曹久雷 吳強(qiáng) 霍小敏 趙曉利 李少華 吳顯波

摘要：在滿(mǎn)足平臺(tái)車(chē)型性能、帶寬要求的前提下，結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)基地焊接生產(chǎn)線(xiàn)現(xiàn)狀，開(kāi)展平臺(tái)車(chē)型導(dǎo)入各基地的可行性分析及改造方案設(shè)計(jì)。通過(guò)同步工程分析，推動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行車(chē)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)車(chē)型共用生產(chǎn)線(xiàn)工裝和設(shè)備；結(jié)合仿真技術(shù)的運(yùn)用，做到數(shù)字化孿生，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間最短；結(jié)合柔性伺服技術(shù)接柔性主拼技術(shù)的運(yùn)用，將設(shè)計(jì)平臺(tái)化、制造平臺(tái)化快速、有效落地，確保制造過(guò)程的一致性與穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：平臺(tái)化；柔性化；智能制造；工藝流程；焊接生產(chǎn)線(xiàn)

隨著汽車(chē)消費(fèi)者對(duì)個(gè)性化、定制化的需求逐步成趨勢(shì)，建設(shè)高節(jié)拍、高自動(dòng)化及多車(chē)型柔性自動(dòng)線(xiàn)成為行業(yè)共識(shí)。但自動(dòng)柔性線(xiàn)如何實(shí)現(xiàn)多車(chē)型的快速切換，如何做到成本最優(yōu)和如何實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的一致性是行業(yè)難點(diǎn)[1]。為解決以上問(wèn)題，圍繞“質(zhì)量、成本、效率”，針對(duì)焊接工藝平臺(tái)化設(shè)計(jì)及智能制造技術(shù)的落地應(yīng)用進(jìn)行了全面研究，積極應(yīng)對(duì)現(xiàn)有量產(chǎn)車(chē)型與后續(xù)平臺(tái)架構(gòu)車(chē)型的柔性兼容及平穩(wěn)過(guò)渡。

平臺(tái)化研究思路

焊接制造平臺(tái)化架構(gòu)和精益制造技術(shù)研究總體思路為：產(chǎn)品端與制造端協(xié)同促進(jìn)共創(chuàng)價(jià)值，產(chǎn)品端傳遞價(jià)值，制造端支持價(jià)值（見(jiàn)圖1）。

在保證產(chǎn)品性能的前提下，推動(dòng)平臺(tái)車(chē)型傳輸定位與現(xiàn)有各基地保持統(tǒng)一，減少對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn)的改造，最大限度利用現(xiàn)有資源，減少生產(chǎn)線(xiàn)改造；統(tǒng)籌和審視各基地制造資源，通過(guò)部分定位系統(tǒng)的柔性化改造，釋放對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的部分要求，適應(yīng)現(xiàn)有各平臺(tái)內(nèi)新老產(chǎn)品的柔性兼容，以及與未來(lái)平臺(tái)車(chē)型的順利過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)新老產(chǎn)品柔性兼容及順利過(guò)渡；整合產(chǎn)品工藝流程、傳輸定位，規(guī)范平臺(tái)車(chē)型的工作量及工藝方法，實(shí)現(xiàn)未來(lái)平臺(tái)在各基地各生產(chǎn)線(xiàn)上互換生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)未來(lái)平臺(tái)車(chē)型在各基地間互換生產(chǎn)[2]。

平臺(tái)化研究關(guān)鍵舉措

1.下車(chē)體平臺(tái)化制造策略

結(jié)合各平臺(tái)產(chǎn)品特性，圍繞“質(zhì)量、成本、效率”三大維度，在保證產(chǎn)品性能的前提下，各平臺(tái)各車(chē)型傳輸、工藝流程和制造分工等實(shí)現(xiàn)各基地統(tǒng)一。定位柔性化改造，在工作量、工藝方法差異處理等方式上，實(shí)現(xiàn)各平臺(tái)車(chē)型在各基地各生產(chǎn)線(xiàn)上互換生產(chǎn)。

平臺(tái)下車(chē)體四組滑撬孔完全按照平臺(tái)要求設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)傳輸定位統(tǒng)一；在工裝策略上，下車(chē)體平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行共用設(shè)計(jì)，平臺(tái)間部分共用；上車(chē)體平臺(tái)內(nèi)、平臺(tái)間均采取夾具切換；平臺(tái)內(nèi)工藝流程、制造分工、工藝方法高度統(tǒng)一，平臺(tái)間實(shí)行差異化處理。平臺(tái)輸送定位及工裝策略如圖2所示。

2.下車(chē)體工裝標(biāo)準(zhǔn)MCP策略

統(tǒng)籌分析平臺(tái)全系所有下車(chē)體數(shù)據(jù)，集合下車(chē)體自制焊接分總成（機(jī)艙邊梁、機(jī)艙總成、前壁板、前地板、后地板及下車(chē)體）衍變規(guī)律和工裝共用策略，形成組焊夾具、抓手及補(bǔ)焊置臺(tái)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)和規(guī)范后續(xù)項(xiàng)目工裝設(shè)計(jì)，保證后續(xù)平臺(tái)車(chē)型下車(chē)體組焊工裝100%共用。

3.伺服抓手及柔性伺服共用夾具策略

結(jié)合平臺(tái)車(chē)型產(chǎn)品的衍變規(guī)則及工藝設(shè)計(jì)限制條件，借鑒柔性化工裝設(shè)計(jì)理念，在平臺(tái)車(chē)型下車(chē)體中大量應(yīng)用伺服抓手及柔性伺服共用夾具，可節(jié)約下車(chē)體導(dǎo)入停線(xiàn)時(shí)間，減少庫(kù)位占用，節(jié)約下車(chē)體工裝固定資產(chǎn)投入，實(shí)現(xiàn)后續(xù)同平臺(tái)車(chē)型導(dǎo)入后下車(chē)體工裝設(shè)備100%通用的目標(biāo)。伺服抓手方案如圖3所示。

前地板組焊伺服設(shè)計(jì)包括座椅橫梁X向伺服，共4套模組；門(mén)檻夾持面Y向伺服，共4套模組。機(jī)艙組焊伺服設(shè)計(jì)為減振器安裝板定位孔軸線(xiàn)伺服。后地板組焊伺服設(shè)計(jì)為后地板骨架為第一、第二橫梁X向伺服，后地板面板X(qián)向伺服。下車(chē)體組焊伺服設(shè)計(jì)為后地板總成主次定位孔X向伺服，共4套模組。

4.工作量?jī)?yōu)化及備件種類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)化策略

通過(guò)制造工藝及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，平臺(tái)下車(chē)體工作量中自制焊點(diǎn)較量產(chǎn)車(chē)型少10%，保護(hù)減少50%～80%，螺柱焊減少30%～40%；各基地下車(chē)體人員定額在現(xiàn)有基礎(chǔ)上減少50%～60%；為減少定位銷(xiāo)種類(lèi)，夾具定位銷(xiāo)設(shè)計(jì)時(shí)，將定位孔尺寸由20種優(yōu)化為5種，同直徑定位銷(xiāo)長(zhǎng)度由7種減少至3種以下，由此定位銷(xiāo)種類(lèi)由原來(lái)的100余種減少至14種，極大降低了備銷(xiāo)成本及管理難度；綜合考慮了各基地設(shè)備選型、精度目標(biāo)要求及生產(chǎn)線(xiàn)節(jié)拍等因素，焊點(diǎn)設(shè)計(jì)已最大限度滿(mǎn)足了現(xiàn)有基地焊鉗，避免異形焊鉗的使用和新項(xiàng)目導(dǎo)入后焊鉗的改造；梳理出6個(gè)自制焊接分總成在所有組焊工位的定位焊點(diǎn)規(guī)劃。

5.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化及精度提升策略

平臺(tái)下車(chē)體通過(guò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化及吸收公差結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，下車(chē)體關(guān)鍵安裝點(diǎn)精度達(dá)成難度大大降低，外觀(guān)匹配難度下降。結(jié)合一維尺寸鏈計(jì)算和工裝方案優(yōu)化，降低了制造難度。前上構(gòu)件結(jié)構(gòu)優(yōu)化及精度提升對(duì)比如圖4所示。

其中，前上構(gòu)件框架總成結(jié)構(gòu)及工藝層級(jí)優(yōu)化舉措如下：

1）簡(jiǎn)化零件搭接狀態(tài)，減少組焊工序數(shù)，更改結(jié)構(gòu)為Y、Z向可調(diào)。

2）框架總成在白車(chē)身總成層級(jí)裝配，縮短尺寸鏈。

前減振器搭接結(jié)構(gòu)優(yōu)化舉措如下：

1）取消前減振器安裝面Z平面搭接結(jié)構(gòu)，避免前減振器安裝板裝配不到位等問(wèn)題。

2）將從機(jī)艙邊梁前段逐步開(kāi)始焊接調(diào)整至在白車(chē)身總成最后定位裝配，縮短尺寸鏈。

前罩鉸鏈、翼子板安裝點(diǎn)，由原來(lái)X、Z向搭接調(diào)整為Y向搭接，Z向可調(diào)結(jié)構(gòu)，打斷Z向尺寸鏈，吸收Z(yǔ)向公差；X、Y向鉸鏈，吸收X、Y向公差。

6.柔性主拼技術(shù)策略

主拼工位是焊接生產(chǎn)線(xiàn)的核心工位，目前主流汽車(chē)企業(yè)的主拼形式有OPEN GATE、四面體轉(zhuǎn)轂、內(nèi)主拼及抓手等，主要以O(shè)PEN GATE和四面體轉(zhuǎn)轂為主。新建焊接生產(chǎn)線(xiàn)時(shí)，需綜合線(xiàn)體產(chǎn)能、場(chǎng)地、投資等維度評(píng)估選擇主拼夾具結(jié)構(gòu)形式。

采用OPENGATE庫(kù)位切換，優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)可靠，業(yè)內(nèi)應(yīng)用成熟，但有占地大、切換效率低（約35～40s）等問(wèn)題。為了節(jié)約場(chǎng)地，提升切換效率，節(jié)約后續(xù)車(chē)型固定資產(chǎn)投入以及節(jié)約工裝安裝導(dǎo)入、調(diào)試等時(shí)間，焊接工藝團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了柔性主拼的探索及應(yīng)用，在主拼側(cè)扇上集成伺服模組，頂蓋橫梁、置物板等采用伺服抓手定位，實(shí)現(xiàn)各車(chē)型主拼夾具柔性共用。

其中，主拼預(yù)裝工位，總體工藝流程與現(xiàn)有車(chē)型一致，僅將尾裙板調(diào)整至主線(xiàn)焊接，提升側(cè)圍尾部開(kāi)檔尺寸穩(wěn)定性，在主線(xiàn)預(yù)拼工位新增1臺(tái)機(jī)器人完成尾裙板的自動(dòng)預(yù)裝及點(diǎn)定功能（點(diǎn)定插槍示意見(jiàn)圖6），尾裙板定位采用伺服抓手+Docking組合方式。

側(cè)圍定位工裝，單側(cè)采用8組定位單元，其中A、C柱定位銷(xiāo)三向伺服。支撐和夾持兩向伺服。Z向支撐面2個(gè)，Y向夾持8個(gè)，總計(jì)側(cè)圍總成定位單側(cè)伺服軸18個(gè)，左右共計(jì)36個(gè)伺服軸。

頂蓋前后橫梁工裝，主拼二層平臺(tái)布置6臺(tái)機(jī)器人，中間2臺(tái)為前、后橫梁，置物板定位抓手，其中后橫梁與置物板共用抓手，前后4臺(tái)為點(diǎn)定機(jī)器人。前、后橫梁，置物板均要求鈑件各車(chē)型Y向間距一致，定位孔大小一致為20mm，抓手設(shè)計(jì)6組定位單元，定位銷(xiāo)X、Z兩向伺服，總計(jì)12個(gè)伺服軸，靠機(jī)器人絕對(duì)坐標(biāo)定位。

焊點(diǎn)點(diǎn)定方案，對(duì)于60JPH（件/h）生產(chǎn)線(xiàn)，必打點(diǎn)設(shè)計(jì)示意如圖5所示，焊點(diǎn)總數(shù)不少于48點(diǎn)，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，該方案可靠，可滿(mǎn)足精度、節(jié)拍要求。

結(jié)語(yǔ)

基本實(shí)現(xiàn)各平臺(tái)的制造分工、工藝流程、輸送定位、工藝方法及工作量等的統(tǒng)一，工裝設(shè)計(jì)遵循工裝柔性、人員效率提升及工序鏈最短的原則，平臺(tái)車(chē)型導(dǎo)入現(xiàn)有基地，夾具、抓手設(shè)計(jì)需能滿(mǎn)足后續(xù)所有同平臺(tái)車(chē)型共用，減少庫(kù)位占用及切換損失。新建基地按照單夾具、柔性?shī)A具、局部快換及專(zhuān)用+轉(zhuǎn)臺(tái)切換等方式，最終實(shí)現(xiàn)下車(chē)體生產(chǎn)線(xiàn)無(wú)庫(kù)位，整線(xiàn)工裝通用化率85%，運(yùn)行成本降低30%，制造工時(shí)波動(dòng)小于5%的目標(biāo)，有效降低了場(chǎng)地、投資、生產(chǎn)管理和人員管理等成本。

通過(guò)平臺(tái)化策略的實(shí)施，有效助推焊接智能制造能力提升，焊接車(chē)間“兩提升，三降低”（生產(chǎn)效率提升、能源利用率提升、運(yùn)營(yíng)成本降低、產(chǎn)品不良率降低及產(chǎn)品研制周期縮短）獲得巨大突破。按照工信部下發(fā)《智能制造能力成熟度模型白皮書(shū)》 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本實(shí)踐案例焊接智能制造水平達(dá)到4級(jí)（優(yōu)化級(jí)），處于國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

參考文獻(xiàn)

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