系統(tǒng)工程在汽車焊接開發(fā)中的應(yīng)用范文

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1利用系統(tǒng)工程解決難題

面對上述難題，公司的開發(fā)策略是：在已有的車身焊接生產(chǎn)線設(shè)計開發(fā)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握乘用車焊接生產(chǎn)線整線全系統(tǒng)自主集成開發(fā)的核心技術(shù)，徹底改變以往柔性化不夠、無機(jī)器人焊接、大型控制系統(tǒng)在設(shè)計集成上對供應(yīng)商依賴的被動局面，繼續(xù)秉承“低成本、高價值”的公司理念，走出自主創(chuàng)新開發(fā)集成SGMW第一條乘用車焊接生產(chǎn)線的發(fā)展之路。我們成立了一個以車身總拼線為核心內(nèi)容的集成開發(fā)小組，負(fù)責(zé)工藝規(guī)劃、主夾具設(shè)計、機(jī)器人選型、生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計，并對所有子系統(tǒng)之間進(jìn)行集成分析和方案決定。

1.1生產(chǎn)線柔性化工藝規(guī)劃最需要解決的問題就是總拼線柔性化，我們的目標(biāo)是這條總拼線可供6種車型生產(chǎn)。首先是定義BOP和BOE，需要盡量模塊標(biāo)準(zhǔn)化和合理化，以保證柔性化的可行性。經(jīng)多次論證，將乘用車系列在焊接主線上焊接的車身結(jié)構(gòu)分為下車體、左右側(cè)圍、頂蓋、頂蓋橫梁、衣帽板、下安裝板、左右前側(cè)板、后端板共12個模塊。然后從車身匹配焊接、減少焊接變形、操作人員合理安排、滿足生產(chǎn)節(jié)拍等多個的角度去綜合分配每個工位的焊點和操作時間，最后形成指導(dǎo)設(shè)計的LAYOUT（見圖2）和工藝方案。

1.2NBL總拼定位方式在工裝方案中，最重要的部分是車身總拼焊接定位工位，也就是車身焊接主夾具的設(shè)計。傳統(tǒng)的車身焊接主夾具，通常是將各定位單元安裝在兩側(cè)可移動的定位側(cè)框基準(zhǔn)面上，且左、右對稱地布置于生產(chǎn)線總拼工位的兩側(cè)地面上。在工作時，兩側(cè)框同時由外向內(nèi)移動，各定位單元最終進(jìn)入定位、夾緊狀態(tài)。傳統(tǒng)方式占地面積大，安全風(fēng)險高。為使以上不利因素得以改善，集成開發(fā)小組引進(jìn)多個外方專家資源，與我們一起進(jìn)行系統(tǒng)性分析。面對這多個問題，總結(jié)起來，主要焦點是主夾具的結(jié)構(gòu)、切換空間和方式、定位精度和可焊性，因為它們既獨立又相互關(guān)聯(lián)制約，必須找到一個最佳的切合點，保證它們都能得到充分滿足。（1）主夾具結(jié)構(gòu)采用全新的單框架上下升降式車身總拼定位結(jié)構(gòu)技術(shù)（見圖3），其創(chuàng)新核心是將兩側(cè)框變成一個側(cè)框，將所有的定位單元都布置在這一個側(cè)框的兩個側(cè)面上，再利用車身頂蓋、前風(fēng)窗和后風(fēng)窗的空間進(jìn)入到車身內(nèi)部，打開定位單元使用其由內(nèi)向外運動實行定位、夾緊。（2）主夾具切換空間和方式利用焊接主夾具可上下升降的特點，將多個車型的主夾具框架放置于空中，充分利用生產(chǎn)車間的上空空間，其主夾具框架的存放數(shù)量可達(dá)6個以上，同時又不影響整個焊接生產(chǎn)線的地面工藝布置。（3）易焊性改善一改傳統(tǒng)兩側(cè)主夾具側(cè)框地面移動為單一側(cè)框空中上下移動，在車身的兩側(cè)沒有了定位側(cè)框的阻礙，操作者可靈活自如地進(jìn)行焊接操作，人機(jī)工程得到了極大改善，減少了工人的勞動強度及操作難度，從而極大提高焊接品質(zhì)，降低了安全隱患。（4）定位夾緊機(jī)構(gòu)由于需要利用車身頂蓋前風(fēng)窗和后風(fēng)窗的空間進(jìn)入到車身內(nèi)部，同時要兼顧左右側(cè)圍的定位，那么定位單元的結(jié)構(gòu)就必須非常緊湊，要求在位單元在非工作狀態(tài)時：主夾具的寬度≤頂蓋寬度-100（單位：mm）。傳統(tǒng)的簡單夾緊定位單元結(jié)構(gòu)很難滿足空間限制的要求。我們新設(shè)計了非對稱的四連桿機(jī)構(gòu)。新設(shè)計充分利用左右側(cè)圍夾具的對稱性，采用了多桿機(jī)構(gòu)聯(lián)動和一個雙向推動氣缸的方式進(jìn)行定位、夾緊，使得原本需用6個氣缸完成的動作，最終僅用一個推動氣缸、2個夾緊氣缸就完成了2個定位單元打開→定位→夾緊的全部動作。節(jié)約了3個氣缸的成本，也減少了因多個氣缸分別動作耗費的時間，還減少了整個主夾具體的總重量，緩解了對夾具框架的剛度要求，最終解決了一系列的技術(shù)難題，達(dá)到了保證品質(zhì)的同時結(jié)構(gòu)最優(yōu)化的目標(biāo)。

1.3頂蓋拾取柔性化頂蓋的精確定位對整車的結(jié)構(gòu)剛度和尺寸精度影響很大，要同時兼顧6種車型，重復(fù)定位精度要求高。集成開發(fā)小組決定選用FANUCR2000IB機(jī)器人進(jìn)行拾取和定位，在國內(nèi)汽車企業(yè)也屬首次使用，其運動速度（2000mm/秒）快，重復(fù)定位精度（±0.3mm）高，工作范圍（運動半徑=2.66米）大。特別是采用了DCS（DoubleCheckSafety）控制系統(tǒng)，可以把機(jī)器人的運動范圍進(jìn)行更加精確地限制，減小占地空間，提高了安全性。

1.4引入焊接機(jī)器人首次在寶駿630車身焊接生產(chǎn)線上采用機(jī)器人焊接技術(shù)，與其他汽車公司不同的是———不是外包專業(yè)供應(yīng)商集成，而是從方案設(shè)計到安裝調(diào)試全部由我們的設(shè)備工程師完成。

1.5自主集成開發(fā)控制系統(tǒng)寶駿630車身焊接主線有11個工位，全線采用電機(jī)驅(qū)動齒輪齒條拉動、氣缸同步拉動提升的輸送方式，3#工位的焊接主夾具上有40個定位單元，主夾具的框架的上下運動和6個主夾具框架間的快速、準(zhǔn)確切換，還有1個頂蓋拾取機(jī)器人和6個焊接機(jī)器人，自行小車、空中輸送系統(tǒng)、伺服自動焊系統(tǒng)等，線上的每一個動作的啟動、結(jié)束、先后順序、軌跡、參數(shù)等等，都需要可靠的主從控制，才能保證整條生產(chǎn)線的有序進(jìn)行。以往SGMW幾乎都是依賴供應(yīng)商來進(jìn)行如此復(fù)雜的大型控制系統(tǒng)的設(shè)計和制造，因為在設(shè)計制造這樣一個大型的控制系統(tǒng)，其難點首先在于確定一個清晰的系統(tǒng)架構(gòu)。系統(tǒng)架構(gòu)不清晰將會給后續(xù)詳細(xì)設(shè)計帶來諸多麻煩，從而導(dǎo)致系統(tǒng)接線混亂，系不穩(wěn)定甚至崩潰。為此，集成開發(fā)小組從認(rèn)真梳理系統(tǒng)架構(gòu)的構(gòu)成要素著手，再逐步把各要素分解成關(guān)鍵控制點，依次形成各控制路線關(guān)系圖，最后通過選取各種經(jīng)濟(jì)實用的標(biāo)準(zhǔn)元器件，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，實現(xiàn)開發(fā)成本低、柔性化程度高、開發(fā)周期短、通用性強的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的架構(gòu)如圖4所示。

2結(jié)束語

寶駿630汽車于2011年8月9日全面正式上市，其車身焊接生產(chǎn)線也同時肩負(fù)起了整車的市場化需求運作。通過近幾個月實際生產(chǎn)運行證明，全新的NBL主夾具系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、自動焊系統(tǒng)、可移動夾具系統(tǒng)等多個系統(tǒng)的聯(lián)合運行平穩(wěn)，完全實現(xiàn)生產(chǎn)線自動化，也達(dá)到項目訂下的乘用車質(zhì)量目標(biāo)。我們利用系統(tǒng)工程實施對焊裝生產(chǎn)線的自主集成，在總拼定位、控制系統(tǒng)集成開發(fā)領(lǐng)域積累起大量的核心技術(shù)經(jīng)驗，大大縮短生產(chǎn)線的并行設(shè)計和安裝調(diào)試時間，節(jié)約開發(fā)和集成費用（以寶駿630焊裝線項目為例，節(jié)約費用約1200萬），獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，有極大的推廣價值。SGMW焊裝生產(chǎn)線開發(fā)團(tuán)隊也成為國內(nèi)汽車公司的自主集成開發(fā)的佼佼者。

作者：潘啟斯覃家仁黃燕清單位：上汽通用五菱汽車股份有限公司