淺談汽車總裝整體式靜止合裝工藝

嚴星,陳平,古加能,盧俊康,劉海洋,練海歐

(1.廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院, 廣東廣州 511434；2.沃爾沃汽車(中國)投資有限公司臺州路橋分公司，浙江臺州 318000)

0 引言

合裝工藝是總裝車間最為復雜的一個工序，是底盤前后懸等部件與車身完成“結合”與“裝配”的過程。合裝工藝的好壞直接影響生產產量、質量和效率。它的前期規劃涉及面廣，需綜合平衡產品平臺化、模塊化、工藝路線、平面布置、設備能力、投資、人員、維護性、人機、安全等多種因素，被稱為總裝工藝皇冠上的明珠。

1 總裝合裝工藝概述

目前國內有兩種主流合車工藝：動態式連續合車和靜態式啟停式合車。

1.1 動態式連續合車

用AGV或地拖鏈或摩擦線輸送底盤零件，經過前期對接緩沖，底盤和車身速度同步后，舉升底盤裝配件與車身合裝；合車時底盤件和車身件在輸送過程中是動態的[1]。

動態連續式合裝受到隨行精度的制約，合車后難以布置自動擰緊，為保證產品質量，對現場管控要求較高。分體式動態連續合裝技術上更容易實現，系統的可靠性和柔性化程度較高，在美系、日系及大部分自主品牌廣泛采用。

1.2 靜態式啟停式合車

合裝托盤分裝線用地板鏈或鏈床輸送底盤件，到達合車工位， 通過快進準備工位后，車身和底盤同時到達舉升工位。通過Z向舉升完成合車，此時車身和底盤相對于輸送線X向靜止。

整體靜態啟停式合裝自動化程度較高，產品質量更多靠設備來保證。符合總裝車間“工業4.0”、“中國制造2025”的發展企業趨勢，得到越來越廣泛的應用。整體式合裝對車身、零部件、托盤等精度的要求較高。

自主品牌主機廠和設備配套廠技術積累不足，在合裝技術上一直處于模仿、追隨狀態。整體式合裝核心技術掌握在大眾、寶馬為代表的主機廠和杜爾、福瑞等國外設備供應商中。近年來長城、吉利、傳祺等自主品牌主機廠和四院、博銳等設備供應商通過引進吸收和自主創新，突破整體式靜止合裝技術壁壘，開始逐步推廣整體式靜止合車[2]。

2 整體式靜止合車系統概述

輸送系統、合裝托盤、合車站、擰緊站、返修站、托盤庫六大部分組成整個合車系統。如圖1所示。

圖1 整體式靜止合車系統布局圖

輸送系統由合裝托盤輸送線、底盤一線、合裝托盤返回線形成的口字形閉環。合裝托盤線多為鏈床或地拖鏈式，底盤一線由吊具帶動托盤或托盤帶動吊具驅動。底盤螺栓無法正常擰緊時在返修站在線返修。輸送和返修站標準化程度較高，文中重點介紹合裝托盤、托盤庫、合車站、擰緊站。

2.1 合裝托盤

合裝托盤由主框架、前托盤、中托盤、后托盤構成，發動機托盤是前托盤組件。圖2所示為整體式空托盤組件與滿載產品示意圖。

圖2 整體式空托盤組件與滿載產品示意圖

各子托盤與主框架之間以及發動機托盤與前托盤之間均需采用快換機構，實現快速分離和合并。根據產品平臺的不同，進行排列組合“子母式”切換。滿足底盤件分裝上件，承載輸送到合車工位[3]。

2.1.1 合裝托盤各組件功能

以燃油車型合裝托盤為例，各子托盤和主框架功能如下：

(1)主框架：承載所有子托盤和底盤件，適配合裝輸送線、底盤一線、合裝站；

(2)前托盤：裝配冷卻模塊、前懸總成(發動機、變速箱、副車架、前懸)；

(3)中托盤：裝配排氣管、隔熱罩、油管、制動管等；

(4)后托盤：裝配后懸、油箱、排氣管后段，同平臺有軸距切換功能；

(5)發動機托盤：裝配在前托盤上，實現多種動力總成的模塊化快速切換[3]。

各廠家按自身平臺化水平，集成度差異很大。集成度最低的僅有前、后托盤集成前后懸，集成度最高的幾乎集成所有底盤件，集成度越高，難度越大。

2.1.2 合裝托盤精度控制

整體式靜止合車工藝，對各子要素的精度要求控制非常嚴格。主框架在焊接夾具上進行焊接，去應力退火處理，整體噴砂處理，再進行矯形和整體加工。分托盤表面平面度達到±0.2 mm。托盤裝配后的整體精度需要控制在±0.35 mm之內，部分關鍵銷的精度需要在±0.15 mm之內。裝配后各托盤需要逐個上三坐標檢測調整[4]。

為提升合裝成功率，各子托盤相對主托盤多數做成浮動機構。

2.2 合裝托盤庫

由于客戶需求的個性化、多樣化、定制化趨勢，總裝車間須提升共線混流柔性生產能力。托盤庫是托盤的子托盤和框架部分的庫區，為非必須項。當部分工廠車型平臺較多，為滿足柔性化共線生產，配套建設托盤庫。

車型間有差異時，優先選用直接避讓式(定位采用拔插、翻倒、導軌等形式)，其次采用子托盤滑移式(子托盤結構相似位置不同，多用于前后懸結構相同但軸距不同)，再次采用子托盤切換式(如更換前懸或后懸子托盤)或整體切換式(如兩款車型差異大，做兩種托盤整體切換)。當以上都不能滿足時，采用綜合切換式，即切換大框架也切換子托盤。

托盤庫投資較高，產品平臺化較差、兼容性較低，車企不宜采用。

2.3 合車站

托盤承載底盤件和吊具承載車身進入合車站后，分別對托盤和吊具進行定位，由剪式舉升機舉升托盤，或吊具下降完成底盤與車身“結合”的過程。合車過程中，底盤和車身主要是X向運動，相對于輸送線是靜止的。圖3—圖4分別是舉升機舉升式合車和吊具下降式合車兩種合車形式。

合車工位的自動化程度主要取決于系統精度和前后減震扶持工藝，分為半自動式(人工輔助上升并輔助對位)和全自動式(無人值守)，如圖5—圖6所示。

合車完成后，放行進入到擰緊站中。擰緊站車身和底盤間Z向無法調整。一旦底盤與車身對接出現較大偏差且放行到擰緊站，將無法擰緊對接螺栓，調整時間長，影響整個車間的效率。必須保證合裝系統的精度，并制定對應放行、返修策略。識別合裝工位不成功時，系統自動報警，手動模式調整舉升機下降或吊具上升，再次進行二次合裝，或設置對應返修站。

2.4 擰緊站

合車站完成車身與底盤“結合”后進入“裝”的部分。對車身和底盤連接進行擰緊。

普通燃油車型有30～50個點需要擰緊，且大多數是A類擰緊點，對產品有重大影響。

2.4.1 手動擰緊

手動擰緊時手持擰緊槍或反力臂，直接擰緊螺栓，或間接擰緊放在聯系桿上的螺栓。手動擰緊柔性化好，精度要求低，擰緊設備投入相對較低。目前應用最為廣泛。

2.4.2 自動擰緊

自動擰緊由伺服機構帶動擰緊槍，自動完成螺栓的擰緊。圖7所示是擰緊槍和擰緊底座X-Y-Z伺服移動擰緊螺栓或聯系桿。圖8所示是擰緊槍布置在擰緊臺上，整體移動擰緊。

圖7 某主機廠擰緊槍X-Y-Z伺服擰緊 圖8 某主機廠整體擰緊臺式擰緊

自動擰緊工藝對產品零件、定位系統、合裝托盤精度等要求較高，設備投資較大。

3 結束語

合裝工藝是總裝車間的核心樞紐工藝，通過項目實踐和對標研究，簡要描述了靜止式合裝系統的托盤、托盤庫、合車站、擰緊站四大子系統規劃要點。對于促進選擇合理合裝方式，規避項目風險，提升總裝車間的質量、效率等目標有一定的參考意義。