淺談柔性車身生產(chǎn)線的改造開(kāi)發(fā)——微型客車N107&N108柔性車身共線生產(chǎn)的技術(shù)改造

高穎閣，蔡小平，李 飛，史 敏，鄒春榮

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳 州 545007）

上汽通用五菱汽車股份有限公司主導(dǎo)產(chǎn)品N1五菱之光/五菱揚(yáng)光客車，自上市以來(lái)，以其美觀大方的外觀造型、寬敞實(shí)用的內(nèi)部空間以及優(yōu)良的性能，贏得了廣大用戶的青睞，產(chǎn)銷量逐年攀升，成為單一車型過(guò)百萬(wàn)的車企。N107車是上汽通用五菱公司生產(chǎn)的“五菱之光”、“五菱揚(yáng)光”系列微型客車年度車型。為了滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求和適應(yīng)市場(chǎng)變化，公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)N108年度車型。

N108是在N107車的基礎(chǔ)上，將前車體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改，及車架增加一些新增配置的懸掛。為縮短工裝開(kāi)發(fā)周期，使新產(chǎn)品盡快上市，并且降低成本，根椐制造策略，N107、N108兩種車型并行生產(chǎn)，且要共享一條生產(chǎn)線，進(jìn)行柔性生產(chǎn)，生產(chǎn)節(jié)拍要求達(dá)到35 J/h。為了滿足這種需求，必須對(duì)原來(lái)的N107車身生產(chǎn)線的工藝和工裝進(jìn)行柔性化改造。

N107與N108都是屬于公司N平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的年度車型，下車體的車架總成沒(méi)有發(fā)生很大變化，車架下面定位工藝孔沒(méi)有發(fā)生變化，整個(gè)生產(chǎn)線的前后大梁定位和自動(dòng)輸送線，經(jīng)過(guò)適當(dāng)合理的改造后，能適應(yīng)柔性生產(chǎn)線的需要。這是根據(jù)制造策略來(lái)改造N107生產(chǎn)線為N107&N108柔性生產(chǎn)線的基礎(chǔ)。由于N108是在N107車的基礎(chǔ)上，將前車體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改，及車架增加一些新增配置的懸掛，所以N108是在N107車的基礎(chǔ)上，將前車體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改，及車架增加一些新增配置的懸掛。所以，要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的柔性生產(chǎn)且保持生產(chǎn)節(jié)拍不變。

經(jīng)過(guò)對(duì)N107生產(chǎn)線的焊裝工藝及每個(gè)工位工裝（包括自動(dòng)輸送線）的詳細(xì)了解和深入分析，并結(jié)合原有生產(chǎn)節(jié)拍，制定出N107生產(chǎn)線需要改造的工位（見(jiàn)圖 1）。

圖1 柔性生產(chǎn)線改造工位示意圖（斜黑體是需要改造工位）

此次技術(shù)改造的要點(diǎn)和難點(diǎn)，在于怎樣合理安排N108改變零件總成在生產(chǎn)線上的焊裝順序及相對(duì)應(yīng)的工裝改造。

1 兩種前隔板實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)及輸送上線

（1）由于前隔板總成發(fā)生了變化，原有下車體50#的N107定位工裝，不能應(yīng)用于N108定位（見(jiàn)圖2）。經(jīng)對(duì)兩者對(duì)比，兩者的主定位工藝孔位置沒(méi)有變，只是輔助定位工藝孔發(fā)生了變化；兩者前隔板Y平面的定位面有一部分是一樣的，選擇合適的位置，選用合適的定位機(jī)構(gòu)，能夠保證用一套定位塊，來(lái)給兩種前隔板定位。就考慮將工裝的主定位銷設(shè)計(jì)成兩個(gè)方向可調(diào)的固定機(jī)構(gòu)，將輔助定位銷設(shè)計(jì)成帶導(dǎo)向汽缸驅(qū)動(dòng)的活動(dòng)銷，焊裝不同車型時(shí)伸出對(duì)應(yīng)的定位銷。設(shè)計(jì)的柔性機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖2 N107車型用前隔板定位夾緊機(jī)構(gòu)

圖3 N107&N108柔性前隔板定位夾緊機(jī)構(gòu)

其工作過(guò)程為：焊裝N107時(shí)，N107車型對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)定位銷伸出，N108車型對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)定位銷縮回，首先N107的零件前隔板總成預(yù)裝到位，前后大梁定位夾緊單元定位夾緊下車體，左右柔性前隔板定位工裝推進(jìn)并夾緊（兩個(gè)定位銷起導(dǎo)向定位作用），焊接。

焊裝N108時(shí)，108車型對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)定位銷伸出，N107車型對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)定位銷縮回，首先N108的零件前隔板總成預(yù)裝到位，前后大梁定位夾緊單元定位夾緊下車體，左右柔性前隔板定位工裝推進(jìn)并夾緊（兩個(gè)定位銷起導(dǎo)向定位作用），焊接。此時(shí)N108輔助定位銷伸出，N107輔助定位銷縮回

（2）N107前隔板總成上線是自動(dòng)輸送上線，其吊點(diǎn)是由3點(diǎn)起吊。由于N108前隔板結(jié)構(gòu)改變，其兩側(cè)只剩下兩個(gè)定位工藝孔，不能用來(lái)起吊，否則工藝孔變形，影響該工位前隔板定位這三點(diǎn)起吊方式已經(jīng)不適用。經(jīng)過(guò)對(duì)兩個(gè)前隔板總成的結(jié)構(gòu)分析，且從安全操作角度出發(fā)，將起吊點(diǎn)變?yōu)椋ㄈ鐖D4、圖5所示）起吊兩點(diǎn)，并采用安全帶的扣環(huán)為釣鉤，防止脫落，保護(hù)下面操作人員安全。同時(shí)可以節(jié)省掛第三點(diǎn)吊鉤的時(shí)間，減少非增殖時(shí)間。

圖4 柔性N107前隔板兩點(diǎn)起吊

圖5 柔性N108前隔板兩點(diǎn)起吊

2 新增彎梁加強(qiáng)板焊接的工位布置和工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)制造策略，N107生產(chǎn)線改造能生產(chǎn)N108，不能新增拼臺(tái)，必須在原有拼臺(tái)上面改造。新增零件的焊裝，必須前后大梁定位單元將下車體夾緊定位后進(jìn)行，且本著低成本、高效率的原則，將新增工裝安置到有前后大梁定位單元的下車體70#。工序是在下車體70#運(yùn)用新增工裝，將N108新增彎梁加強(qiáng)板焊接左右各6點(diǎn)定位焊接，剩余焊點(diǎn)放在下車體80#補(bǔ)焊，就能達(dá)到預(yù)定生產(chǎn)節(jié)拍。

（2）由于N108新增彎梁加強(qiáng)板的位置，在前大梁定位單元的上方，增加了彎梁加強(qiáng)板的推拉定位機(jī)構(gòu)單元后，上部空間已經(jīng)沒(méi)有前大梁定位單元的位置，壓板外翻轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)不能使用；輸送線又是聯(lián)動(dòng)擺桿液壓拉動(dòng)式，在其升降前后運(yùn)動(dòng)的范圍內(nèi)，不能有干涉其運(yùn)動(dòng)的物體，車架下面能夠使用的空間很少，沒(méi)有辦法用傳統(tǒng)定位夾緊單元來(lái)定位夾緊前大梁。經(jīng)運(yùn)用重新設(shè)計(jì)的汽缸驅(qū)動(dòng)力外延及壓板內(nèi)翻轉(zhuǎn)式定位夾緊單元，來(lái)定位夾緊前大梁（見(jiàn)圖6），從而保證在有限空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)前大梁的定位夾緊。汽缸驅(qū)動(dòng)力外延及壓板內(nèi)翻轉(zhuǎn)式定位夾緊單元詳圖見(jiàn)圖7。

圖6 汽缸驅(qū)動(dòng)力外延及壓板內(nèi)翻轉(zhuǎn)式定位夾緊單元

圖7 汽缸驅(qū)動(dòng)力外延及壓板內(nèi)翻轉(zhuǎn)式定位夾緊單元

（3）N107和N108都能使用汽缸驅(qū)動(dòng)力外延及壓板內(nèi)翻轉(zhuǎn)式定位夾緊單元，來(lái)定位夾緊前大梁，保證前大梁定位夾緊的柔性。對(duì)于新增彎梁加強(qiáng)板的推拉定位機(jī)構(gòu)單元，N108焊接時(shí)，大汽缸將彎梁加強(qiáng)板的推拉定位機(jī)構(gòu)單元推進(jìn)（見(jiàn)圖8）；N107焊接時(shí)，大汽缸將彎梁加強(qiáng)板的推拉定位機(jī)構(gòu)單元拉出（見(jiàn)圖9），不影響N107的焊接。從而保證此工位的柔性。

圖8 N108焊接時(shí)推拉定位機(jī)構(gòu)單元推進(jìn)

圖9 N107焊接時(shí)推拉定位機(jī)構(gòu)單元退出

3 下車體50#、70#工裝的電路與氣路控制

（1）下車體50#是前隔板柔性工裝定位，需要依靠電、氣控來(lái)控制N107、N108輔助定位銷的伸縮互換；下車體70#是部分重新設(shè)計(jì)的工裝，一部分工裝只是使用于某一款車型，也需要不同的電、氣控來(lái)控制。

（2）如果將下車體50#、下車體70#電、氣控加到整條線一起實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，改造工作量比較大、操作復(fù)雜、成本比較高。本著低成本、高效率的原則，將兩個(gè)工位更改部分的工裝由手動(dòng)氣路控制，分別增加左右各3個(gè)按鈕，一個(gè)是“N107/N108切換”，一個(gè)是“工作開(kāi)始”，一個(gè)是“工作完成”（見(jiàn)圖10）。實(shí)踐生產(chǎn)表明，應(yīng)用的效果很好。且在下車體50#的前隔板柔性工裝上面增加一個(gè)接觸開(kāi)關(guān)（見(jiàn)圖11），其功能是防錯(cuò)，當(dāng)預(yù)裝的前隔板不是車型上需要的時(shí)，接觸開(kāi)關(guān)連接的電控就會(huì)顯示出錯(cuò)，生產(chǎn)線就會(huì)停止。

圖10 手動(dòng)氣路控制按鈕面板

圖11 下車體50#接觸開(kāi)關(guān)

（3）由于現(xiàn)場(chǎng)改造使用的電、氣控元部件，都是利用公司其他項(xiàng)目沒(méi)有使用完的元部件，沒(méi)有專門采購(gòu)，又節(jié)省一筆成本開(kāi)支。

4 新零件與舊工裝避免干涉實(shí)現(xiàn)柔性共享

這個(gè)干涉問(wèn)題牽涉的工位有下車體20#、30#、50#、70#及總拼20#、40#這4個(gè)工位。由于車身此部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間狹小，對(duì)工裝布置很不利。經(jīng)過(guò)對(duì)新零件及舊工裝（見(jiàn)圖12）分析研究，將原有工裝設(shè)計(jì)成如圖13所示結(jié)構(gòu)，達(dá)到前大梁定位要求，且保證N107與N108在此工位柔性共享。

圖12 原N107車型用前大梁定位單元

圖13 N107&N108車型柔性前大梁定位單元

5 改造的成果

（1）改造成本低。整個(gè)改造總花費(fèi)不到100萬(wàn)元人民幣。

（2）改造用時(shí)短。整個(gè)工程改造時(shí)間沒(méi)有超過(guò)4個(gè)月，而且都是利用不占正常生產(chǎn)計(jì)劃的周末、節(jié)假日時(shí)間，沒(méi)有影響公司的產(chǎn)銷計(jì)劃。

（3）效率高。N107&N108柔性生產(chǎn)線，切換簡(jiǎn)便，可以實(shí)現(xiàn)兩種年度車型隨時(shí)切換，利于公司根據(jù)市場(chǎng)實(shí)際產(chǎn)銷情況隨時(shí)調(diào)整每種車型的生產(chǎn)計(jì)劃，滿足市場(chǎng)變化的需求。

（4）經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)約生產(chǎn)線的投入成本——新建一條生產(chǎn)線的投入約需1 600萬(wàn)元（包括土建B+U、焊接設(shè)備、輸送系統(tǒng)、工裝夾具及配套水氣路等等）。本改造項(xiàng)目綜合節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本為

1 600萬(wàn)元–100萬(wàn)元＝1 500萬(wàn)元。

以上計(jì)算，并不包括其他的成本（如場(chǎng)地占用、物流成本、輔助材料、工具、能源等成本）。

6 結(jié)束語(yǔ)

完成的本項(xiàng)目，主要應(yīng)用于N107&N108年度車型柔性生產(chǎn)線技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)短周期、低成本、柔性化、高價(jià)值的SGMW的制造特色，適用于大批量的微型商用汽車的生產(chǎn)，具有很大的實(shí)用與推廣價(jià)值。

通過(guò)對(duì)原生產(chǎn)線上的裝焊工序的布置和對(duì)新車型的結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行分析研究，以及對(duì)新車型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝焊工序的對(duì)拼臺(tái)工位工裝的合理改造，對(duì)相應(yīng)的焊接設(shè)備適當(dāng)增減，來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的年度車型柔性生產(chǎn)，改變過(guò)去公司年度車型對(duì)生產(chǎn)線垂直切換的做法。提供了一種新的柔性生產(chǎn)線的改造模式。

隨著汽車行業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，生產(chǎn)資料的物價(jià)上漲，生產(chǎn)每輛汽車的凈利潤(rùn)越來(lái)越少；而且汽車銷售市場(chǎng)的劃分逐漸細(xì)化，汽車廠家需要開(kāi)發(fā)不同的車型，來(lái)滿足市場(chǎng)的不同需求。而對(duì)于有限的生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，需要盡可能地施行柔性生產(chǎn)，為適應(yīng)市場(chǎng)需求生產(chǎn)出盡可能多的車型。

[1]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（1-2）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]楊握銓.汽車焊裝技術(shù)及夾具設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1996.

[3]韓根云.汽車車身焊接夾具的設(shè)計(jì)[J].新技術(shù)新工藝，2001，（8）：11-12.

[4]王旭敏.汽車焊裝夾具的設(shè)計(jì)[J].電子機(jī)械工程，1999，（12）：77-78.

[5]文廣南.淺議汽車焊接夾具的設(shè)計(jì)制作[J].焊接技術(shù)，1996，（4）：68-69.

[6]李文忠.轎車車身焊裝生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢(shì)[J].汽車制造業(yè)，2002，（12）：45-47.

[7]雷玉成，等.并行工程方法在焊接生產(chǎn)線及夾具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].焊接學(xué)報(bào)，2001，（5）：33-34.