某款新型白車身開發過程中工藝方案柔性化開發研究

肖騰 胡江

摘 要：文章主要描述了某款商用車在開發過程中 通過對產品 工藝 標準件 設備 工裝 輸送系統等通用化方案的優化 減少后期生產需要投入的設備、工裝、輸送系統等的數量 降低生產成本的投入。

關鍵詞：柔性化;RPS（reference point system）;輸送系統;工裝

中圖分類號：U466? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-170-03

Abstract： The article mainly describes a commercial vehicle in the development process， through the optimization of products， processes， standard parts， equipment， tooling， conveying system and other general solutions to reduce the amount of equipment， tooling， conveying system， etc. that need to be invested in later production.And then reduce the investment in production costs.

Keywords： Flexibility;RPS （ reference point system）; Conveyor systems;Fixture

CLC NO.： U466? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-170-03

前言

如今商用車的更新換代越來越快 車型種類繁多但結構存在著差異 若對設備、夾具及輸送系統的通用性缺乏合理有效的評估 在后期生產過程中將出現產品和設備之間的干涉現象 導致夾具、設備的更改或報廢 使生產成本增加。如何在新產品開發過程中 確定合理的產品 夾具 設備和輸送系統的通用性方案 是開發過程中焊接工藝需要面臨的挑戰。下面詳細論述新車型開發過程中 如何開展產品 設備 工裝和輸送系統的柔性化方案。

1 新車型規劃

根據新車型的規劃 需實現10款不同長度和高度白車身的裝焊工藝開發 確定10款白車身共線生產的裝焊線和輸送系統柔性化方案。

2 焊接工藝

根據新產品的結構 結合廠房、生產節拍、生產加工能力 成本控制和質量控制等方面因素對白車身進行焊接工藝流程分解（如圖1） 新款車型的白車身分為13個大分總成 具體如下：地板總成 前圍總成 后圍總成 左/右側圍內板總成 左/右側圍外板總成 上橫梁總成 頂蓋總成 左/右車門總成 左/右工具箱蓋總成。分總成工位間的輸送方式采用摩擦線 主線的輸送方式采用高精度滾床和臺車。

3 柔性化的要求

白車身焊接是一個復雜的過程 其相關設備、工裝、工藝的獨特性直接影響產品的可制造性和成本投入 因此需確認產品之間的柔性化 設備和工裝的柔性化 輸送系統的柔性化。

3.1 產品柔性化要求

為了滿足10款白車身的共線生產 在產品設計過程中 需要明確各款車型零件之間的通用原則和定位原則。

（1）地板區域的柔性化要求

開發過程中 地板總成零部件的通用化方案主要受白車身長度和寬度的影響。

①地板的寬度方向保持不變 長度方向變化時 以最短車型為基礎 其余車型通過專用零件進行焊接。在設計地板的RPS時 考慮還是以最短車為基礎設置定位RPS點 其余車型的定位在最短車型的上進行平移 但要求定位的Y向和Z向與基礎車型保持不變 僅X向進行整數平移;

②白車身的寬度方向變化 長度方向不變化。在設置RPS時 保持縱梁和邊梁的定位不變 連接板的定位孔在X向和Z向保持不變 僅Y向進行整數變化;

③白車身的寬度方向和長度方向同時發生變化時 參考前面的①和②的要求進行變化。

（2）前圍、后圍和上橫梁區域的柔性化要求

在新車型開發過程中 前圍和后圍總成零部件的通用化方案主要受白車身寬度的影響。因此在設計產品結構方案時 定位孔選擇在重合區域 保持定位不變 、兩側搭接面在寬窄變化后要求重合 保證定位的統一性和完整性 后期有利于夾具的通用化設計。

（3）側圍內外區域的柔性化要求

在新車型開發過程中 側圍總成零部件的通用化方案主要受白車身長度的影響。在設計側圍的RPS時 考慮還是以最短車的側圍為基礎設置定位點 其余車型的定位在最短車型的上進行平移 但要求定位的Y向和Z向與基礎車型保持不變 僅X向進行整體平。

3.2 標準件柔性化要求

為了減少標準件型號 焊接設備的投資 降低生產準備的難度。在新車型開發前 對現有標準件的規格進行收集和統計形成標準件庫（如圖2） 并且輸入給產品設計。在詳細設計階段 如果沒有特殊的功能要求 標準件必須在標準件庫中選擇 保證標準件的通用性。要求每個零件上的標準件規格不能超過一種 如果因為特殊的功能要求 那么標準件的規格最多不能超過兩種 否則工序間的轉運過多 會增加零件轉運變形的風險。

3.3 焊鉗柔性化要求

現有車間使用的焊鉗主要為X型焊鉗和C型焊鉗兩大類 按照用途分為手工焊鉗和機器人焊鉗 對現有的焊鉗進行整理 形成人工焊鉗庫和機器人焊鉗庫（如圖3）。對新車型進行SE同步分析 以基礎車型的產品結構 焊接順序和焊點位置為要求確定生產線的焊接工位 按照工位進行初步分析后在焊鉗庫中選擇出相應的焊鉗 采用CATIA軟件中的裝配模塊進行焊鉗的靜態虛擬仿真驗證 確定焊鉗和產品之間的可達性、干涉性和操作性。用選擇的焊鉗與其余車型相對應的焊接工位進行焊鉗的靜態虛擬驗證 確認焊鉗是否滿足10款車型同工位的焊接要求 如果焊鉗滿足可確定焊鉗的喉深和喉寬 為后續工裝制作和設備選型提供支持;如果不滿足 結合產品結構的區別 可對焊鉗的局部結構或產品的局部結構提出優化方案 保證焊鉗滿足多款車型的焊接為準。盡量在焊鉗庫中選擇合適的手工或機器人焊鉗 滿足多款新產品的通用性和柔性化焊接 避免因特殊結構而導致焊鉗無法通用 從而增加焊鉗的成本。

3.4 工裝柔性化要求

工裝是保證產品質量的主要手段 是實現多款車型的柔性化生產的基礎。在新車型開發時 以基礎車型為基礎 分析單件、分總成和總成之間的相互關系 確保零件 分總成和總成的定位基準保持一致 使定位基準實現繼承性 完成基礎車型的RPS（reference point system 基準點系統）設計。

（1）X/Y/Z向三個自由度只有其中一個變化時 要求變化數量為整數 方便后續工裝制作時 通過氣缸的切換實現通用;

（2）X/Y/Z向三個自由度出現兩個或兩個以上的變化時 需要將兩個分總成通過擬合選擇出不影響其他的車型定位的區域設置RPS。

在工裝設計時 工裝供應商需要將多款車型對應的產品結構擬合到一起 確認RPS通用性 然后根據不同車型之間的變化完成工裝的MCP（master control point關鍵控制點）的編制 MCP的位置選擇需要滿足多款車型共線的定位夾緊 最終版的RPS和MCP確定完后 開始工裝的詳細設計和加工。

3.5 輸送系統柔性化要求

新車型規劃為10款白車身 地板分為兩種平地板和高低

地板 存在四種縱梁形式 而白車身的定位點都選擇縱梁上 因此在主線的輸送方式采用高精度滾床+臺車 工位間的重復精度達到±0.1mm（如圖6）。白車身的縱梁前部定位保持一致采用固定式定位銷 縱梁后部的定位采用可拆卸的方式 即根據四種不同的縱梁結構 制作四種不同的后部支撐（如圖7）。在生產時 根據不同的生產車型 機器人選擇不同的后部支撐 進行切換 滿足10款白車身的共線生產。

4 結語

通用性分析是焊裝同步工程的一項重要內容。在新車型開發過程中 首先確保產品結構通用化 其次合理定義RPS的通用性變化 最后確定工裝 設備和輸送系統的通用性方案? 保障生產線采用最少的工裝 設備 實現多款車型的大批量 多品種的柔性化生產。