Best fit白車身自動裝配系統精度提升的解析與實踐

張皓源

北京奔馳汽車有限公司 北京 100176

V206車型目前是北京奔馳汽車有限公司（BBAC）的主要車型，該項目引入了Best fit全自動裝配系統，目的是為了提升覆蓋件裝配合格率及裝配精度。

裝配精度現在已經成為衡量汽車質量控制水平的重要指標，上一代205車型在整個生命周期2014－2021年采用了傳統的裝配手動工裝（見圖1a），裝配精度及穩定性差，全新206車型采用BBAC第一次使用了Best fit全自動自動裝配系統，如圖1b所示。傳統手動工裝采用定位機構的方式進行覆蓋件與車身的匹配定位，主要利用定位銷和定位塊的方式，而Best fit自動裝配系統采用激光傳感器的方式采集車身與覆蓋件輪廓進行計算，從而得到零件匹配的最佳位置，讓206車型裝配合格率從手動工裝的0%提升到70%，而與之對應的返修率從100%下降到30%，從而節省返修人員7人，故Best fit的應用可以解決裝配的穩定性差、精確性差的問題，提升裝配控制水平及客戶滿意度，提升產品在市場中的競爭力（見表1）。

表1 后門手動工裝與Best fit系統對比

圖1 后門手動工裝與Best fit系統對比

項目實施方案

1.現狀分析

由于對全新Best fit自動裝配系統沒有應用的經驗，對新系統的目標設置是否合理及目標達成均沒有可以借鑒的先例，故無法預判是否能夠按計劃完成裝配合格率的指標，并且如何達成指標才是新項目的核心（見圖2）。通過分析梳理現在面對的問題，包括如何了解新系統以及新系統的重要功能，以及是否能夠得到德國專家的支持?，F階段由于疫情的原因德國專家無法前來支持系統的調試，完全是通過自主調試的方式使系統可以投產，這對新項目的順利進行帶來巨大的挑戰。

圖2 新項目遇到的困難及挑戰

2.可行性分析

Best fit系統的實施分為五個階段：設計審核、白色驗收、黃色驗收、調試階段和SOP質量爬坡階段（見圖3），每個階段都有具體的要求和核心任務，需要針對各階段的特點制定不同的檢查方案及調試計劃。

圖3 V206Best fit系統實施方案

（1）設計審核階段 整個設計審核階段報告包括3次系統數模審核和1次系統實物審核。數模審核包括根據SFK（Span Funktion Koncept）定位功能概念檢查數模上的工裝定位單元，包括定位銷、定位塊等，在設計審核會上提出工裝定位的優化方案，并且檢查及確認Best fit系統傳感器的位置及數量，對需要優化的區域提出優化方案。在設計審核階段提出及解決問題，避免工裝已加工到位后造成的更改困難及更改費用。

（2）白色驗收及黃色驗收 V206 Best fit經過白色驗收及黃色驗收驗證系統在靜態及動態情況下的調試狀態，白色驗收需要驗證系統在靜態條件下驗證工裝定位單元是否按照數模正確地安裝，并且檢查零件與工裝的匹配，提升優化及整改方案。黃色驗收需要驗證工裝的加緊時序，夾緊力的合理性及調試狀態，Best fit程序運轉情況，Regulation運行及Training的調試水平，確保Best fit自動裝配系統可以正常運轉，沒有Regulation NOK的出現。避免生產線停線帶來的停機故障。

（3）調試階段（即質量爬坡階段） Best fit系統調試首先需要根據CMM做出一個Master car，在Master car上標記出Best fit系統需要的測量點的位置。根據Master car的測點位置調試Best fit系統激光傳感器的位置，在Best fit裝配后的白色車未經過人工調整的狀態送CMM，將CMM測量數據與Best fit數據進行比對，用CMM為測量基準，對Best fit系統進行補償。在Best fit系統測量準確后，分別對各重要功能進行優化，提升Best fit裝配穩定性，通過重復拆裝試驗驗證穩定性（同一臺白車身和同一個覆蓋件拆裝5次，每次拆裝后數據偏差小于0.2mm作為評價標準）。在質量爬坡階段，從SOP階段到9個月，在確保調試階段各工位順利通過穩定性測試的情況下，根據各覆蓋件的狀態對Best fit進行質量提升，提高一次裝配合格率，每個月合格率提升8%，9個月后需要提升到72%。

3.測試與驗證

截至2021年11月5日，SOP4個月，現有Best fit 裝配合格率已提升到22.5%，已經領先德國Bremen工廠以及南非的East London工廠，是全球工廠206最佳裝配水平，BBAC 206合格率每個月都在持續提升，從SOP第一個月的4%，提升到第5個月的23%。不僅利用整車合格率的方式統計，還利用單件平均合格率統計各覆蓋件，現有各零件合格率在SOP5個月后已達到85%。

4.推廣與應用

206 Best fit是BBAC第一次引用全自動裝配系統，隨后254和214車型都將應用此系統。關于系統裝配合格率的提升經驗已通過裝焊技術論壇的方式將總結的經驗進行共享，并且與前驅車工廠的技術團隊做過經驗分享及技術交流。

效果與效益

1.主要創新和改進

（1）E-shim功能的實現 裝配線的裝配工序通常分為兩部分，第一部分為鉸鏈裝配到覆蓋件上，第二部分將鉸鏈與覆蓋的總成裝配到白車身總成上。為提升第一工序裝配的穩定性及精確性，應用了E-shim的機構，通過伺服電動機精確控制覆蓋件的鉸鏈深度，并且結合機器人程序可以實現螺栓全自動緊固，且通過軟件圖例可知，鉸鏈深度可以通過E-shim的軟件進行精確調節，可調整的最小單位達到0.1mm。通過在線檢測數據可知，E-shim可以實現鉸鏈深度的精度可以達到0.1mm。以車門為例，上下鉸鏈可以控制到±0.5mm內，Cp＞1.33，Cpk到達1.0的狀態，與205手工裝配有明顯的提升。相比VW205車型，Cp和Cpk均有提升。

（2）計算功能Regulation的提升 裝配的第二個重要步驟為將覆蓋件及與鉸鏈總成與車身裝配。為了找到最佳的裝配位置，Best fi通過計算功能找到每一臺白車身與覆蓋件的匹配裝配，Best fit 通過Regulation完成計算功能。

如圖4所示，以后門與側圍裝配過程為例，將側圍與后門簡化為兩個空間內的物體，需要精確定位空間內的物體需要明確以下幾個參數：物體在空間內的位置X、Y、Z、A、B和C，根據間隙平順的要求，通過Regulation的作用，使后門找到空間內的最佳位置，最終確定后門與測量匹配的最佳位置對應的X、Y、Z、A、B和C，Regulation利用雅可比矩陣使空間內各位置參數逐漸變化，最后得到一個最佳位置。

圖4 SME后門歸零點實際狀態

Regulation可以通過Training過程優化及量化此功能。當發現Regulation的功能需要優化時，可以通過選取尺寸狀態較好的白車身及覆蓋件進行Training，Training的作用使Regulation更好的找到裝配位置，Training存在一個量化指標，滿分是1.0，達到0.9為Training匹配很好的狀態，以圖4b所示，此Training達到0.983，使Regulation的功能達到了接近完美的狀態，且經過近半年的調試，現所有工位的Training都可以達到0.9以上，使Regulation的作用得到充分發揮。

（3）反轉180°螺釘緊固程序的實現 螺栓緊固程序是裝配程序的最后一項。通過Best fit測量功能發現，在螺栓緊固前后間隙平順度的測量數據發生較大變化，數據波動0.5mm，通過數據發現裝配后的車門螺栓緊固的方向會有不規則的運動，此運動來自于螺栓與車身匹配的內應力。

為釋放零件之間的內應力，現添加特殊程序，將螺栓緊固程序在擰緊后再次添加螺栓反轉180°，既將螺栓擰緊又二次松開半圈，從而釋放了螺栓與零件匹配的應力。通過重復拆裝試驗驗證穩定性，同一臺白車身和同一個覆蓋件拆裝5次，每次拆裝后數據偏差小于0.2mm，從而證明Best fit裝配的穩定性。如圖5所示，優化了反轉程序后數據前后門高度差（kick-up）測量點合格率明顯提升，數據波動范圍從±1.0mm，縮小到±0.5mm，滿足裝配要求。

圖5 螺栓緊固反轉功能對裝配合格率的提升

2.經濟效益

Best fit自動裝配系統的應用相比手工工裝提升了裝配的穩定性，從而減少了返修人員。與上一代205車型相比，205車型共有12個間隙平順度返修人員，根據PP規劃，206的返修人員在SOP9個月前共10人返修，9個月后，best fit合格率提升到70%后，只有5個人返修，故節省了7個返修人員，且節省了德國專家支持的人員費用。

3.社會效益

Best fit系統的應用及實施給車身工廠帶來了巨大挑戰。新設備的引進，由于無法邀請德國專家到現場支持新系統的調試，因此，整個調試過程完全由車身工廠的尺寸團隊完成。尺寸團隊在逐漸了解Best fit系統的基礎上，專研各項重要功能，包括Regulation、Training、E-shim功能，自動補償功能，最后掌握Best fit系統，使新系統可以順利投產。系統的質量合格率也優于德國同期水平，實踐了“德國車中國造，德國技術我們知道”的理念。

4.裝配穩定性提升

通過以上創新的實現，截至到2022年5月，SOP之后9個月，現有Best fit 裝配合格率單件合格率已經達到90%，并且已經達到德國同期水平，已經成功地讓自動裝配系統在中國工廠落地。

結語

Best fit裝配系統還可以從兩個方面繼續提升：

1）裝配合格率的持續提升，也就是裝配精度的提升。現有Best fit調試狀態處于9個月后，各零件一次裝配合格率在90%。

2）整車產品質量的提升。當裝配合格率提升后，整車裝配穩定性也隨之提升，整車質量也隨之改善，有利于交付質量更加穩定的產品。