蔡陳陽　黃偉雄　陳佳

關(guān)鍵詞：汽車焊接；車身拼裝；柔性工作站；MCP 理論

中圖分類號：U468.2+3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

汽車白車身柔性工作站的設(shè)計(jì)，是汽車制造業(yè)邁向智能化、高效化生產(chǎn)的重要一環(huán)。孫賢初[1] 對空調(diào)器進(jìn)液管組件焊接進(jìn)行無人化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)精確控制；呂柳熙[2] 通過降低誤差解決了機(jī)械結(jié)構(gòu)的間隙和響應(yīng)實(shí)時(shí)性問題，最終提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；高佳篷[3] 開發(fā)了一種機(jī)器人智能焊縫跟蹤方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況下的自動(dòng)化焊接；王偉剛[4] 根據(jù)公司發(fā)展戰(zhàn)略的要求，對SDY（ 上汽通用東岳汽車） 工廠汽車焊裝車間制定一系列的可以提高焊裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率方案，最終實(shí)現(xiàn)了車輛智能化生產(chǎn)；陳鑫[5] 利用所設(shè)計(jì)的焊接算法，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定準(zhǔn)確的焊接方式。為了適應(yīng)汽車市場的多樣化和個(gè)性化需求，白車身拼裝線需要具備更高的柔性化生產(chǎn)能力的工作站。這意味著產(chǎn)線能夠根據(jù)不同的車型要求進(jìn)行快速調(diào)整，實(shí)現(xiàn)多品種、小批量的生產(chǎn)。

1 汽車白車身焊接工作站的介紹

機(jī)器人可以執(zhí)行重復(fù)、單調(diào)的焊接任務(wù)，且精度和速度都遠(yuǎn)高于人工操作。通過引入機(jī)器人作業(yè)，可以進(jìn)一步降低人工成本，提高焊接質(zhì)量和一致性。值得注意的是，雖然自動(dòng)化技術(shù)在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，但仍有許多分總成生產(chǎn)線保留了人工操作與機(jī)器人作業(yè)相結(jié)合的模式。

1.1 汽車白車身焊接生產(chǎn)線簡介

汽車拼產(chǎn)線主要完成白車身總成方面的集成焊接。工藝過程比較復(fù)雜，通常包括物料配送、定位、涂膠、搬運(yùn)、零件抓取、螺柱焊接和電阻點(diǎn)焊等。白車身總拼線目前的焊接工藝及具體設(shè)備如圖1 所示。

1.2 汽車白車身拼焊線現(xiàn)狀

隨著汽車制造業(yè)的快速發(fā)展，對白車身分拼焊接的生產(chǎn)效率提出了更高的要求。然而，目前部分產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中存在生產(chǎn)流程不夠優(yōu)化、設(shè)備自動(dòng)化程度不高、人工操作過多等問題，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，難以滿足市場需求。其次是質(zhì)量控制問題。車身子系統(tǒng)作為汽車的重要組成部分，其質(zhì)量直接關(guān)系到汽車的安全性和舒適性。

然而，在拼焊產(chǎn)線中，由于工藝控制不嚴(yán)格、設(shè)備精度不足、材料質(zhì)量不穩(wěn)定等因素，可能導(dǎo)致白車身整體質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，影響整車的質(zhì)量。國內(nèi)主機(jī)廠大多數(shù)車身車間白車身焊接分拼線，如圖2 所示為某主機(jī)廠焊接模式（人機(jī)混合焊接）。

2 汽車白車身焊接場地改造

2.1 白車身焊接線投資成本高

白車身產(chǎn)線確實(shí)涉及較高的投資成本，這主要源于多個(gè)方面的考慮，由于車身車間產(chǎn)線的建設(shè)需要考慮到廠房改造、設(shè)備布局和安裝調(diào)試等費(fèi)用。由于柔性生產(chǎn)的需求，設(shè)備的布局和安裝調(diào)試也是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要專業(yè)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行操作。焊接場地由于人機(jī)混合，場地工位都比較多，一般需要40 個(gè)焊接工位才能完成焊接任務(wù)。另外各個(gè)子系統(tǒng)單件、如行李支架和螺柱焊銷釘?shù)攘慵臄?shù)量較多，裝件、涂膠、焊接和搬運(yùn)等往往需要10 ～ 15 個(gè)拼臺才能完成全部工序，對于機(jī)器人的需求數(shù)量也會在20 臺以上。這些無疑都提高了生產(chǎn)成本。

2.2 焊接零件結(jié)構(gòu)眾多，夾具存儲困難

由于車身類別較多，形狀各異，且每個(gè)零件都需要滿足特定的功能和性能要求。因此，白車身的柔性制造難度較大，其往往具有復(fù)雜的曲面形狀、高精度的尺寸要求以及嚴(yán)格的裝配公差。為了滿足這些要求，制造過程中需要使用多種先進(jìn)的工藝技術(shù)和高精度的設(shè)備。同時(shí)，不同的零件可能需要不同的工藝流程和材料，零件定位的切換，需要開發(fā)有不同的定位工裝夾具和抓取裝置，這就導(dǎo)致切換時(shí)間長，投資成本高，進(jìn)一步增加了柔性制造的挑戰(zhàn)。

其次，汽車特殊訂單的生產(chǎn)批量差異大，也影響了柔性制造的實(shí)施。一些零件可能只需要生產(chǎn)少量批次，同時(shí)生產(chǎn)5 種車型，這種生產(chǎn)批量的差異要求制造系統(tǒng)具備高度的靈活性和可調(diào)整性，以便能夠快速適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求。

2.3 車身焊接件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接工藝布置難度提升

在白車身焊接過程中，焊接設(shè)備、輔助設(shè)備和工裝的布局應(yīng)便于操作，減少人員移動(dòng)和等待時(shí)間，提高整體工作效率。在工藝布置中充分考慮安全和環(huán)保要求，如設(shè)置安全防護(hù)設(shè)施、配置通風(fēng)除塵設(shè)備等，確保焊接作業(yè)的安全和環(huán)保性。

3 柔性車身焊接工作站的設(shè)計(jì)

本研究需要結(jié)合企業(yè)車間特征，通過采用柔性自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)、合理配置設(shè)備、優(yōu)化生產(chǎn)線布局以及實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)和可編程控制等措施，我們可以設(shè)計(jì)出一條能夠?qū)崿F(xiàn)多品種產(chǎn)線柔性生產(chǎn)并具備60JPH 產(chǎn)品輸出能力的焊接產(chǎn)線。這將有助于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和市場競爭力，滿足消費(fèi)者對個(gè)性化、多元化產(chǎn)品的需求。

3.1 白車身柔性工作站設(shè)計(jì)，降低投入成本

焊接機(jī)器人線平衡分析是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它有助于提升生產(chǎn)效率和優(yōu)化機(jī)器人工作流程。線平衡分析主要關(guān)注產(chǎn)線上各個(gè)工位或工序的作業(yè)時(shí)間和負(fù)荷分配，確保它們盡可能相等或相近，從而消除等待和浪費(fèi)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率最大化。MCP（關(guān)鍵控制點(diǎn)）理論的應(yīng)用在平臺化柔性工作站，通過選取MCP，同平臺的車型（甚至不同平臺的車型）采用共同的定位。以實(shí)現(xiàn)夾具、抓手的共用（圖3）。這樣既可以降低投入成本，也能減少焊接時(shí)間，提高工作效率。

3.2 柔性工作站新設(shè)備投入

柔性工作站是一種能夠根據(jù)生產(chǎn)需求快速調(diào)整和適應(yīng)不同產(chǎn)品或任務(wù)的工作站，它具備高度的靈活性和可配置性，能夠顯著提升生產(chǎn)線的效率和適應(yīng)性。

在新設(shè)備的投入方面，我們需要考慮以下幾個(gè)方面。

（1）設(shè)備選擇與配置：根據(jù)柔性工作站的具體需求和場景，選擇合適的設(shè)備進(jìn)行投入。這些設(shè)備可能包括可編程機(jī)器人、傳感器、視覺系統(tǒng)等，以實(shí)現(xiàn)工作站的自動(dòng)化和智能化。同時(shí)，我們需要確保設(shè)備的配置與工作站的整體布局和工藝流程相匹配，以達(dá)到最佳的生產(chǎn)效果。

（2）技術(shù)集成與調(diào)試：新設(shè)備的投入不僅僅是簡單的安裝和連接，還需要進(jìn)行技術(shù)集成和調(diào)試。這包括設(shè)備之間的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)交換、控制邏輯等方面的集成，以及設(shè)備的調(diào)試和優(yōu)化，確保設(shè)備能夠正常工作并達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)效果。

（3）人員培訓(xùn)與操作：新設(shè)備的投入往往伴隨著新的操作方式和技能要求。因此，我們需要對操作人員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)和指導(dǎo)，使他們能夠熟練掌握新設(shè)備的操作和維護(hù)技能。同時(shí)，我們還需要建立相應(yīng)的操作規(guī)程和安全制度，確保設(shè)備的安全運(yùn)行和人員的安全操作。

（4）效益評估與持續(xù)改進(jìn)：新設(shè)備投入后，我們需要對其運(yùn)行效果進(jìn)行評估，包括生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、成本節(jié)約等方面的指標(biāo)。通過評估結(jié)果，我們可以了解新設(shè)備的實(shí)際效益，并根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)，以進(jìn)一步提升工作站的性能和效率。

3.3 白車身柔性焊接線整體布局方案

白車身焊接拼接線需要綜合考慮多個(gè)因素，包括產(chǎn)線效率、設(shè)備配置、工藝流程、安全性以及未來擴(kuò)展性，圖4 所示為白車身焊接線柔性焊接工作站的實(shí)景圖。白車身柔性焊接線的布局方案，需要考慮以下內(nèi)容。

3.3.1 產(chǎn)線布局原則

（1）流程優(yōu)化：確保零件從入庫到焊接完成，再到出庫的整個(gè)流程順暢，減少不必要的物料搬運(yùn)和等待時(shí)間。

（2）設(shè)備配置：根據(jù)焊接工藝和零件特點(diǎn)，選擇合適的焊接設(shè)備、夾具和輔助設(shè)備，確保焊接質(zhì)量和效率。

（3）安全性：設(shè)置安全隔離區(qū)，避免人員與設(shè)備的直接接觸，同時(shí)配置安全報(bào)警和緊急停止裝置，確保產(chǎn)線安全。

3.3.2 產(chǎn)線布局方案

（1）零件入庫區(qū)：設(shè)置零件暫存區(qū)和自動(dòng)上料裝置，實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)上料和定位。

（2）焊接區(qū)：根據(jù)焊接工藝需求，配置相應(yīng)的焊接設(shè)備、夾具和輔助設(shè)備?？梢钥紤]采用機(jī)器人焊接和柔性焊接工藝，提高焊接質(zhì)量和效率。

（3）質(zhì)量檢測區(qū)：設(shè)置質(zhì)量檢測設(shè)備和人員，對焊接完成的白車身進(jìn)行質(zhì)量檢查，確保產(chǎn)品合格。

3.3.3 產(chǎn)線控制與管理

（1）自動(dòng)化控制：通過PLC 或DCS 等自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線的自動(dòng)化運(yùn)行和監(jiān)控。

（2）數(shù)據(jù)管理：建立產(chǎn)線數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)記錄和分析產(chǎn)線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量等信息，為優(yōu)化產(chǎn)線布局和工藝提供數(shù)據(jù)支持，最終確定白車身拼焊裝產(chǎn)線的技術(shù)方案。

3.4 白車身柔性工作站的經(jīng)濟(jì)效益

柔性工作站采用先進(jìn)的自動(dòng)化和智能化技術(shù)，能夠快速地適應(yīng)不同車型、不同生產(chǎn)批次的生產(chǎn)需求，顯著提高了生產(chǎn)效率。設(shè)計(jì)出一條能夠?qū)崿F(xiàn)多品種產(chǎn)線柔性生產(chǎn)并具備60JPH 產(chǎn)品輸出能力的焊接產(chǎn)線，在經(jīng)濟(jì)效益方面帶來了顯著的提升和改變。同時(shí)，減少了因換型、調(diào)試等造成的生產(chǎn)時(shí)間浪費(fèi)，進(jìn)一步提升了整體產(chǎn)能。通過自動(dòng)化和智能化技術(shù)的應(yīng)用，柔性工作站減少了人工操作，降低了勞動(dòng)力成本。此外，由于減少了人為因素的干擾，也降低了生產(chǎn)過程中的廢品率和返修率，進(jìn)一步節(jié)約了材料和能源成本。

4 結(jié)束語

本文通過白車身柔性焊接產(chǎn)線設(shè)計(jì)，基于MCP 點(diǎn)理論，開發(fā)了新的伺服焊鉗、抓手和夾具等裝備，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、高效化和精確化的生產(chǎn)目標(biāo)。通過引入先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，提高了汽車白車身焊接產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。

綜上所述，白車身柔性工作站新設(shè)備的投入是一個(gè)復(fù)雜而重要的過程，需要我們在設(shè)備選擇、技術(shù)集成、人員培訓(xùn)和效益評估等方面進(jìn)行全面考慮和精心安排。只有這樣，我們才能確保新設(shè)備能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為柔性工作站的運(yùn)行和發(fā)展提供有力支持。

作者簡介：

蔡陳陽，本科，工程師，研究方向?yàn)槠囌囬_發(fā)項(xiàng)目管理。