对称式发盖和尾门内板总成柔性焊接岛设计开发_李昊.pdf

122 AUTO TIMEAUTOMOBILE DESIGN|汽车设计1引言为响应国家智能制造要求，同时在多样化的客户需求与劳动力市场多变的大环境下，通过打造智能化生产线，提高自动化装备应用，提升生产线的柔性化和自动化生产能力，提升自动化设备的生产效率。通过对比发现：国内外所有车门自动焊接生产线几乎都由零件定位拼台与补焊拼台组成，自动输送方式有十字滑台及机器人抓取。结合公司少人化战略需求，集我司十余年车门线开发经验教训总结于一体，以创新思维打破原有布局模式，专攻并以解决痛点难点问题为首要任务，颠覆创新“智造”，自主研发设计对称式发盖/尾门内板总成柔性焊接岛生产线，本生产线采用自主创新的对称布局、工艺路线及首次采用发盖尾门共线，全面提升制造及柔性水平和焊接质量，系统集成多项技术，勇于创新，创造性地进行开发应用，致力于打造高效高质量的少人化柔性车门焊装生产线。2打破传统模式，开发新布局当前我司现有的发盖尾门内板总成焊接线：手工线及机器人线，不能很好地满足公司发展需求，随着少人化、无人化、智能化等制造战略的向前推进，并结合国/内外产线布局特点，迫切需要开发出能解决当前痛点、难点问题的产线模式。当前痛点、难点问题：几乎都是手工线，人员多，各车型生产所需人员不均衡，造成人力资源浪费；机器人线，焊接机器人及搬运机器人总体运行效率低、伺服焊钳柔性差、设备多、占地大等；发盖或尾门内板总成焊接线都是专线，设备闲置率高；手工线及机器人线的拼台夹具不能互柔互导。2.1总体方案分析分析国/内外发盖尾门内板总成焊接线布局，结合现状急需解决的问题，并对现有车型的发盖尾门结构进行对比：BOP差异对比、零件数量对比、焊点分布对比、钣金厚度对比、涂胶参数对比、时序分析等（见图 2、图 3），创造性地开发出对称式发盖尾门内板总成柔性焊接岛的新布局（见图 1）。新布局通过调整工艺路线：左侧焊接时，右侧装件，反之亦然，达到单位时间内（86s，单侧 43s）产出 2 个相同或不同车门内板总成的生产目标，最大化的利用机器人焊接时间（37s，效率 86%）；人工仅为装/取件，降低了人工操作技能要求，辅工即可完成装/取件工作。每个车门生产时间（单侧，s）=（总时间*效率/节拍）/2=（3600*95%/40）/2 43s机器人在单侧焊接时间=每个车门生产时间-机器人回 home 位时间=43-6=37s对侧人工装件总时间=机器人在单侧焊接时间=37s2.2工艺流程及创新布局对称式发盖尾门内板总成焊接岛生产线工艺流程如图 3 所示，单侧由 2 个装件/定位焊+1 个补焊工位组成，居中的 6 台机器人为共用焊接机器人，在 HD10#与 LG10#之间的2 台机器人也是焊接机器人（单侧各 1）。李昊谢宁陈梁上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州市545005摘 要：对称式发盖和尾门内板总成柔性焊接岛，创造性的将两车型的发盖和尾门拼台夹具分列在机器人两侧，机器人在一侧焊接，对侧同时进行人工装件，达到单位节拍内完成两个车型的发盖和尾门内板总成的生产目标，该布局可柔性生产不同车型的发盖和尾门内板总成。关键词：发盖/尾门内板总成对称式布局柔性焊接岛装焊同步Design and Development of Symmetrical Flexible Welding Island for HD and LG Inner Plate AssemblyLi Hao，Xie Ning，Chen LiangAbstract：HD and the LG panel assembly symmetric fiexible welding island,two models of creative will send cover and tail gate spell fixture respectively on both sides of the robot.The robot is in one side welding,and the opposite side operator installs parts at the same time to unite the beat to finish two models of hair cover and the tail door panel assembly production targets.The layout can be fiexible production of different models of cover and the tail door panel assembly.Key words：HD/LG inner panel assembly,symmetrical layout,fiexible welding island,installation and welding synchronization对称式发盖和尾门内板总成柔性焊接岛设计开发AUTO TIME 123 AUTOMOBILE DESIGN|汽车设计 时代汽车装件/定位焊工位、补焊工位均通过原手工焊接拼台改造所得，R 侧（R-HD10#、LG10#、LG20#）装件的同时 L 侧（L-HD10#、LG10#、LG20#）进行焊接，实现人机分离，装/焊独立工作；转运模式由无动力机构进行工位间传送：LG10#LG20#；相比现有尾门机器人焊接线，减少工装、工艺设备及机器人投入，整条线相比现尾门内板机器人焊接线节省 2 套工装夹具、4 套抓手、6 把伺服焊钳，节省 4 台焊接机器人及 2 搬运机器人，同时优化生产布局空间，与传统尾门内板总成机器人焊接线相比，本对称式生产线用地减少约 70%。2.3首次设计发盖/尾门共线生产首次设计发盖/尾门共线生产，根据布局（见图 3），斜对角位置的工位同时焊接（L-LG10#、L-LG20#、R-HD10#），同时另一斜对角位置进行装件（R-LG10#、R-LG20#、L-HD10#），实行错位生产，避免操作工与机器人工作时人机交互，同时达到空间及时间的完美配合，在单位节拍内生产出 2 个车型的发盖内板总成及尾门内板总成。根据焊点分配方案（见图 5），不同焊接工位使用不同大小的伺服焊钳结构，全部是C 型焊钳（见图 4）。2.4采用固定的标准拼台底座新布局采用固定的标准拼台底座（见图6），所有车型的车门拼台夹具均通用此底座。该产线具备柔性焊接所有车型的车门内板总成，通过人工切换不同车型的拼台夹具，进行不同车型车门内板总成的生产。图4普通伺服焊钳图6标准拼台底座3解决关键痛点问题3.1解决手工线操作工多且各线人员不平衡的痛点问题原发盖或尾门内板总成手工焊接线，车型结构差异大，导致内板总成焊点总数差异大（见图 2），各车型结构不一焊点不一，所需操作工就不一样，这样操作工配备只能按最多的班组人员进行匹配，造成人员浪费。为了解决此痛点，需要一种产线，不管生产何种车型的发盖或尾门内板总成，操作工数量需一致，人员排班一致，就不存在人力资源浪费。经过车型结构分析及分解焊点，采用机器人焊接，人工仅装/取件，统一操作工的作业内容，经过时序分析，该布局方案完全能解决各线人员不平衡的痛点问题，且能减少现有手工线约 75%的焊接操作工（由 8 人/班车型，减少到2人/班车型，且这2人为辅工，即这 2 人由原焊接操作工变为辅工）。3.2解决机器人运行效率低的痛点问题原尾门内板机器人焊接线，使用转台进行人工装件及机器人焊接，使用搬运机器人及抓手进行工位间转运，焊接及搬运机器人运行效率低，有效使用时间短（设备等待时间长造成设备浪费），综合效率约为 50%。原拼台使用转台投资高，拼台夹具多且切换不简便，占用存储空间多，不符合我们的设计预期；图1产线新布局某基地车身各车型发盖、尾门内板总成零件数、焊点数统计生产线车型发盖尾门零件数焊点数（内板）零件数焊点数（内板）A线15498632546107135328444527845553684665418607550861853685695368431053285911536860125148261351282714583415519853图2发盖尾门零件数、焊点数对比图3对称式发盖尾门的产线工艺流程图5某车型发盖/尾门内板总成焊点分配方案料架辅工辅工料架取/装件取/装件机器人拼台及产线流向L-LG10#补焊R-LG10#补焊L-LG20#装件/定位焊R-LG20#装件/定位焊R-LG10#装件/定位焊L-LG10#装件/定位焊拼台及产线流向124 AUTO TIMEAUTOMOBILE DESIGN|汽车设计分析对比国内众多主机厂及零部件供应商的焊装生产线后，发现使用既有的产线布局很难符合我们的预期：在提升机器人运行效率的同时不增加工装拼台，还需减少工艺设备及机器人等设备，在结合自身产品结构特点，最后设计出如图 1 的产线布局方案，经过 SE 及时序、仿真分析，方案可行：机器人运行效率由 50%提升到 86%，整线运行效率相比原机器人线由 90%提升到 95%。3.3解决发盖/尾门专线的痛点问题原发盖、尾门内板焊接线，都是专线，占用场地大，焊接设备多，车型多焊接线多，车型排班生产少的线体，场地及设备闲置率高，造成了设备及场地极大的浪费。为了解决此痛点问题，团队成员全面分析厂内所有车型的发盖及尾门内板总成的结构及焊点分布特点，集思广益，将不同结构的发盖/尾门内板的焊点进行分解到各工位进行分析，最后得出各工位需要用到什么结构的焊钳（C 型），设计出所使用的伺服焊钳，解决焊钳的柔性问题（无需换焊钳造成节拍损失），常规伺服结构示意图见图 4。经过 SE 及时序分析，焊点分解到各工位使用常规伺服焊钳的焊接方案可行。3.4解决拼台夹具不能在机器人线及手工线兼容生产的痛点问题原发盖或尾门内板机器人焊接线及原手工线的拼台夹具都是专线专用的，不能跨线互导调用生产，不利于机动排产。本对称式发盖尾门内板总成柔性焊接岛生产线从规划开始就着手考虑解决此痛点问题，团队成员多次讨论分析拼台夹具在新模式的自动线及手工线互导可行性，经对比，一致认为对现有手工线的拼台夹具进行改造：在现有拼台底板底部加装定位装置，另设计标准拼台底座固定于本生产线上，人工将改造后的拼台夹具推动到该底座上（见图 6）。经 3D 设计及仿真模拟，方案可行：改造后的手工线拼台夹具可在手工线及对称式发盖尾门柔性焊接岛的生产线上互导生产。4应用结果4.1焊点全破结果经过发盖/尾门全破试验，发现尾门框处的两层板搭接焊点熔核小 6 点（见图 7），分析焊接过程及查看实物结果后，将此 6 个焊 作者简介李昊：硕士学历，高级工程师。主要从事车身线规划、设计、新技术研究等。谢宁：本科学历，高级工程师。主要从事车身线规划、设计、新技术研究等。陈梁：本科学历，工程师。主要从事车身线规划、设计、新技术研究等。点优化机器人焊接轨迹，解决焊接离空（工装夹紧优化），再次焊接并全破，焊点质量全部满足要求1-3。图7全破实验4.2生产线按期投产本生产线模式能够生产我司所有车型的的发盖及尾门内板总成，每班生产人员一致，并由操作工降为辅工，极大的降低了人力资源成本（运行成本）。本生产线进行标准化设计：易于复制建线，易于互导，易于与无人物流对接；本生产线如期投产，生产线如图 8 所示。图8生产线一角5结语在同等节拍生产的情况下，原有尾门内板机器人焊接线（2 个尾门的产线）：使用 10台焊接机器人、机器人平均效率 50%，使用10把伺服焊钳，使用抓手4套，拼台夹具8套，操作工 4 人/班，生产线占地 232.5m2；原有发盖内板手工焊接线（2 个发盖的产线）：手工焊钳 6 套，拼台夹具 2 套，操作工 4 人/班，生产线占地 72m2；对称式发盖尾门内板总成柔性焊接岛：使用 8 台焊接机器人，机器人平均效率 86%，使用 8 把伺服焊钳，使用抓手 0 套，拼台夹具 6 套，辅工 4 人/班，生产线占地 228m2；详见图9的对比，全部达到预定的指标：解决主要痛点问题，降本增效，实现互导能力。占地面种积 m2350300250200150100500原焊接线对称式柔性接岛305228图9主要设备投入对比各数据对比100806040200机器人数量伺服焊钳数量机器人效率%抓手数量拼台数量操作工数量原焊接线对称式柔性接岛10104108508806486参考文献：1 陈争光，梁自会，杨路明.浅谈汽车车身电阻焊强度质量控制 J.汽车实用技术，2019（08）：184-185.2 施连青.白车身焊点强度检验方法 J.汽车维修技师，2015（08）：131.3 郭盛奇.某车型白车身电阻焊焊点检测方法 J.企业科技与发展，2015（16）：40-41，44.