前言

近年來我國汽車工業蓬勃發展，汽車產銷量已經超越美國，成為世界第一大國，龐大的市場使得廠商選擇通過生產不同平臺或是同平臺不同造型的汽車，增加潛在消費者的選擇。這些個性化需求導致傳統生產方式面臨著挑戰，因此柔性化生產就成為了企業的共同選擇。雖然汽車整體生產過程中共用工序較少，但在焊裝生產線，柔性化的改造是十分有效的。

一、汽車焊裝柔性化設計

新車的底盤開發是整個開發過程中投入最大的一個環節。在當前許多汽車企業的生產中，採用同平臺進行車身外觀更改後推出系列車型，是一個最為經濟實惠的方法，可以節省大量的開發成本。在車體焊接生產線，在滿足生產節拍、工序工位數及產能需求的情況下，不管在手動生產線或是在自動往復生產線上，通過進行柔性化的設計，可實現同平臺不同外觀產品的共線生產，甚至經過改造後可以實現不同平臺、不同外觀產品的柔性化生產。這樣，在焊裝生產線可以節約生產場地（部分工位可共用），並節約生產線特別是分總成及總成焊接夾具的投入，實現少投入而產品多樣化。

圖1 汽車底盤結構a

二、柔性化夾具設計實例

在柔性焊裝夾具的設計中，已經採用的方式有：通過氣缸平移定位組件實現不同長度車身焊接的需要；通過在同一支座上旋轉兩組甚至多組定位組件實現不同品種零件組焊需求等等。在手動焊接生產線中，需要人工確認夾具切換是否到位後方能進行組焊工作；在自動生產線中，通過對夾具到位信號的檢測，就可自動提示是否可進行生產作業。

下面就舉幾個實例進行說明：

1.某汽車廠在對某款車型改款後進行的夾具改造，通過氣缸使夾具在平臺上進行平移，實現了加長的車體和原型車在同一套夾具上的通用化，如圖2所示。

圖2 夾具平移氣缸

另一款改款車則是通過增加可伸縮式定位組件來實現不同長度車身的定位需求，如圖3所示。

圖3 可伸縮式定位組件

2.某汽車生產線為預留相類似平臺車輛生產進行的夾具設計，通過同一支座上氣缸對定位組件的旋轉，或者通過氣缸對不同定位組件進行伸縮切換，實現不同車型的定位需求，如圖4所示。

圖4 旋轉氣缸及兩組定位夾具

3.某汽車生產線預留的對同平臺不同造型車身的夾具平臺，在下車體夾具可切換的情況下，甚至可以進行不同平臺、不同品種的車輛的共線生產，如圖5所示。

圖5 同平臺不同造型車身夾具平臺

4.某汽車焊裝夾具製造公司更具柔性化的生產線，在車體總拼工位，夾具並非固定在工位上，而是設置了多臺機械手專門負責拾取不同車型的夾具，剩餘的機械手負責拾取不同的焊鉗進行組焊。這種設計在理論上可實現多種車型的焊接，但在實際操作中，受生產場地面積、生產綱領及節拍限制，需要設置多個這樣的工位完成多品種的焊接需求。

三、柔性化設計分析

對應夾具的柔性化設計，焊接設備也成為生產線能否實現柔性生產的關鍵要素。現在的汽車焊裝設備主要使用氣動焊鉗，受焊接變壓器及焊接電纜長度等限制，人工焊接工位必須在比較開敞的工位實施，但在牽涉到不同車型夾具切換，特別是總拼工位夾具的切換，由於定位組件繁多，參與組焊的零件也多，人工焊接存在危險性及可進行工作的侷限性，這就需要靈活性較強的焊接機械手來進行。

圖6 六自由度機械手

焊接機械手具有人工焊接所不能比擬的許多優點，如焊接電流穩定，焊點位置精確，焊點外觀質量好，程序編制完成後幾乎不需要修改。最重要的是它使工位焊接過程實現柔性化有了可能，它可以通過調用不同的焊接程序，實現不同車型的焊接需求，也可以通過切換不同的焊鉗，實現不同位置、不同空間的焊接需求。現有的機械手一般均採用六個自由度，可進行焊接的空間位置也大大增加。機械手還可以通過平移機構實現工位內、甚至工位間的移動，進行多工位焊接，可大大減輕人工的勞動強度，完成人工操作困難甚至不能進行的操作。

圖7 焊鉗換槍機構

當柔性夾具為人工工位，由操作工來實現對不同產品的識別並進行組焊工作是可行的，但機械手工位對不同產品柔性化生產應如何進行呢？這就是機械手的另一個優點。在機械手內部存儲中，可調用的工作程序，少的可以幾套，多的可達幾十套，不同工作程序可對應不同的產品進行調整，通過採集產品不同的特性點信息，或者人工輸入特性信息，根據輸入的特性信息，調用對應的焊接工作程序，實現對不同產品的焊接需求。

當然，焊接夾具和設備是柔性化的基礎，但相關的配套設施的柔性化，也是實現整個工序柔性化的要素。其中包括車型數據採集和發送系統，當數據錯誤時可提示並報警；ERP 系統的導入，實現物流與生產系統的對應管理，保證物料與生產線實物對應；臺車（或工藝托架）的適應性改造，工藝流程和佈局的優化調整以及後續車型擴展的需求保證等等，都是實現生產線柔性化必須的保證。

結語

從長遠的角度來說，考慮到產品質量及產品一致性，車身焊裝生產線逐步提高自動化是大勢所趨，生產線的柔性化設計也是必然的趨勢。從國外汽車公司提出的小、少、輕、短、美的經營理念和人力成本不斷增加的大趨勢來說，生產線的柔性化、自動化也是我國未來汽車業，甚至是許多工業企業發展的方向。