柔性两种车型白车身顶盖的孤岛式焊装区研究及TRIZ的应用
柔性化生产线在焊装车间的应用及选择扶廷凯
柔性化生产线在焊装车间的应用及选择扶廷凯发布时间：2023-05-27T08:02:18.973Z 来源：《中国科技信息》2023年6期作者：扶廷凯[导读] 随着科学技术的发展，在多元化的市场需求推动下，各汽车厂纷纷推出多种车型产品以供消费者选择，与之对应的是汽车厂需要更加柔性化的多车型生产线｡柔性化生产线的种类有很多，基于国内某知名汽车生产制造企业2017年投资建设的焊装车间项目，对其为各生产模块所配置使用的柔性生产线进行分析对比，简要阐述了焊装车间中常用的柔性化生产线的应用及选择｡中国汽车工业工程有限公司天津市 300000摘要：随着科学技术的发展，在多元化的市场需求推动下，各汽车厂纷纷推出多种车型产品以供消费者选择，与之对应的是汽车厂需要更加柔性化的多车型生产线｡柔性化生产线的种类有很多，基于国内某知名汽车生产制造企业2017年投资建设的焊装车间项目，对其为各生产模块所配置使用的柔性生产线进行分析对比，简要阐述了焊装车间中常用的柔性化生产线的应用及选择｡关键词：柔性化；共线生产；焊装车间；焊装生产线汽车市场的竞争点越来越集中在产品的更新换代上，面对如此快速的产品更新，汽车行业过去采用的那种大批量单车种专用线的生产模式已不太适应当前发展的要求，因此多品种的柔性化共用线生产方式也就越来越多地应用在汽车生产中，尤其对于汽车焊装生产这一复杂的专业化制造过程来说，车型的更新换代对于焊接生产线的设计使用周期都提出了更高的要求，多车型柔性化生产线成为最适应市场需求的焊接生产线发展趋势｡1汽车企业简介国内某知名汽车生产制造企业在2017年新建的焊装车间中，综合考虑了各白车身总成模块的生产特点､产量要求和投资成本，建设了一套完整的四车型柔性化共线､50JPH节拍的生产系统，一期投产两车型，二期再增加投产两车型｡新建的焊装车间主要包含以下6个系统｡2柔性输送系统2.1高速辊床+风车式台车柔性输送系统高速辊床+风车式台车柔性输送系统用于UB下车体线和MB主焊线，主要由高速固定辊床､高速升降辊床､风车切换机构以及风车式台车等设备组成输送系统，通过升降机形成闭环输送｡其主要特点包括以下5个方面｡（1）速度快：台车在工位间输送时间能缩短到6s｡（2）载荷高：辊床框架通过特制的工装整体焊接成型，其变形量小､强度高，最大载荷可高达2300kg｡（3）精度高：通过台车上的编码尺和导向座､定位孔组件，输送定位精度可达到±0.1mm｡（4）柔性度高：台车上最多可安装4个车型定位销组，并可任意切换｡（5）空间利用和缓存排序方便：通过线体首､末工位的升降机，可将台车提升至空中平台的辊床返回线，使白车身得到交接转移的同时也使空台车返回，形成闭合循环，同时还可以在二层平台设置车型的缓存区，以满足车间生产缓存及排序的需求｡2.2往复杆式输送线往复杆式输送线一般由电机或液压缸驱动曲柄､摇杆结构升降或气缸升降，齿轮齿条或辊轮水平输送形式｡其主要有以下4个特点：（1）与线旁夹具连为一体，在线体夹具内部空间实现往复抬升输送，因与线旁夹具相连强度高，运行平稳，但空间小，维修不便；（2）输送较快，往复输送时间一般可达到20s（不含返回）；（3）精度一般可达到±2mm；（4）柔性度差，不能自动切换车型夹具｡因其性能相对平衡､速度快，精度可通过线旁夹具改善，也经常为汽车厂所选用，但其机构较为复杂，空间小维修不便，较难调试，设备投资金额较高且只能线体内小循环，柔性度差，改造性差等劣势，总体投资性价比不高｡2.3柔性高速伺服传输系统生产线采用柔性高速伺服输送系统，传输速度可达80m/min，在满足5个车型混线输送要求的同时，要求6.5m节距的输送节拍小于10s，且定位精度误差小于1mm，这是在承接柔性线时遇到的新难题｡国内某汽车厂新建的焊接总成输送线提出了6个车型混线输送的要求｡由于车型多､速度快､定位精，且有18个工位，若采用传统的地面输送结构，会出现结构庞大，电机功率过大，影响车间电网平稳运行的弊端｡为解决这一难题，采用分段驱动的设计方式，每3个工位布置1台伺服电机，用控制程序保证其同步运行，这样每台电机功率较小，保证车间电网的平稳运行｡根据车型多的特点对6个车型进行仔细分析，努力寻找车身近似度大的区域作为拖点位置，最大程度地减少拖点数量，使拖点少而精，最终每个工位仅4个拖点｡在非金属托快上，根据车体宽窄情况作出沟槽，利用车体裙边突出部分进行Y向定位，成功解决了多车型混线难题｡生产线采用柔性高速伺服传输系统，传输速度可达80m/min，主线6500mm工位节距往返时间<15s，工件顶升采用带锁气缸，前进后退驱动采用大功率同步伺服电机｡柔性传输线的定位销和定位卡槽按照车辆分级定义后，原则上可以满足全尺寸的轿车，SUV､MPV的白车身传输需求｡2.4 SmallPallet输送线SmallPallet主要应用于车身焊装分总成自动焊接生产线，具有结构紧凑､高节拍､高精度等特点，能够实现多车型柔性切换､线体内循环高效率生产｡线体分为上下层：上层为工件焊接工位，具有精定位装置及高节拍要求，Pallet输送速度快；下层用于Pallet返回输送，不需要精定位，线体两端的提升机使pallet在上下层循环｡其主要特点为：（1）结构紧凑，上下层空间利用率高；（2）速度快，工位输送可达5s，节拍可高达70JPH；（3）精度高，定位精度在±1mm以内；（4）柔性度高，能够实现多车型柔性切换｡因其加工精度要求高，设备复杂，投资金额大，且线体承载一般不超过900kg，只能线体内循环，生产排序不是很灵活等限制原因，设备实际使用的范围和数量有所限制，并未被广泛采用｡1.4普通辊床滑撬式输送线主要由普通辊床､升降辊床､过渡辊床､旋转辊床､横移辊床等设备和滑撬组成输送系统，通过升降机形成闭环输送｡其主要特点为：（1）定位精度较低，一般为±3mm；（2）输送速度慢，一般为12~20s；（3）承载较高可达1800kg；（4）柔性度差，不能自动切换车型夹具｡因其设备加工要求不高，结构简单，投资金额较低，在以往对节拍､精度和柔性度要求不高时，曾为各大汽车生产企业所青睐，现主要用于无高精度要求的WBS和PBS空中缓存线｡高速辊床+风车式台车柔性输送系统由于速度快､载荷高､精度高､柔性度高､空间利用和缓存排序方便､投资性价比高等特点和优势，已经得到了各汽车制造企业的广泛认可和使用，成为了如今焊装车间的主流生产线体，相信定会成为未来高节拍､高柔性化､智慧化的汽车焊装车间生产线的中流砥柱｡2.5 Opengate柔性总拼系统总拼工位是焊装生产线中的关键核心工位，其功能是将下车体总成､左右侧围总成及顶盖总成合拼组合焊接成整车框架｡总拼工位的焊接质量和精度直接决定了白车身的焊接质量和精度｡总拼系统的常见类型有Opengate柔性总拼系统､多面翻转体总拼系统､GBL总拼系统｡该项目所选用的是Opengate柔性总拼系统，分两期投资建设，一期投入两车型生产，二期再投入两车型生产｡2.6 侧围EMS柔性轨道输送系统侧围在其柔性倒库系统焊接区完成焊接形成总成件后，由地面七轴机器人抓取，将侧围吊挂在二层EMS输送小车吊具上（，再由EMS 小车沿着铝合金轨道线路，将其输送至主焊线总拼工位上方，等待下件机器人抓取进行车身总拼｡EMS输送线设计为50JPH，设置有存储区可满足4种车型自由切换组合，存储区容量大小可拓展，前序工位停产后最大可满足主线连续生产1h｡EMS柔性轨道输送系统主要设备有EMS小车吊具､道岔､维修升降机以及铝合金轨道系统组成｡其主要特点：（1）精度较高，上下料口的定位机构可使其精度保证在±1mm；（2）节拍高，可通过优化线路，提升速度，增加小车等方式达到高节拍生产；（3）柔性度高，EMS小车上的吊具的托块可设计成多车型共用，适用性强，改造方便､成本低；（4）投资成本较低｡EMS系统已在相当长的时间里被广泛应用在各汽车生产车间，技术成熟，国内很多设备供应商都可以制造提供｡3结语汽车行业属于国家重点扶持和发展的行业，具备一定的带动市场需求，增加上下游产业链就业机会，增加国家经济实力的作用｡作为上游企业，焊接生产线行业也必然会随着汽车行业要求的提高，而得到自身的发展｡随着国家工业的快速发展，汽车工业迎来了高速发展的良好契机｡促使越来越多的汽车厂家不断地推出新的车型，以提高市场份额｡车型的更新换代对于焊接生产线的设计使用周期都提出了更高的要求｡多车型柔性化生产线成为最适应市场需求的焊接生产线发展趋势｡同时机器人操作的增多，也必然会提高生产纲领，保证白车身焊接质量的稳定性和统一性｡多车型柔性生产线技术的开发和成熟，能填补国内技术空白｡转化为成熟技术之后，对国内焊接生产线产业有广泛市场前景和推广前景｡通过此技术的发展，可以为国内汽车产业节省资金，缩短车型上市周期，争取市场份额｡参考文献：[1]崔占生.高速辊床实现焊装线高节拍柔性化生产[J].现代零部件，2012，（6）：65-67.[2]何道聪.柔性焊装线的规划及应用[J].装备制造技术，2016，（5）：236-240.[3]刘大顺，邵珊珊.白车身柔性总拼技术研究及在焊装生产线中的应用[J].时代汽车，2019，（16）：110-112.。
汽车白车身焊接精度偏差控制研究
汽车白车身焊接精度偏差控制研究发布时间：2022-08-30T05:56:31.441Z 来源：《中国科技信息》2022年33卷第4月8期作者：唐乾宗[导读] ：白车身的焊接精度，对装配效果和整车性能均有较大的影响，控制白车的焊接精度有助于提高车身质量。
白车身的偏差重点在于零部件不同环节上的公差，唐乾宗柳州坤菱科技有限公司广西柳州 545000摘要：白车身的焊接精度，对装配效果和整车性能均有较大的影响，控制白车的焊接精度有助于提高车身质量。
白车身的偏差重点在于零部件不同环节上的公差，把握磨具、检具各自的精度，有助于减少公差的过度积累。
假设车身精度相比行业规定值要小，对汽车质量与成本都将有较大的影响。
本文重点你分析了白车焊接精度具体的偏差源，提出针对性的控制措施。
关键词：白车身；焊接精度；控制引言汽车工业发展十分迅猛，车型更是丰富多样，产品质量得到逐步提升，生产规模也在持续地扩大化。
近20年来，各大企业企业入驻中国市场。
作为产品优劣的标志，质量的重要性不言而喻。
质量（Q）S（服务）T（技术）P（价格）成为整车工艺选择的核心参数。
除技术、价格和服务外，质量控制也是生产企业的生命线。
保障车身尺寸精度，是汽车制造企业不变的追求。
1 车身制造尺寸偏差源分析汽车薄板件焊接装配涵盖了3个不同的阶段，分别是焊前、焊中和焊后。
在不同阶段，均有不同的偏差源会影响和改变装配偏差。
所以，控制装配偏差前，应当找到各类偏差源的形式。
薄板装配时，会有5种针对性的偏差源。
在焊前阶段，偏差源更多是零件和夹具本身引起的制造误差，也就是零件、夹具偏差。
这种偏差源源自加工制造中带来的制造误差。
而零件偏差则形成于零件冲压、前序工位子装配引起的偏差。
夹具偏差，指的是夹具在制作和装配后带来的偏差。
考虑到零件、夹具制造还有装配精度均已达到质量控制最高的极限，想要减小零件或是夹具本身的制造误差，从而提高装配质量，这就不得不付出高昂的成本。
所以，这种事后补救显然不是精度控制理想的方向。
白车身柔性总拼工位研究
Research on Flexible Framing Station of BIW
LI Lu-biao (Kuka System China, Shanghai 201616)
Abstract: The trend of automobile manufacturing has changed from a large number of single models to small batches and multipie models. In order to meet the individuality and customization needs of consumers, and to improve the market competitiveness of automobile f$ctories, the current mainstream OEMs are increasing the investment and shortening of new models. The manufacturing cycle accelerates the investment of different models in the market and speeds up the renewal of the models. However, in order to speed up the investment of the models, the size and welding accuracy of the entire vehicle must be ensured. The Flex Frame Station is designed and manufactured to meet current needs. Key words: automobile; frame station; flexible; high precision
汽车柔性焊接工作站的设计及应用
汽车柔性焊接工作站的设计及应用作者：蔡陈阳黄伟雄陈佳来源：《汽车与驾驶维修（维修版）》2024年第06期关键词：汽车焊接；车身拼装；柔性工作站；MCP 理论中图分类号：U468.2+3 文献标识码：A0 引言汽车白车身柔性工作站的设计，是汽车制造业迈向智能化、高效化生产的重要一环。
孙贤初[1] 对空调器进液管组件焊接进行无人化生产线的设计，最终实现精确控制；吕柳熙[2] 通过降低误差解决了机械结构的间隙和响应实时性问题，最终提高了系统的动态性能；高佳篷[3] 开发了一种机器人智能焊缝跟踪方法，实现复杂工况下的自动化焊接；王伟刚[4] 根据公司发展战略的要求，对SDY（上汽通用东岳汽车）工厂汽车焊装车间制定一系列的可以提高焊装生产线的生产效率方案，最终实现了车辆智能化生产；陈鑫[5] 利用所设计的焊接算法，实现了稳定准确的焊接方式。
为了适应汽车市场的多样化和个性化需求，白车身拼装线需要具备更高的柔性化生产能力的工作站。
这意味着产线能够根据不同的车型要求进行快速调整，实现多品种、小批量的生产。
1 汽车白车身焊接工作站的介紹机器人可以执行重复、单调的焊接任务，且精度和速度都远高于人工操作。
通过引入机器人作业，可以进一步降低人工成本，提高焊接质量和一致性。
值得注意的是，虽然自动化技术在焊接领域的应用日益广泛，但仍有许多分总成生产线保留了人工操作与机器人作业相结合的模式。
1.1 汽车白车身焊接生产线简介汽车拼产线主要完成白车身总成方面的集成焊接。
工艺过程比较复杂，通常包括物料配送、定位、涂胶、搬运、零件抓取、螺柱焊接和电阻点焊等。
白车身总拼线目前的焊接工艺及具体设备如图1 所示。
1.2 汽车白车身拼焊线现状随着汽车制造业的快速发展，对白车身分拼焊接的生产效率提出了更高的要求。
然而，目前部分产线在生产过程中存在生产流程不够优化、设备自动化程度不高、人工操作过多等问题，导致生产效率低下，难以满足市场需求。
其次是质量控制问题。
汽车白车身制造中应用的柔性定位单元
汽车白车身制造中应用的柔性定位单元柔性定位单元是将柔性制造技术应用于汽车白车身制造过程中，尤其适用于白车身底板定位的生产线，可与标准工业机器人配合，达到精确、快速地实现多种车型切换与定位，实现生产线的柔性化生产模式，提高生产效率、降低工装成本。
大连奥托股份有限公司 李兆刚 王伟国上海交通大学密西根学院 闫泽宇1 柔性制造技术与柔性定位单元随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换，一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内，生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力，因此柔性已占有相当重要的位置。
柔性主要包括的内容如下。
a.机器柔性：当要求生产一系列不同类型的产品时，机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。
b.工艺柔性：一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力；二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。
c.产品柔性：一是产品更新或完全转向后，系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力；二是产品更新后，对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。
d.维护柔性：采用多种方式查询、处理故障，保障生产正常进行的能力。
e.生产能力柔性：当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。
对于根据订货而组织生产的制造系统，这一点尤为重要。
f.扩展柔性：当生产需要的时候，可以很容易地扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。
g.运行柔性：利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品，换用不同工序加工的能力。
柔性制造系统（F l e x i b l e M a n u f a c t u r i n g Technology,简称FMT）是由计算机集成管理和控制的、用于高效率制造中小批量多品种零部件的自动化制造系统。
柔性定位单元是柔性制造技术在自动生产线的应用之一，主要突出产品柔性和运行柔性，应用于汽车白车身底板定位的生产线，其特有的高速、精确特性，可以与标准机器人配合使用，实现生产线的柔性化，以实现精确、快速、简便的多种车型切换与定位，大幅度加快作业节拍，提高生产效率。
白车身焊装生产线输送方式的应用及比较
车辆工程技术53车辆技术 汽车焊装生产线是汽车白车身全部成形工位的总称，其由车身总成线与多条分总成线构成，每一条总成线或分总成线又由多种焊装工构成。
每一个工位均由部分定位夹具、供水供气构成。
线间、工位间通过搬运机、机器人等搬送设备实现上下料与零部件的传送工作，以此来确保生产线中各项工作的连续性。
汽车焊装生产线主要包含了地板总成线、侧围总成线、车身合成线以及车身装配完成线。
因此，焊装生产线能否实现高速柔性化，其输送设备方式就显得尤为重要。
1 往复杆输送系统 往复杆的输送系统通常安设在夹具的平台之上，与夹具共同构成了焊装生产线。
往复杆输送系统通常由升降机构、同步机构、运动机构、定位机构、电控系统、平衡助力机构等组成。
依照不同的标准分级，往复杆输送线能够进行不同的分类，分类的方式可以以安装形式进行，主要分为空中往复杆输送与地面腹杆输送线；依照往复杆输送线梭结构进行分类，可以分为双往复杆树洞与单往复杆输送线；依照往复杆输送形式进行分类，可以分为水平往复杆输送线与升降往复杆输送线；依照往复杆输送线的举升机构进行分类，可以分为独立升降往复杆输送线与同步升降往复杆输送线[1]。
往复杆输送系统的工作原理主要是通过伺服变频电机带动齿轮与齿条来进行一段距离的往复运动；其举升、降低运动为达到一工位之后落下，能够便于夹具进行夹紧工作，在焊接结束之后，顶升能够促使工件离开夹具，进而使得工件与夹具不会互相干涉，便于输送工作[2]。
往复杆输送系统的主要特点在于机构简单、机械化程度较高、输送定位精度高，而缺点则是设备投资较大、输送机结构较为复杂、输送车型的柔性较差。
2 滑撬输送系统 滑撬输送系统属于白车身焊装车间中应用最为广泛的一种输送设备，多用于车身总成线工序间的输送、调整线输送、焊装车间空中储运线车身储存输送。
这种输送系统主要由滑撬、普通输送滚床、升降输送滚床、旋转滚床、垂直升降机以及电控系统所构成。
滑撬输送系统的主要优点为自动化程度高，能够用于多种批量生产的生产线上，同时其能够在一条生产线中进行间歇、连续输送，以此能够实现生产线中的联线输送，能够将下车身总成线、车身总成焊装线、调整线、车身储运线联系为一个整体，更加便于实现一个车间多车型生产线之间的联线，能够将不同车型的下车身总成线、车身主线独立布置[3]，共同构建补焊线、调整线，更加容易实现生产线的分期投入，且输送速度较快、定位精度较高。
白车身焊装工艺规划数字化应用研究
白车身焊装工艺规划数字化应用研究发表时间：2020-09-15T15:33:37.220Z 来源：《工程管理前沿》2020年第14期作者：贾存鹏国文举[导读] 文章主要是分析了焊装工艺规划的关键点，同时也讲解了焊点工艺的实际意义，望能为有关人员提供到一定的帮助以及借鉴。
贾存鹏国文举长城汽车股份有限公司河北保定 071000摘要：焊装是汽车制造过程中重要的工艺之一，其能直接影响到汽车的整体质量。
文章主要是分析了焊装工艺规划的关键点，同时也讲解了焊点工艺的实际意义，望能为有关人员提供到一定的帮助以及借鉴。
关键词：白车身；焊装；方法1 前言车辆中的驾驶员位置是驾驶员以及乘客的移动之家在其中起到了保障到人们人身安全的主要职责。
由此可见点焊的质量会直接对整个汽车都造成直接的影响，为此对点焊的质量控制进行分析是十分重要的。
2 焊装工艺规划的关键点2.1 工艺分配工艺规划时，首先是根据生产纲领计算生产节拍，根据节拍及主机厂的要求确认各工位间的输送方式，并结合产品数模情况确定各零件上件顺序及工位数量。
在工艺分配后，可通过计算机软件模拟产品零件在工装夹具上的上件与卸件过程，来检查工艺分配是否合理，零件上件是否互相干涉或是否与定位机构干涉。
同时还要考虑夹具摆放是否恰当，操作人员进行焊接及取放件操作时是否便利。
焊装生产线上的基本单元是工位，在划分工位时，可在考虑生产节拍的基础上，对设计总成进行合并或分解。
在满足节拍要求的前提下，可将两个或两个以上的设计总成划分到一个焊接工位；如果节拍不能满足要求，也可将一个设计总成分解到两个工位进行焊接。
焊接工位的摆放要考虑前后序的工位承接以及物料运输方便的问题。
2.2 焊点分配分析焊点的工艺和稳定性是车身焊接质量的关键所在，焊点分配的合理性，将会影响整个产品的结构稳定性和整体强度。
焊点的数量、位置等信息一般是在产品设计时决定，包含在主机家提供的产品数学模型里。
焊点分配要以整个生产线为基础，采用整体规划与局部分析相结合的方法，并充分考虑生产节拍，焊点可达性、焊接工件的复杂程度等问题。
焊装柔性车身成形机的构造及应用
面积 会 有较 大增 加 ，单 － Ｇ ｔ结 构见 图４ ａｅ ，主要 包括 ６ 部分 ，Ｇ ｔ框 架 随车 型 不同 会进 行相 应 的更换 ， 个 ａｅ 锁紧 系统和 自动 快换 单 元只 有在 需要适 配 多品种 车 型
时才需 要增加 。
每 个Ｇ ｔ 总质 量可 以达 到２５ ０ｋ 左 右 ，夹具框 ａｅ ０ ｇ 架 上面最 大 允许使 用 的夹 紧器数量 为４ 套 ，还 可以设 ５ 计 少量翻 转 机构和 对 中机 构 ，完全 可 以满足 大部 分车
达 Ｎ５ Ｎ ０ｋ 左右 ，加上 精确 的重复 定 位精 度 可 以保 证
工装 框架 的使 用寿命 。
图 １
图５ 图２
３
Ｇ ｔ在 国 内也 有很 高 的知名度 ，该 车 身成形 机在 适用 ａｅ
于单 车 型时 占地面 积较 小 ，但是 在适 配 多车型 时 占地
图６
垂 直移 动 由２ Ｅ Ｐ Ｒ 传 动 装置 实 现 （ 图２）。在 套 ＸＥＴ 见 工 装 处于 工作 状 态 时 ，上 部 工 装会 由直 线 导轨 加皮 带
移 动至 理 论坐 标位 置对 车身 零件 进 行定 位 。下 部成 形
工 装 通 常 分 为 左 、 右 两 部 分 ，分别 定 位 左／ 侧 围 和 右 地 板 总 成 。 由于 成 形 机通 常 为３ 工位 的 占地 面 积 ， 个
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神 龙汽 车公 司 陈 辽
对 于焊 装领 域 ，为 了快 速反 应 市场 需 求 ，多车 型
混 流生 产 已经 司 空见惯 ，随 之而 来 的 ，生产 设 备需 要
１１ 独立 式成 形 机 ． （ １）Ｇｅ ｌｘ ｒ ｏｆ ｏ ｅ
更 好 的柔 性来 适应 各 种不 同 的车 型 ，这 一点 在 车身 成 形 机 上尤 显 突 出 。神 龙 公司 自Ｔ ３ 目以来 ，柔 性 成 熟 的 独 立 式 成 形 机 有着 其 特 有
汽车焊接柔性化试制线的开发和应用
汽车焊接柔性化试制线的开发和应用摘要：随着我国的的汽车制造行业制造能力不断提升，我国的国产汽车制造也面临着新的发展，新能源汽车的发展使得我国的汽车焊接柔性技术需要革新发展，全面提升我国的汽车柔性生产线，进而使得我国的汽车制造能够在世界上更加具有竞争力。
柔性化生产（Flexibility Manufacturing），是目前国内外先进汽车制造企业广泛采用的一种灵活、高效的生产模式。
它既满足了汽车生产要求的规模效益，又保证了产品多元化的需求。
这种先进的生产理念，以其时效优势及成本优势，极大的增强了企业的竞争力。
焊接柔性生产工序的主要任务是完成车身（也称为白车身）的加工制造。
对于轿车产品来说，车成线、左右侧围总成线、CRP （仪表台横梁+顶盖+后行李仓托架）线和门盖总成线、车身装配调整线等部分组成，各总成构件又由很多合件、组件及零件（大多为冲压件）组成。
考虑到起初的开发投资、日后的生产物流、品质管理等因素，这些分总成线一般都建在主机厂附近的配套厂，汽车主机厂通常采用即时直供方式为主机厂焊接柔性线服务。
关键词：汽车焊接；柔性化；试制线引言专有化焊接柔性线，也称之为单一化焊接柔性生产线，就是该焊接柔性线只能为单一车型提供生产。
若再开发新车种生产时，就必须异地或迁移现有焊接柔性线后重新建设新的焊接柔性线。
从而造成厂房、设备及公用动力设施重复投资造成浪费，生产效率很低；与之对应的柔性化焊接柔性线，是指在相同的汽车焊接情况下有着较高的车身焊接柔性效率和生产速度。
一，汽车焊接柔性化开发分析我国的汽车的发展起步相对来说比较晚，焊接技术的发展处于相对落后的状态，在焊接柔性夹具的设计和应用方面尚未达到先进水平，在生产和设计方面还没有形成相对完善的体系，近年来我国的汽车行业不断的发展，合资汽车的出现使得我国的汽车领域的技术得到了快速的发展，目前的车身的设计工作已经逐渐的出现了较好的发展，但是对于一些高精度的汽车夹具设计尚存在缺陷需要我们去改进，这也就提升了我国的汽车制造成本，这就阻碍了我国的汽车行业的发展。
浅论汽车白车身焊接工艺分析及工装设计
浅论汽车白车身焊接工艺分析及工装设计摘要：近年来我国的科学技术和经济水平都得到了蓬勃的发展，在这样的快节奏时代背景之下，我国社会生活当中的各行各业都紧随时代发展趋势不断地进行着与时俱进的创新和变革。
汽车制造行业当中的焊接工艺也在这样的快节奏时代洪流当中不断地引入了现代化的科学技术和工艺方法，从而在某种程度上提升了汽车车头的稳定性和安全性，相关的技术管理人员在汽车的焊接工艺以及钣金材料控制工作上，需要严格按照相关的要求和标准来管理，从而全面提升汽车制造行业的加工效果和质量水平。
本篇文章将针对这一点作出简要分析以供参考。
关键词：汽车白车身；焊接工艺；工装设计汽车生产工艺一般可分为冲压、焊装、涂装和总装工艺，其中，焊装质量直接影响着车身的精度和质量，因此对焊装工艺的研究对于汽车生产具有重要意义。
这是因为如果汽车白车身的整体焊接出现任何不稳定的变动，都会对整个汽车的工装及后期的投入使用带来极大的安全隐患。
因此，相关的技术工作人员一定要将现代化的焊接工艺引入到汽车白车身的焊接加工环节当中，并结合工装设计工作全面提升汽车白车身整体稳定性和安全性，从而全面提升汽车制造行业的加工水平。
1、白车身焊接工艺概述1.1白车身焊接方法车身的焊装质量对整个白车身的外观、精度和质量都具有重要的影响作用,因此,白车身的焊装应该引起足够的重视。
白车身焊接一般包括了对汽车的侧围、地板、后围、顶盖、总拼等的操作,按焊接方式又可分为电阻焊方式、C02电弧焊方式和激光焊方式。
在所有焊接方式中,电阻焊是目前使用得最普遍的,它主要是利用电阻发热的原理,将电阻发热产生的热量用于熔化工件,最后将工件连接起来的一种方法。
其中,电阻焊连接方式的常见点焊机械一般有两类:悬架式点焊机与定位式点焊机（固定点焊机）,悬挂式点焊机一般使用于在各分总成和车身总成之间的连接过程中,固定电焊机则应用凸焊螺母及螺柱过程中。
1.2焊接流程焊装工序以车身焊装顺序计划为主要内容,即首先根据车体数模,分解焊装工序,并明确工位,再确认每个工位及所需要的零部件,最后再进行总成焊接的流程。
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柔性两种车型白车身顶盖的孤岛式焊装区研究及TRIZ的应用作者：唐稳生周小川来源：《企业科技与发展》2016年第04期（上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司，山东青岛 266555）【摘要】传统孤岛式白车身顶盖焊装区柔性生产能力差，占地面积较大。
上汽通用五菱汽车股份有限公司N300、N310车型顶盖焊装区相邻布置，无法柔性生产，随着公司产量的不断提升，对生产节拍、效率、物料缓存空间的要求也越来越高，此处已经形成瓶颈，严重制约了整个生产线的产能升级。
文章经过研究分析，并通过TRIZ理论的应用，设计了一种新型工装夹具布置方式，实现了焊装拼台的柔性化功能，对其他类似结构的设计具有一定的参考价值。
【关键词】白车身顶盖；柔性生产；焊装拼台；TRIZ【中图分类号】U463.82 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）04-0071-041 背景上汽通用五菱的N310车型是N300车型的升级版本，但白车身改动较大，2种顶盖的翻边和型面差异性大。
N300生产线进行N310兼容升级改造时，经过分析，无法通过直接改造N300顶盖工装夹具的方式来柔性N310顶盖，最终采用2个独立的焊装区分别生产N300、N310 2种车型顶盖。
N300、N310白车身顶盖焊装区平面布局图如图1所示。
顶盖焊装区采用孤岛式布局，顶盖焊合件通过人工转运至白车身总拼生产线。
点状填充区域为物流通道，由于各生产线所需物料都需要通过此处，因此顶盖焊装区不能占用物流通道。
焊装区中间竖直虚线左侧为N300车型顶盖焊装区，右侧为N310车型顶盖焊装区，虚线仅为示意，无实物阻隔。
顶盖焊合件转运路线的空心箭头表示转运方向。
（1）N300车型顶盖焊装区：由1套N300顶盖料架、1套N300顶盖焊合件料架、1套N300顶盖焊装拼台、2套悬挂式电阻点焊机组成。
（2）N310车型顶盖焊装区：由1个N310顶盖料架缓冲区、1套N310顶盖料架、1套顶盖输送自动小车、1套N310顶盖焊装拼台、1套N310顶盖焊合件料架、1个N310顶盖焊合件料架缓冲区、2套悬挂式电阻点焊机组成。
N300、N310顶盖焊装区共2名操作员工，根据车型切换要求，步行至相应顶盖焊装区，启动悬挂式电阻点焊机并进行试焊，如果切换至N310顶盖焊装区，还需启动顶盖输送自动小车。
整个车型切换过程时间长，且悬挂式电阻点焊机、顶盖输送自动小车启动过程中可能出现故障，影响生产效率。
焊装N300顶盖时，操作人员需将顶盖物料从N300顶盖料架上抬至N300顶盖焊装拼台，完成焊接工作后，将顶盖焊合件抬至N300顶盖焊合件料架，劳动强度较大。
因为空间受限，所以N300顶盖焊装区无法布置物料缓冲区和焊合件料架缓冲区。
由于市场需求旺盛，产量不断提升，此处成为生产瓶颈，迫切需要设计1套焊装拼台，替代N310顶盖焊装拼台，以实现N300、N310 2种车型顶盖的柔性生产，共用顶盖输送自动小车和悬挂式电阻点焊机，原N300顶盖焊装区作为物料缓冲区。
2 分析与设计2.1 焊装拼台结构设计及矛盾分析由于2种顶盖的翻边和型面在X、Y、Z 3个方向都是不同的，且差异较大，所以必须使用2套定位工装夹具和辅助支撑。
通常采用以下3种方式来实现：{1}上下翻转切换；{2}2套独立焊装拼台自动切换；{3}工装夹具合并在同一拼台。
（1）上下翻转切换：焊装拼台底座有上、下2个安装面，分别安装N300顶盖工装夹具和N310顶盖工装夹具，整个焊装拼台由摆动气缸或摆动液压缸驱动，可翻转180°。
存在的问题：{1}焊装拼台翻转半径大，旋转轴离地面较高，需要相应更改顶盖输送自动小车，改造工作量大；{2}焊接操作高度提高，为满足人机工程，需增加踏台，但因为焊装拼台翻转半径大，踏台需远离拼台，所以操作员工难以靠近焊装拼台进行焊装作业；{3}人员操作范围与焊装拼台翻转范围存在重叠的情况，有较大的安全隐患。
（2）2套独立焊装拼台自动切换：制造2套独立的焊装拼台，分别用来焊装N300、N310顶盖，1套放置于工位，1套放置于存储区，切换车型时切换整体焊装拼台，对空间、切换设备的要求较高，现场空间无法满足此形式。
（3）工装夹具合并在同一拼台：N300、N310 2种车型顶盖的工装夹具较为密集，且N300顶盖后部必须为整体滑动工装夹具，合并后，无论采取何种方式，工装夹具都完全占用焊接设备操作空间，使悬挂式电阻点焊机的焊钳无法进行焊接作业。
通过以上分析发现，设计过程中产生了技术矛盾。
设计目标是焊装拼台能柔性制造2种顶盖，柔性2种顶盖就需要把2种车型顶盖的工装夹具合并到一个焊装拼台上，这就导致以下几个问题：{1}工装夹具布置密集，操作空间受限；{2}焊装拼台、切换装置体积庞大，占地面积大；{3}焊装拼台结构复杂，影响人机工程，存在安全风险。
为了解决矛盾和打破设计中的惯性思维，需要使用一种创新的设计方法——TIRZ。
2.2 TRIZ理论的介绍发明问题解决理论（theory of inventive problem solving，TRIZ）是一种目前应用较为广泛的创新理论。
理论创立者G.S.Altshuler及其研究者通过对全世界不同时期、不同领域的250万份发明专利进行分析研究发现，不同时期、不同领域的发明中所用到的原理、方法并不多，同样的原理、方法被反复使用，且都是经过大量的试验试错才最终确定，花费了大量时间、人力、物力和财力[2]。
TRIZ理论总结出39个通用技术参数来描述技术矛盾，并总结了40个发明原理[1]来解决这些技术矛盾。
TRIZ理论在结构设计中应用的一般流程如下：首先分析问题，找出技术矛盾，确定要改善的技术参数和恶化的技术参数，然后根据矛盾矩阵[1]确定发明原理和设计方向，最后找出技术问题的具体解决方法。
2.3 TRIZ的应用及柔性顶盖焊装区的可行方案通过上文的分析，在顶盖焊装拼台结构设计中，涉及的参数包含可制造性、可操作性、可维修性、适应性及多用性、装置的复杂性，改善任一参数都可能造成其他参数的恶化，因此要综合分析几个参数。
矛盾矩阵[1]和40个发明原理表[1]的使用方法如下：例如，改善焊装拼台的适应性及多用性参数，则焊装拼台的结构会变得更复杂，即装置的复杂性参数会恶化，通过表1，第35行适应性及多用性与36列装置的复杂性交叉处，得到编号15、29、37、28；通过表2，得到上述编号所对应的发明原理，分别为动态化、气动和液压结构、热膨胀、替代机械系统，这就是解决问题的几个方向。
通过矛盾矩阵和涉及的技术参数，可以得到顶盖焊装拼台结构设计的几个方向：分割、抽取、非对称、合并、嵌套、反过来做、动态化、转变到新维度、替代机械系统、气动或液压结构、改变特性。
顶盖工装夹具结构设计中主要用到合并、反过来做、动态化、转变到新维度4个设计原理。
{1}合并原理：合并空间上同类的物体，或预定要相邻操作的物体。
{2}反过来做原理：不直接实施问题指出的动作，而是实施一个相反的动作；使物体或外部环境移动的部分静止，或者使静止的部分移动；把物体上下颠倒。
{3}动态化原理：改变物体或外部环境的特性，以便在操作的每个阶段都能提供最佳性能；如果物体不能移动，想办法让它移动，让物体各部分都可以相互移动；把物体分成几个部分，它们能够改变彼此的相对位置。
{4}转变到新维度原理：把物体的动作、布局从一维变成二维，二维变成三维，以此类推；利用物体不同等级的组合；将物体倾斜或侧放；使用给定表面的另一面[1]。
N300、N310顶盖工装夹具主要都集中在后部，将工装夹具合并在同一拼台时，可以采用2种顶盖在焊装拼台上反向布置的方式，并适当调整部分辅助支撑、夹具的位置，此时工装夹具分布均匀适中，焊钳操作空间充足，解决了2种顶盖工装夹具在水平方向（X、Y向）的干涉。
2种顶盖反向布置是这次结构设计中最关键的一点，解决了顶盖工装夹具中最多的干涉点，是整个焊装拼台实现柔性化的基础。
工装夹具柔性设计的惯性思维，是在原工装夹具的基础上增加新车型的定位、支撑装置，当工装夹具分布密集时，往往出现无法消除干涉点的问题，而TRIZ理论提供的反过来做原理，提供了一个很好的解决问题的方向。
N310顶盖内部有2根加强筋，使用4套定位夹具，位于焊装拼台中部，剩余工装夹具都分布在焊装拼台边缘，N300顶盖工装夹具都分布在焊装拼台边缘，后部整体滑动工装可采用避让方式，放置于顶盖下方，因此N300顶盖定位面应高于N310。
将N300焊装操作面提升200 mm后，解决了2种顶盖工装夹具在竖直方向（Z向）的干涉。
由于N310焊装操作面低于N300，为避免N310顶盖与N300顶盖工装夹具干涉，需将N300顶盖工装夹具设计成运动切换方式。
独立工装夹具安装在气缸驱动的摆动机构上，摆动角度为30°，整体滑动工装夹具通过更换长行程气缸，行程增加30 mm，即可避开N310顶盖翻边。
经过研究分析，可实现的顶盖焊装拼台结构如下：工装夹具合并在同一拼台，2种车型顶盖在拼台上反向布置，N300车型顶盖定位面高出N310车型顶盖定位面200 mm，N300车型顶盖工装夹具为摆动、滑动切换方式（如图2所示）。
改造后的顶盖焊装拼台可直接替换原N310顶盖焊装拼台，然后对顶盖输送自动小车的吸盘位置进行调整，并增加2个吸盘，使顶盖输送自动小车可柔性N300顶盖，拆除原N300顶盖焊装区的悬挂式电阻点焊机，其焊钳挂在N310焊装区悬挂式电阻点焊机上。
N310上、下线方向及位置不变，N300与其相反。
优化后的顶盖焊装区平面布局图如图3所示，原N300顶盖焊装区作为物料缓冲区，原N310顶盖焊装区柔性生产N300、N310 2种车型顶盖，共用顶盖输送自动小车和悬挂式电阻点焊机。
N300、N310 2种车型顶盖上、下线方向相反，黑色实心箭头表示N300车型顶盖上、下线方向，空心箭头表示N310车型顶盖上、下线方向。
3 结语微型汽车、微型电动汽车白车身在生产过程中，经常用到孤岛式焊装分拼台，随着车型的增加，对生产线的柔性程度、占用空间提出了越来越高的要求，本文提供了一个可行的实施方向，使相关汽车企业以较低的成本、简单的结构实现孤岛式焊装分拼台的柔性生产。
TRIZ理论作为一种优秀的创新设计理论，可以在设计中打破惯性思维、提供设计方向、缩短研发周期和各项投入，应进行深入地应用和广泛地推广。
参考文献[1]谭培波，茹海燕，Wenling Babbitt.创新算法——TRIZ、系统创新和技术创造力[M].武汉：华中科技大学出版社，2008：219-225.[2]赵新军.技术创新理论（TRIZ）及应用[M].北京：化学工业出版社，2004：12-14.[3]徐帅帅.介绍一种车身焊装线简易定位顶盖的工装[J].企业科技与发展，2015（13）：47-50.[4]唐稳生，周小川，高学成.一种适用多种车型顶盖的焊装拼台[P].中国专利：ZL201520558301.6，2015-02-05.[责任编辑：陈泽琦]【作者简介】唐稳生，男，广西桂林人，研究生，上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司总经理兼党委书记；周小川，男，山东济宁人，本科，上汽通用五菱汽车股份有限公司青岛分公司电控主任工程师。