汽车焊装生产线的柔性化

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摘 要：随着社会文明的进步和生产力水平的逐步提高,全球汽车市场发生了根本的变化：竞争加剧,消费呈现多样化、个性化、差异化、扁平化,随之而来的影响便是传统的大批量生产组织方式面临着新的生财方式的严峻挑战-一种适应市场动态变化的柔性生产组织方式.

关 键 词：焊装生产线；柔性生产制造系统

柔性化生产（FlexibilityManufacturing）,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.

1.前言

随着我国经济的蓬勃发展,人民生活水平的不断提高,汽车已经不在是少数人的专利,它进入了越来越多的普通家庭.人们消费观念的转变和购买力的提高,也大大刺激了汽车产业的迅猛增长.面对瞬息万变的市场,汽车生产企业对人们的消费需求愈加难以准确预测,因此,汽车企业的生产能力能否弹性地适应市场波动并进行适时地、快速地调整,对于企业处于市场竞争的有利地位显得至关重要,这也是差异化市场竞争中能否克敌制胜的关键所在.汽车市场的竞争越来越集中在汽车产品的更新换代和是否针对客户个性化需求上.企业面对如此变幻莫测的市场环境,传统汽车行业过去采用的大批量单车种专用线的生产模式已很难适应当前汽车业快速发展的要求,因此多品种的柔性化共用线生产方式越来越受到重视,广泛地应用在汽车生产中.汽车焊装生产是汽车加工工艺中相对复杂相对专业的制造过程,柔性化制造技术对车身焊装生产而言,显得尤为重要,因此如何实现“柔性化生产”是汽车柔性化生产的关键所在.

2.焊装生产线的作用及分类

焊装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,车身焊装线一般是由地板总成线、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装线服务.

专有化焊装线,也称之为单一化焊装生产线,就是该焊装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装线后重新建设新的焊装线.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装线,是指在相同的地方同一条生产线上可以同时满足多个车种的生产线,其通用设备和公用动力设施一次性投入永久性享用,每次开发新车型时,只需增加部分专用设备模块,改造事先预置的通用设备,调试各种共用化程序即可.柔性化生产线避免了重复投资造成的浪费,而且缩短了技改时间,唯一不足的是初期一次性投资高于固定生产线.

3.柔性焊装生产线

柔性焊装生产线的特征是大量使用工业机器人、数控焊钳、可快速更换的工装设备和非同步输送带、可编程控制的自导车等自动化、模块化构件,其特点是能方便地适应几个基本车型及若干变型车的同时生产并易于适应以后的改型.

柔性焊装生产线属于柔性制造系统（FMS-FlexibleManufacturingSystem）,FMS的柔性是指对生产产品的技术柔性,即系统为不同的产品和产品变化而进行柔性设置,可以达到非常高的设备利用率,同时减少制造过程中零件的中间存储,提高对顾客需求的快速响应能力.

与刚性焊装生产线相比,柔性焊装生产线主要特点为：

（1）把作业分为几个工序；

（2）不同批次的不同工序可以重叠投入；

（3）完成工序加工时间快和不变；

（4）全部加工工序自动化；

（5）产品的焊接主要由焊接柔性制造系统完成

（6）组成系统构件构成模块化,可以随着需要进行柔性改造.

德国的大众、宝玛格、日本的本田、瑞典的沃尔沃、美国的卡特比勒等公司均大量使用车身柔性焊装生产线.其中德国Benz在Sindelfingen工厂布置有三条车身焊接总装线,三条地板总成线及相应的中地板、前后地板线等,共有焊接机器人1000余台,自动化率为95%,生产约10个车型,二班制时日产1600～1700辆.其柔性生产能力是非常惊人的.

4.柔性化焊装生产线上的组成单元

柔性焊装生产线是为了适应用户不同产量、不同生产率、不同自动化程度、不同工厂环境的要求而设计的.柔性生产系统是全球车身焊装技术发展的趋势.

柔性组成单元主要包括：柔性焊装夹具,自动焊接装置,点焊设备,车身总成工位,自动输送机械,传送机构,升降机,折边机,机器人系统,电控系统以及辅助机构等.

4.1柔性焊装夹具

为了适应不同车型,柔性夹具一般采用两种结构型式：

一是固定式,它设置在各种车型断面相同或相似的位置；

二是切换式,在不同车型断面相差很大的情况下,利用切换式夹具分别适应不同车型的定位夹紧,有旋转和移动两种方式.如图1-1所示两车型的旋转式切换.

图1-1两车型旋转式切换

4.2自动焊接装置

由于手工焊接劳动强度大,生产率低,且焊接质量和可靠性难以保证,随着焊装生产线自动化程度的日益提高,它逐渐被自动焊接工艺所代替.自动焊接装置由自动焊钳及其附属设备组成,相比焊接机器人而言,它的投资少且焊接接近性好,是我国汽车车身焊接的发展方向.

根据冲压件上要求焊接的焊点数目和位置不同,对应的自动焊钳的布置方式也不相同.当只需要焊接一个焊点而且焊钳与焊件之间不会发生干涉时,可将焊钳简单布置成固定形式,在大多数场合下为了避免焊钳与焊件的运动发生干涉,需将它设计成转动式或平移式,而且平移式的自动焊接装置还适用于焊接一条直线上的多个焊点.4.3点焊设备及方式

为了满足不同用户的对于投资成本和维护费用的不同要求,我们又可以根据成本以及焊接自动化程度,选择不同的焊接方式,主要有手工点焊、自动点焊、机器人点焊等几种方式.

4.4车身总成工位

车身总成工位是主焊线上的核心工位,它是将地板总成、左右侧围总成、顶盖总成、通风罩及仪表板和后行李台进行总装焊接,形成车身焊接本体,其侧围上料主要有移动式,旋转式,移动翻转式,2-4位翻转基座式等几种方式.

4.5自动输送机械

自动输送机械主要用于被焊零件在线与线或工位与工位之间的移动.它主要有两种结构型式：连杆型和气缸型.

连杆型结构是以电葫芦作为驱动力,伸缩连杆用铰支销进行连接,该结构可用于大行程安装要求,安装时高度空间占用相对较少.

气缸型结构是以气缸作为驱动力,它能够高速准确定位,简单、可靠,但在安装时要求有足够的高度空间.

4.6传送机构

传送机构可以设置在主焊线、移动线、地板线和侧围线中,用于将零件快速准确地移送到所设定的位置.根据传送机构相对于被焊零件的空间位置可以分为底置传送机构,顶置传送机构和侧置传送机构.

4.7升降机

升降机用于上下方向将零件、小车或零件物架装载（或卸载）到传送机构中.它主要有两种型式：

一种是将台车或物架装载（或卸载）到焊装线的起始或终止工位；

一种是用于上料或卸料,它适用于任何传送系统中.

4.8折边机

折边机是一种液压控制的压力设备,它的压力大于100吨,用于车门、发动机罩、行李厢盖焊装线上内外板的包边.根据不同的车型,可通过更换模具进行生产.

4.9机器人系统

在白车身焊装生产线中利用多轴机器人进行二氧化碳焊接、点焊、涂胶和上下料,大大提高了焊装生产线的自动化程度和生产效率.

4.10电控系统

随着焊装生产的机械化和自动化水平的不断提高,要求在高效生产的同时能保持稳定可靠的焊点质量,还需要通过报警及时发现焊装线在生产中出现的故障,帮助焊装工人定位故障点并及时排除.为此,需要建立一套对应的控制系统,能够及时了解整条焊装线上各工位的工作情况,并能对点焊过程出现的一些外界影响因素自动补偿.

在汽车焊装线的控制中广泛应用可编程控制器PLC,它具有响应时间快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺而改变、易与计算机接口、维修方便等优点,而且体积小、寿命长,抗干扰能力强.

5.车身焊装生产线中的先进技术

随着汽车工业的发展,汽车生产的效率越来越高,汽车的改型、变型也越来越快,因而无论是对车身设计还是焊装生产线都提出了更多更高的要求.汽车由大批量生产向多品种、小批量生产转化的发展趋势,催生了车身焊装生产线上许多先进技术的运用.

5.1柔性制造系统FMS（FlexibleManufactureSystem）

小批量多品种的生产方式对于满足需求的多样化和减少库存量有益,但不利于降低成本和缩短交货周期.为了解决这个矛盾,要求在同一条焊装生产线上装配焊接不同型号的车身产品,即进行柔性设计和制造.尽管它一次性投入的资金比较大,但它具有换型生产简单快捷、开发时间短、二次投入费用少和生产效率高等优点,从长远来看能缩短设备制造周期,从而降低整体运营成本,因而能更加适应市场对各种汽车车身制造技术的需求,更能体现经济效益.

5.2并行工程CE（ConcurrentEngineering）

传统的串行开发模式是市场-设计-生产,各阶段工作按顺序进行,一个阶段工作完成后,下一阶段的工作才开始,尤其是设计工作独立于生产过程,设计错误往往要在设计后期,甚至在制造阶段才被发现,这就形成了设计-制造-修改设计-重新制造的大循环,导致产品制造周期较长,成本过高,质量无法保证.

并行工程则是设计、制造、装配重叠并行进行,这种工作模式使产品在开发的全过程中,各部门相互协调,紧密联系,使开发者一开始就考虑到产品全生命周期的所有因素,包括质量、成本、进度与用户要求.相对而言,并行工程具有更大的优势.汽车焊装线是由许多焊装工位及焊接设备、工装、传输设备组成,根据设备制造、购买周期不同,以及装配顺序不同进行项目设计制造管理,使设计、制造、装配过程重叠进行,缩短整个产品制造周期.因此,并行工程在全球众多的汽车商广泛使用.

5.3虚拟设计VD（VirtualDesign）

在电子计算机技术和虚拟现实技术的推动下,虚拟设计迅速地发展起来,它不仅能提高设计效率,而且有助于开拓新的设计思路,对于产品创新设计和常规设计都具有非常重要的意义.虚拟设计系统不再使用传统的二维交互手段进行建模,而是直接进行三维设计.并利用三维打印技术,可以实时打印.及时矫正设计缺陷,节约设计成本,缩短产品研发周期,优势非常突出.据了解,我国J31飞机的设计便是VD设计技术的成功运用产物.

传统的二维焊装夹具设计是将三维车身数据的二维断面作出,再在二维CAD中设计,最后组装在一起进行装配干涉,其劣势相对明显.

结束语

从本世纪初开始,柔性焊接线成为国内汽车厂建线的首选,目前多品种柔性焊接生产线（3种以上产品共线）已经在国内的上海通用,一汽轿车,长安汽车,长安马自达,江淮汽车,奇瑞汽车,广汽等主机厂内得到应用.线体产能最高可以达到每小时60台,线速与自动化率已经接近国际最ƌ

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