣，后部整體滑動(dòng)工裝可采用避讓方式，放置于頂蓋下方，因此N300頂蓋定位面應(yīng)高于N310。將N300焊裝操作面提升200 mm后，解決了2種頂蓋工裝夾具在豎直方向（Z向）的干涉。

由于N310焊裝操作面低于N300，為避免N310頂蓋與N300頂蓋工裝夾具干涉，需將N300頂蓋工裝夾具設(shè)計(jì)成運(yùn)動(dòng)切換方式。獨(dú)立工裝夾具安裝在氣缸驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)上，擺動(dòng)角度為30°，整體滑動(dòng)工裝夾具通過更換長行程氣缸，行程增加30 mm，即可避開N310頂蓋翻邊。

經(jīng)過研究分析，可實(shí)現(xiàn)的頂蓋焊裝拼臺(tái)結(jié)構(gòu)如下：工裝夾具合并在同一拼臺(tái)，2種車型頂蓋在拼臺(tái)上反向布置，N300車型頂蓋定位面高出N310車型頂蓋定位面200 mm，N300車型頂蓋工裝夾具為擺動(dòng)、滑動(dòng)切換方式（如圖2所示）。

改造后的頂蓋焊裝拼臺(tái)可直接替換原N310頂蓋焊裝拼臺(tái)，然后對(duì)頂蓋輸送自動(dòng)小車的吸盤位置進(jìn)行調(diào)整，并增加2個(gè)吸盤，使頂蓋輸送自動(dòng)小車可柔性N300頂蓋，拆除原N300頂蓋焊裝區(qū)的懸掛式電阻點(diǎn)焊機(jī)，其焊鉗掛在N310焊裝區(qū)懸掛式電阻點(diǎn)焊機(jī)上。N310上、下線方向及位置不變，N300與其相反。優(yōu)化后的頂蓋焊裝區(qū)平面布局圖如圖3所示，原N300頂蓋焊裝區(qū)作為物料緩沖區(qū)，原N310頂蓋焊裝區(qū)柔性生產(chǎn)N300、N310 2種車型頂蓋，共用頂蓋輸送自動(dòng)小車和懸掛式電阻點(diǎn)焊機(jī)。N300、N310 2種車型頂蓋上、下線方向相反，黑色實(shí)心箭頭表示N300車型頂蓋上、下線方向，空心箭頭表示N310車型頂蓋上、下線方向。

3 結(jié)語

微型汽車、微型電動(dòng)汽車白車身在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常用到孤島式焊裝分拼臺(tái)，隨著車型的增加，對(duì)生產(chǎn)線的柔性程度、占用空間提出了越來越高的要求，本文提供了一個(gè)可行的實(shí)施方向，使相關(guān)汽車企業(yè)以較低的成本、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)孤島式焊裝分拼臺(tái)的柔性生產(chǎn)。

TRIZ理論作為一種優(yōu)秀的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論，可以在設(shè)計(jì)中打破慣性思維、提供設(shè)計(jì)方向、縮短研發(fā)周期和各項(xiàng)投入，應(yīng)進(jìn)行深入地應(yīng)用和廣泛地推廣。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]譚培波，茹海燕，Wenling Babbitt.創(chuàng)新算法——TRIZ、系統(tǒng)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)造力[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008：219-225.

[2]趙新軍.技術(shù)創(chuàng)新理論（TRIZ）及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：12-14.

[3]徐帥帥.介紹一種車身焊裝線簡(jiǎn)易定位頂蓋的工裝[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2015（13）：47-50.

[4]唐穩(wěn)生，周小川，高學(xué)成.一種適用多種車型頂蓋的焊裝拼臺(tái)[P].中國專利：ZL201520558301.6，2015-02-05.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]

【作者簡(jiǎn)介】唐穩(wěn)生，男，廣西桂林人，研究生，上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司總經(jīng)理兼黨委書記；周小川，男，山東濟(jì)寧人，本科，上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司電控主任工程師。