汽车涂装生产线的柔性化关键技术研究
杜晓庆
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杜晓庆,. 汽车涂装生产线的柔性化关键技术研究[J]. 中国科学研究,2024.1. DOI:10.12721/ccn.2024.157233.
摘要: 一般来说,现代化的涂装车间投资成本在汽车制造厂冲、焊、涂、总四大工艺车间中投资成本最高,且涂装生产柔性化在四大工艺中最好,易实现多平台、多品种的产品混线生产,因此各公司在开发一款新产品时,一般规划该车型量产后在已有涂装车间混线生产。柔性化生产关系到企业新产品投放市场的速度、新产品开发投资成本,也会影响整车的单车制造成本,在竞争日益激烈的汽车制造行业,柔性化生产应用的好坏直接关乎一个企业的生存和发展。
关键词: 汽车;共线涂装;柔性生产线;车体自动识别技术;无线射频识别;现场总线
DOI:10.12721/ccn.2024.157233
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1生产线规划设计考虑

从多车型混线生产角度考虑,新涂装线方案规划和设计时需要重点注意以下几个方面:

1.1产品信息收集和分析

在生产线规划时常出现由于对该线未来生产产品信息掌握不全,导致在生产线建成投产后,后期部分车型无法在该线生产。因此,在进行新涂装线规划时,要充分收集和了解该生产线即将或未来几年内要生产的产品相关信息,如产品定位、产品开发计划、产品(白车身)材料/尺寸/重量信息、产品(白车身)电泳/喷漆面积参数等,方案规划时要尽可能考虑所有产品生产的可行性,以便使后期开发新车型时涂装投资成本尽可能少。

1.2工艺、设备参数设计及预留

在做生产线方案设计时,工艺及设备(工艺设备、输送设备和非标设备)参数设计要考虑产品的几个“极大值”,白车身最大尺寸、最大重量、最大喷漆面积以及最大电泳面积等。工艺布置要预留后期可能增加的工位或设备空间,如预留可能增加的外来车身上、下线工位空间,新增喷涂机器人空间等。

1.3输送方式选用及输送载体(吊具、台车和滑橇等)结构设计

当一条生产线工艺方案确定后,制约多车型混线生产的最大因素就是输送系统,包括输送方式选用、输送载体结构设计、不同输送单元间转挂方式选用等,下面举例说明几种柔性化好的生产方式。

(1)门式吊具带橇生产方式。由于吊具结构复杂,车身底板结构多样,导致车身在电泳下件转挂工位(车身由电泳吊具转挂到烘干用台车/滑橇)容易出现吊具、烘干台车/滑橇、车身及转挂设备间的相互干涉。这是制约采用门式吊具作为输送载体的自行葫芦、推杆链等输送系统柔性化不好的重要原因。

(2)“C”形吊具的应用。“C”形吊具的发明和应用对涂装柔性化生产的发展起到了重要作用,“C”形吊具因其特殊的结构使得车身在不同输送单元间的转挂变得方便,适合应用于多车型生产线的输送系统。

(3)输送载体与车身的接触方式设计。车身与输送载体接触方式一般有孔定位(即载体的定位销与车身工艺孔配合)和面定位(即载体的托块与车身某承载部位接触),在满足工艺要求的前提下,载体结构设计采用面定位比孔定位的柔性化好。

(4)活装支架、定位销的应用。活装支架、定位销即用于承载车身的支架、定位销与载体本体间方便安装、拆卸。生产不同车型时,在载体本体上安装相应的支架、定位销即可。

5)不同输送单元间转挂方式选用。车身转挂在涂装车间出入口、涂装车间内部多处发生,如电泳车身下件转挂、底板喷胶前、后转挂,转挂方式和设备的选用对整线的柔性化影响很大。以白车身焊、涂转挂为例,采用抱臂式转接设备的柔性化就不如叉臂式的好。

1.4车型识别技术选用

除了输送系统是影响生产线柔性化的重要因素外,车型识别系统的设计对生产线柔性化的影响也很大。对于自动化程度较高的涂装线,车型识别系统贯穿于生产线的很多工位,当生产车型种类增多时,对识别系统的要求也提高,因此,生产线设计时要在考虑投资的情况下尽量选择可扩展性强的识别技术。

2产品设计结构考虑

当公司开发的新车型平台多、品种多时,车身的结构设计标准化有助于生产线的柔性生产。以下仅从涂装柔性化生产考虑,对车身结构设计提出如下建议:

2.1同平台车型底板结构共用

为使生产线输送载体结构尽量简单,同一载体能够满足更多车型的输送要求,建议同平台车型底板结构尽量共用。

与生产线输送载体配合的车身承载面、孔的要求尽量一致,前、后支撑面、支撑孔位布置标准化。以车身前后均用孔定位的承载方式为例说明如下

当车型种类较多时,根据车身尺寸大小,要求上面两图中的L、W1、W2、H4个参数值标准化。

2.3定位孔结构及参数标准化

(1)所有定位孔孔径尺寸标准化。

(2)定位孔若有翻边,则翻边高度值标准化。

(3)定位孔要有足够的强度,能满足车身运行安全要求。

(4)定位孔深度要求能满足吊具滑橇支点锁紧要求。

(5)为满足车身与滑橇/吊具支点锁紧要求,支点孔周围尽量避免有突出件。

2.4车身裙边结构及强度标准

在前文中已提及,采用车身裙边作为承载部位的生产方式柔性化较好,这里对车型裙边设计提出强度和结构要求:

(1)裙边设计要有足够的强度,能满足运行时承载白车身不变形的要求,且要求裙边在车身转挂过程中受a=5/9+9.8(m/s2)加速度冲击不变形。

(2)建议裙边的R角切除,内外板边沿高度相同。

3结语

柔性化生产关系到公司新产品投放市场的速度、新产品开发投资成本,也会影响整车的单车制造成本,在竞争日益激烈的汽车制造行业,柔性化生产应用的好坏直接关乎一个企业的生存和发展。一方面,计算机辅助化、人工智能、人工神经网络以及模糊控制技术等先进的技术被广泛应用于柔性化制造技术,使得柔性化制造技术得到很大的发展。另一方面,随着柔性化制造技术的成熟和规模化,柔化工艺装备的成本正逐步降低。比如机器人的成本得到很大程度的降低,这就使机器人的应用得到迅速普及。福特公司计划在未来几年内,将全球工厂的焊装线逐步采用全机器人焊接,国内主机厂在这方面也有了长足的进步。此外,为了解决柔性化制造设备投资费用高的问题,各汽车厂正通过提高对产品设计的平台化、模块化、标准化的要求,来减少通用化、自动化、智能化的柔性化工艺装备投入,这样就可以最大程度的保证在低工艺装备投资的条件下,最大程度的实现产品的个性化。如果平台化做得好,整个工艺装备的投资可以节省80%以上。汽车涂装作为汽车制造的重要环节之一,涂装生产柔性化应用的好坏对公司的整体竞争力起到重要的作用。

参考文献

[1]尹志勇. 汽车涂装生产线的柔性化关键技术研究[D].江苏大学,2018.

[2]郭义荣. 乘用车柔性涂装生产线的智能控制技术研究[D].江苏大学,2017.

[3]郭义荣,赵德安,宋涛.汽车柔性涂装生产系统的设计[J].电镀与涂饰,2016,35(22):1188-1193+1219.DOI:10.19289/j.1004-227x.2016.22.009.

[4]仇云杰, 汽车涂装自动生产线用环保柔性并联机构输送机. 江苏省,江苏长虹汽车装备集团有限公司,2010-04-18.

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