電動汽車與燃油汽車混線生產的車身底部夾具優化

摘要：在燃油乘用車企業實施電動汽車戰略的路徑上，通常采用燃油汽車、電動汽車混線生產方式，提高資源利用效率，降低投資，縮短改造時間，降低運營成本。為了有效解決燃油汽車、電動汽車混線生產的最大技術難點——焊裝車間主線底部夾具的集成和改造問題，分析了大眾汽車集團MQB燃油汽車平臺和MEB純電動汽車平臺的車身平臺定位的差異性和各自特點，提出了簡單可靠的車身底部夾具柔性優化方案，在焊裝車間可實現燃油汽車和純電動汽車的高效混線生產。相較于傳統復雜的車身底部夾具柔性方案，提出的優化方案不僅顯著降低了生產線改造投資，縮短了改造時間，而且提升了焊裝主線的設備開動率，降低了運行成本；此外，這里提出的優化方案，還是一個綠色、低碳的方案。

關鍵詞：車身平臺；混線生產；底部夾具；柔性夾具；柔性風車

近年來，隨著國內電動汽車市場的快速發展和電動汽車滲透率超預期的不斷突破、增長，無論是造車新勢力企業，還是傳統汽車企業，都推出了自己的電動汽車戰略，全面電動化。在實施電動汽車戰略的路徑上，有建設專門電動汽車生產線的，也有在燃油汽車生產線上集成電動汽車的生產、實現燃油汽車與電動汽車混線生產的。對于傳統燃油汽車企業來說，采用燃油汽車、電動汽車混線生產的方式，可以充分利用現有的廠房、設備設施，大幅降低電動汽車生產線投資，同時也提高了生產運營效率、降低運營成本。

當然，在基于燃油汽車平臺的生產線上，集成導入基于電動汽車平臺的電動汽車進行生產，具有一定的技術復雜度和難度。一般來說，在同一車型平臺上的多款衍生車型，其軸距、長寬尺寸差異等較小，因而混線生產的技術難度相對較小[1]；而基于不同平臺的多款車型實現混線生產的技術復雜度和難度較高。不同平臺的多款車型混線生產最大的技術難度在于焊裝車間主線的底部夾具的集成和改造[2]。

以上汽大眾的實踐為例，上汽大眾的燃油汽車是基于大眾汽車集團的MQB（橫置發動機模塊化平臺）平臺和MLB（縱置發動機模塊化平臺）平臺，而電動汽車是基于大眾汽車集團最新的MEB（純電動汽車模塊化平臺）平臺。MQB平臺的前懸較長，前后軸軸距相對較短；而MEB平臺的前懸較短，前后軸軸距可以延長。焊裝車間主線底部夾具的設計與車型平臺的主RPS孔的坐標和孔徑是直接關聯的，MQB平臺和MEB平臺的這些特性差異導致焊裝車間主線底部夾具的主、次RPS坐標位置完全不一樣。為了實現把MEB平臺的電動汽車集成到現有的MQB平臺的燃油汽車生產線上，必須對白車身主線從下車體第一個合拼的自動工位（底板定位焊工位），一直到白車身框架總成（總拼）生產線的最后一個自動工位進行改造；以60JPH的高產能、高自動化率焊裝生產線為例，涉及到近90套底部夾具的集成改造。

近幾年來，上汽大眾在眾多工廠和新車型項目中不斷實踐迭代，探索研究把純電動汽車（MEB平臺）集成到燃油汽車（MQB平臺）生產線上進行混線生產的技術和方法，解決了一系列的技術和設備瓶頸問題。本文介紹了解決MEB平臺電動汽車與MQB燃油汽車混線生產最大的技術難度點——焊裝車間主線底部夾具的集成改造的方法和方案。

MQB和MEB平臺底板RPS基準孔差異

在焊裝車間從底板到總拼的主線區域，由于定位焊工位、自動補焊、自動涂膠、自動螺柱焊、激光焊、自動弧焊和在線測量工位等對車身尺寸定位精度要求高，需要使用自動升降滾床，將車身降落，采用底板的8個RPS基準孔進行定位夾緊后，才能進行焊接或連接工藝操作[3]。

為了實現MQB平臺的燃油汽車與MEB平臺的電動汽車高效率的混線生產，所有車型必須共用同一種雪橇。為此，雪橇支撐點的相對位置要保持一致，即：要保證前后雪橇孔在X和Y方向間距是一致的，如圖1所示。這是實現不同平臺的車型在主線采用相同雪橇傳輸白車身的技術前提。然而MQB和MEB平臺8個RPS基準孔位置在X、Y和Z三個方向上均存在較大差異，且勾銷缸的夾緊方向也有所不同。在混線生產“共用雪橇”的前提下，將無法共用勾銷夾緊氣缸，如圖2所示。這增大了混線生產的難度。尤其是位于前后縱梁上的主RPS基準孔坐標完全不同，如圖3所示。

不同平臺混線生產的車身底部夾具方案

目前大眾汽車集團模塊化平臺（例如MQB或MEB平臺）的產品數據開發的特點是實現跨越多級別車型和多種軸距版本的模塊化，覆蓋小型、中型、中大型甚至大型的轎車、SUV和MPV車型。在同一模塊化平臺內部，技術特點之一是保持車身底板夾具的2個基準孔RPS1Hxy/5fz和RPS4fz（分別位于左右前縱梁下部）位置的絕對一致。針對車身左右后縱梁下部的2個基準孔RPS2Hy/fz和RPS3fz的坐標值，則取決于車型的軸距尺寸。MQB燃油汽車平臺與MEB電動汽車平臺存在巨大的差異點，特別是聚焦于前后縱梁的主、次基準孔坐標，甚至基準孔孔徑都是不同的，為了實現跨平臺混線生產，需要思考和構建能夠自由切換的車身底部夾具方案。

1.傳統的混線生產車身底部夾具柔性方案

不同平臺車型在自動工位上柔性化混線生產的典型案例截圖，如圖4所示。該典型案例為某工廠焊裝車間某B級電動轎車（MEB平臺）和某A級燃油轎車（MQB平臺）的混線情況。

為了實現不同夾緊單元的切換，傳統方案是針對前后縱梁的主、次基準孔的定位和夾緊單元，全部采用柔性風車系統。以左前縱梁RPS基準孔定位夾緊為例，如圖5所示，采用傳統的柔性風車夾具，通過旋轉90o實現勾銷夾緊氣缸的柔性切換，針對不同平臺車型分別進行夾緊，實現精確定位。后縱梁切換也采用了相同的柔性風車夾具。每個定位焊或者自動補焊工位配有4套柔性風車夾具和1臺控制器。單工位4套柔性風車夾具的使用，雖然能夠非常清晰地實現針對不同車型的柔性切換，但是設備投資較高，且占地面積較大，增加了混線生產的改造投資和生產運行成本，也影響生產線后續車型集成時的布置方案設計。

底板中部（前后地板下部）其他的4個輔助RPS基準孔，如后地板附近的基準孔，采用氣動翻轉系統，通過翻轉切換實現勾銷夾緊氣缸的柔性切換，如圖6所示。針對MQB和MEB平臺混線生產的8個RPS基準孔，基于這一傳統車身底部夾具柔性方案的勾銷夾緊氣缸的切換方式見表1。

2.優化后的混線生產車身底部夾具柔性方案

隨著上汽大眾電動化的不斷推進，基于MEB平臺細分子平臺PV1、PV2、……PV5對應的純電動汽車（轎車、SUV和MPV等）被不斷導入生產。所有這些MEB平臺細分市場級別的車型，其前縱梁上的2個主RPS基準孔坐標均保持不變；而后縱梁上2個RPS基準孔的坐標，會由于車型級別和軸距的不同而有所不同。

因此，在傳統底部夾具柔性方案基礎上，本文作了優化處理，如圖7所示。焊裝車間主線所有定位焊、自動補焊、在線測量等自動工位的前縱梁主RPS基準孔，均采用氣動翻轉機構，通過翻轉切換實現勾銷夾緊氣缸的柔性切換。由于未來導入車型的軸距數據具有不確定性，后縱梁切換仍然采用柔性風車夾具，以保留最大的柔性。底板中部其他的4個輔助RPS基準孔，僅需要根據車型的詳細RPS基準孔坐標值，做出相應微調整。針對MQB和MEB平臺混線生產的8個RPS基準孔，基于這一優化的車身底部夾具方案的勾銷夾緊氣缸的切換方式見表2。該優化方案所體現的每個定位焊和自動補焊工位，只配有2套柔性風車夾具和1臺控制器。與傳統的車身底部夾具柔性方案相比，在前縱梁主RPS基準孔位置，采用2套氣動翻轉機構，替代了2套柔性風車夾具。

在上汽大眾MQB和MEB平臺混線的焊裝車間生產線中，已經采用了優化后的車身底部夾具柔性方案。根據車型項目實施的實際投資對比計算，相較于傳統的車身底部夾具柔性方案，優化后的方案使得車間主線單工位可節省約15萬元人民幣。以一個60JPH高自動化率的焊裝車間為例，從底板到總拼的主線區域，涉及90個自動工位，僅此一項共節約投資約1350萬元。不僅如此，采用優化后的車身底部夾具柔性方案，簡化了主線工裝夾具的復雜程度，縮短了改造時間，降低了設備設施的維護成本，也有利于提升主線的設備開動率，提高了生產效率。此外，優化后的車身底部夾具柔性方案，減少用鋼量約8.82t，減少了CO2排放21t；因為夾具設備的簡化，每年減少能源消耗約

42 225kW·h，每年可減少CO2排放24.5t。

結語

本文所提出的優化的車身底部夾具柔性方案，在焊裝車間可靈活、可靠地實現燃油汽車和純電動汽車的混線生產。與傳統的、較為復雜的車身底部夾具柔性方案相比較，本文提出的優化方案具有三個優勢。

1）可以顯著降低生產線改造投資，縮短改造時間，提高生產線的設備開動率，降低運行和維護成本。

2）減少了制造車身底部夾具所需的用鋼量，也降低了生產過程中夾具設備的能源消耗，是一個綠色節能低碳的方案。

3）該車身底部夾具柔性優化方案和思路，不僅適用于大眾汽車集團的燃油汽車、純電動汽車的混線生產，也適用于其他品牌或企業同一平臺多款車型的混線生產，以及不同平臺多款車型的混線生產。

參考文獻

[1] 張艷.新能源汽車快速發展下的車身平臺柔性制造規劃理念[J].汽車實用技術，2023，48（13）：150-154.

[2] 高勇.汽車焊裝生產線改造的探索與應用[J].汽車實用技術，2023，48（10）：181-186.

[3] 劉江.汽車焊裝車間柔性化生產線的應用[J].中文科技期刊數據庫（文摘版）工程技術，2022（8）：3.