摘要：隨著汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，客戶需求日益多樣，產品更新加快，主機廠面臨快速迭代與生產線高效投入的挑戰(zhàn)。本研究針對自動化門蓋線，開發(fā)多車型柔性生產技術，旨在提升產品質量穩(wěn)定性與生產效率，實現(xiàn)自動化生產的高質量與高效率，滿足市場對多樣化汽車產品的快速響應需求，為汽車制造業(yè)提供強有力的技術支撐。

關鍵詞：汽車生產；自動化；門蓋線；車型開發(fā)；柔性生產

中圖分類號：U445.58+5 文獻標識碼：A

0 引言

隨著汽車工業(yè)在近些年來的蓬勃發(fā)展，越來越多的汽車產品進入了我們的生活，客戶對于產品的需求呈現(xiàn)多樣化、快速化。主機廠需要考慮產品的快速迭代以及產線的柔性化，要能實現(xiàn)自動化門蓋線多車型柔性生產技術開發(fā)的同時，提高成品質量穩(wěn)定性和整體生產效率，達到自動化高質量高效率生產的特點。多品種柔性化技術的自動化門蓋線是在現(xiàn)有的歐式、輥壓、全沖壓三種門蓋結構下，對BOP 進行整合歸類，按柔性要求進行工藝規(guī)劃，建立多拼臺多品種門蓋焊接中心，除了必要的裝件工位外，其他工位均采用機器人來實現(xiàn)自動化生產，工裝設計亦采用柔性化兼容形式，減少后續(xù)車型的投入成本。自動化門蓋線通過加強過程焊接質量控制，提升產品質量，加強關鍵零部件尺寸控制，提升車身尺寸穩(wěn)定性優(yōu)化物流輸送，降低物流成本。

1 研究背景

基于現(xiàn)有的歐式、輥壓、全沖壓三種門蓋結構生產線存在的一系列問題：靈活性不足，生產線通常是為特定類型的門蓋結構設計的，因此在處理不同類型的門蓋時可能需要大量的調整和時間消耗。切換時間長，在生產不同類型的門蓋時，生產線從一種類型切換到另一種類型時需要較長時間，降低了生產效率。設備投資成本高，為了適應不同類型的門蓋結構，可能需要投資更多的專用設備，增加了成本。占地面積大，不同的生產線可能需要更多的空間，導致工廠占地面積增加。維護復雜，多種不同的生產線意味著更多的維護工作和更高的維護成本。質量控制難度大，不同結構的門蓋可能需要不同的質量控制標準，這增加了質量管理的復雜性。自動化程度受限，某些生產線可能在自動化程度上有限，需要大量的人工干預，這影響了生產效率和一致性。生產效率低下，由于生產線不能快速適應不同產品，導致整體生產效率降低。適應性差，市場需求的快速變化要求生產線具有更高的適應性，而現(xiàn)有生產線可能無法快速適應這些變化。鑒于以上問題，亟需結合現(xiàn)有資源，對自動化門蓋線多車型柔性生產技術的研究開發(fā)，以滿足不同車門的結構形式的柔性共線生產[1]。

2 自動化門蓋線多車型柔性生產線的工藝布局

由于舊的門蓋生產線采用的是相互獨立的生產工藝布局，即在交叉生產歐式、輥壓、全沖壓三種門蓋結構的產品時（圖1），由于工藝布局不連續(xù)且自動化程度較低，生產時經常需要對生產線進行適應性調整和變動，在變動和切換生產過程中常常耗費大量的人力物力財力，得不償失。而且生產出來的產品由于生產線的一致性較差導致產品精度很低，造成大量返工，基于此，現(xiàn)從實際需求出發(fā)立項并自主研發(fā)多品種自動化的門蓋生產線[2]。

所謂多品種自動化的門蓋生產線，即是采用現(xiàn)有科技方法，通過模擬分析和智能制造手段，研發(fā)出一種能夠適應歐式、輥壓、全沖壓三種門蓋結構的集成式柔性生產線，同時兼顧優(yōu)化工位工裝工藝布局，并大量應用自動化工裝結構，來實現(xiàn)并滿足現(xiàn)有門蓋結構生產所需要達到的高質量、自動化、高效率和確保安全的目的。

自動化門蓋生產線的主要工藝布局是通過采用人工集中裝件，滑臺滑進到位，機器人進行定位焊接，然后抓件機器人進行取件脫離工裝，滑臺滑出，人工進行下一個節(jié)拍的裝件，同時焊接機器人再進行空中補焊，這樣做實現(xiàn)了投資成本的降低。其中自動化門蓋生產線的轉臺需要做成可雙面抓、取件的形式，便于搬運機器人抓取內板的內側，方便下道工序的合門。另外，其布局結構中預留有節(jié)拍提升的空位和增加的機器人空位，同時預留有工裝、抓手的切換通道，每個門的占地大小為33 m×22 m（不含物流通道），且每個門都有10 個工位。由于不同車門的結構形式，生產工藝存在差異，比如滾壓窗框的車門結構形式需要采用釬焊工藝，這就需要單獨的工位來完成，于是滾邊后有兩個方向下線，一個出口是作為滾壓窗框車門使用，另外一個是作為整體式內板后續(xù)工作內容的拼臺布置，所以在滾邊之后采用“Y”型布局，兩者根據需要走不同的工藝路線完成相對應生產流程[3]。

多品種自動化門蓋線要實現(xiàn)的是不同車門的結構形式的柔性共線生產，對于不同車門的結構形式，焊點數量差異大，通過對集中工位裝件，可以利用焊鉗的兼容來彌補焊點數量的差異[4]。對于相同結構處的焊點放到同一區(qū)域采用同一焊鉗實現(xiàn)焊接。不同結構形式的車型，產品結構差異性大，通過仿真設計出高兼容性的焊鉗，實現(xiàn)不同搭接結構的焊接兼容，同時確保大多數的下工位焊鉗能夠兼容上工位的焊點。同時為了降低投資成本。同時為了滿足造型的需求，窗框的焊接邊都是窄邊焊接，采用的是小電極帽來實現(xiàn)。同時為了盡可能提高機器人的利用率，補焊工位采用的是空中打點的形式，在實現(xiàn)不同車型兼容性的同時，可以盡可能的降低非增值的時間。如圖2 為自動化門蓋線多車型柔性生產線的工藝布局示意圖，該柔性化的工藝布局可以實現(xiàn)歐式、輥壓、全沖壓三種不同結構形式的多品種車型的柔性共線生產，在滿足50JPH 的生產條件下還具備有擴展到60JPH 的生產能力，對于后續(xù)的車型導入和產能提升具有強大的優(yōu)勢。

3 多品種自動化的門蓋線的自主集成開發(fā)設計過程

3.1 工裝的柔性化設計

裝件工位采用創(chuàng)新的滑臺設計，該設計巧妙地整合了地面滑軌機構、滑臺機構、滑臺上的工裝部分以及切換軌道機構等多個組件（圖3）。地面滑軌機構為滑臺的平穩(wěn)移動提供了堅實的基礎，而滑臺機構則確保了工裝的精準定位和高效移動。工裝部分，通過精心設計的定位銷和快速夾緊器，實現(xiàn)了與滑臺機構的穩(wěn)固連接，保證了裝件過程中的穩(wěn)定性與準確性。中轉臺為了便于后續(xù)搬運機器人抓取內板的內側進行合門，中轉臺機構做成可雙面抓、取件的形式，一個工裝通過不同定位機構實現(xiàn)同平臺4 車型兼容，不同平臺的車型工裝柔性是通過地面定位機構的切換來實現(xiàn)。

在面臨車型切換的需求時，裝件工位的靈活性得以展現(xiàn)。操作人員首先將工裝部分與滑臺機構分離，隨后利用側面的切換軌道，通過電機的自動驅動，實現(xiàn)了工裝的快速切換。這一過程不僅大幅減少了人工操作的時間和勞動強度，還提高了生產線的自動化水平。切換完成后的工裝被有序存放于該工位旁的夾具庫內，夾具庫的設計充分考慮了空間利用率和存取便捷性，確保了不同車型工裝的快速更換和存儲，從而提升了整個生產線的運轉效率和適應性。這樣的設計不僅優(yōu)化了生產流程，還顯著降低了因車型切換導致的停機時間，為汽車制造業(yè)的柔性生產提供了強有力的技術支持。

3.2 創(chuàng)新型螺旋噴膠的花式涂膠設計

螺旋噴涂原理指從膠槍噴嘴出膠，通過安裝氣嘴并接入氣源進行比例調節(jié)，輸入氣壓噴射而最終形成螺旋狀態(tài)。采用螺旋噴膠的形式，使折邊膠噴涂面積增大200%，包邊后的涂膠面寬度達到15 mm 以上，提高填充率有效改善貼合強度， 提高整車的耐蝕性；減少折邊后的氣泡，使得涂裝的膠泡率降低80%，節(jié)省返修人力成本。

3.3 AGV 物料自動配送系統(tǒng)設計

為了提高物料配送的效率、降低人員的投入，在該區(qū)域規(guī)劃建立AGV 物料自動配送系統(tǒng)，投入5 輛AGV 小車配送8 個內、外板的沖壓物料到線旁，這5 輛AGV 小車根據工位發(fā)出的信號，自行從沖壓庫房把物料配送到對應的工位線旁。運送過程中遇到障礙物車輛會自行停止，移開障礙物后自動恢復行走，AGV 靠電池作為動力來源，過程中會自行到充電樁進行充電。AGV 物料自動配送系統(tǒng)充分地體現(xiàn)其自動性和柔性，實現(xiàn)高效、經濟、靈活的無人化生產[5]，AGV 配送系統(tǒng)工藝流程如圖4 所示。

3.4 安全智能管控系統(tǒng)的設計

自動化生產線需要使用防護網將人機隔離，因隔離的防護網導致設備觀察視線受阻，無法觀察設備異?，F(xiàn)象、故障等設備不安全狀態(tài)及管控缺陷。同時對于存在危險隔離區(qū)域管控不到位，導致安全事故時有發(fā)生，存在極大的安全隱患。為了解決此類問題，在該區(qū)域建立安全智能管控系統(tǒng)，針對人員進入的情況，在危險隔離區(qū)域安全門上增加智能安全鎖，進入人員在經過安全培訓后方可錄入系統(tǒng)。

在需要進入時，智能安全鎖信號發(fā)射器發(fā)送信息解鎖，系統(tǒng)服務器接收到信號打開安全門，允許授權人員進入。同時在危險隔離區(qū)域上方安裝高清攝像實時監(jiān)控，安全門感應監(jiān)控，當安全智能鎖接收信號打開時，感應監(jiān)控自動開啟，捕捉過程中實施畫面，實時監(jiān)控顯示，并保存錄像。

通過智能化授權管理后，危險隔離區(qū)域安全門意外性打開，導致機器人被迫急停得到有效控制。有效避免未接受相關培訓人員進入，避免安全事故發(fā)生，降低現(xiàn)場風險系數，實現(xiàn)智能化的安全管理，屬于行業(yè)內首家開發(fā)與運用。

3.5 該柔性化智能化生產線實際應用效果

多品種自動化的門蓋線的自主集成開發(fā)設計，包括標準化開發(fā)規(guī)范的建立、整體工藝布局、工裝切換系統(tǒng)、花式螺旋噴膠、安全智能管控系統(tǒng)等已經成功運用，很好地實現(xiàn)了單一生產線生產多個車型自動化生產需求。使公司實現(xiàn)自動化邁上了一個新的臺階，突破了自動涂膠和合門工藝零的突破，同時提升產品的品質，提高公司產品的競爭力。

4 結束語

本文圍繞多品種自動化門蓋線的自主集成開發(fā)進行了深入探索與研究，旨在通過技術創(chuàng)新與自主集成開發(fā)，實現(xiàn)門蓋生產線的自動化、柔性化與智能化，經過一系列的理論分析、技術攻關與實踐驗證，取得顯著的研究成果，為自動化生產線的自主集成開發(fā)提供了寶貴的經驗。本研究為汽車制造企業(yè)在進行同類型項目開發(fā)過程中提供了有益的理論和實踐經驗。在今后的工作中，還需進一步探討生產線自動化、信息化后和智能化等方面的技術，以實現(xiàn)生產效率的持續(xù)提升。

【參考文獻】

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[2] 王作兵， 何卓， 邱勝苗， 等. 機器人滾邊工藝的研究與應用[J]. 汽車工藝師，2018（11）：35-38.

[3] 郭峰. 基于機器人的汽車門蓋智能裝配的應用[J]. 汽車制造業(yè)，2021（08）：26-28.

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[5] 梁睿， 楊黎明.AGV 在智能化物流系統(tǒng)中的應用[J]. 起重運輸機械，2019（04）：66-68.

作者簡介：

黃丹，本科，高級工程師，主要研究方向為汽車焊接工藝、規(guī)劃及仿真技術。