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AUTO TIME上汽通用五菱汽车股份有限公司
MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺
张惠立
上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西新能源汽车实验室 广西柳州市 545007
摘 要： 本文属于汽车制造技术领域，基于在样车试制柔性制造技术装备的开发及应用。通过举证一批样车试制的
自动化柔性制造装备、自动化柔性测量装备、柔性工装夹具装备、柔性吊运装备等的开发工作经验，分析
在样车试制的工艺、方法、工装、工具、运输及自动化等方面如何进行柔性制造技术装备的开发研究，构建一整套完全自主开发的高精度、标准化、模块化、柔性化、智能化的新产品样车柔性制造技术装备体系，帮助车企缩短新产品汽车研发周期，提升汽车样车试制的制造品质。
关键词：样车试制 柔性制造 技术装备
1 引言
随着汽车产业的高速发展，中国汽车进入4.0时代[1]，新产品汽车快速更新叠代，汽车品质要求更高更好，汽车的研发周期更短更快，一个全新车型的研发周期从VPI 到 SORP(Start of Regular Production)是24～36个月[2]，而新产品样车试制又是新产品汽车研发一个重要环节，对新产品汽车研发周期的长短和汽车制造产品质量影响极大。我国的新产品样车试制研发技术起步较晚，自主品牌企业、合资品牌企业本地化的试制能力仍然偏弱[3]，样车试制技术比较落后，缺乏相应的快速制造和柔性制造的工艺、方法、标准、夹具、工具及装备，从而导致新产品样车试制开发周期过长、成本较高，样车的制造精度和可靠性不高，削弱产品竞争力。
本文基于在样车试制柔性制造技术装备的开发及应用，通过举证一批样车试制的自动化柔性制造装备、自动化柔性测量装备、
柔性工装夹具装备、柔性吊运装备等的开发工作经验，分析在样车试制的工艺、方法、工装、工具、运输及自动化等方面如何进行柔性制造技术装备的开发研究，从而构建一整套完全自主开发的高精度、标准化、模块化、柔性化、智能化的新产品样车柔性制造技术装备体系，帮助车企缩短新产品汽车研发周期，提升汽车样车试制的制造品质。
下文是结合某汽车公司试制中心多年来在样车试制柔性制造技术方面的开发应用作出的分析和总结，重点分为四个方面：
2 样车制造自动化柔性技术装备开发与应用
创新研发一种样车车身试制的自动化制造技术，解决了样车车身试制无法实现自动化和平台化生产的技术难题。将机器人自动焊接技术、NC 柔性定位技术、AGV 灵活运输技术、工装抓手高柔性集成技术、在线质
量监测技术等核心技术应用于样车车身试制，解决样车车身试制无法实现自动化和平台化生产的技术难题，使样车车身试制实现自动化、平台化、模块化、数字化、柔性化，提升样车试制的制造质量和制造效率。
案例一，样车试制开发一种样车车身总拼自动化柔性焊接工作岛技术，改变原有的车身制造生产流水线模式，以一个个焊接工作岛为制造单元，通过AGV 小车按订单需求灵活机动运输串联，形成一种以用户订单需求为导向，可灵活多种组合的样车试制焊接工作岛生产模式。与流水线模式生产相比，
岛式布局的生产线物料不必走固定的生产线路，使得生产更加柔性化，更加适应个性化、 定制化的市场需求[4]。该技术发明首创将机器人自动焊接技术、NC 柔性定位技术、AGV 灵活运输技术、高柔性工装集成抓手技术、在线质量监测技术等相关技术集成用于样车车身试制工作。通过巧妙设计和工艺布局，
Development and application of fl exible manufacturing equipment for trial production of sample vehicle
Zhang Huili
Abstract ：
T his paper belongs to the fi eld of automobile manufacturing technology, based on the development and application of fl exible manufacturing technology equipment in the trial production of sample vehicles.Through the demonstration of a batch of sample vehicle trial production of automatic fl exible manufacturing equipment, automatic fl exible measuring equipment, fl exible fi xture equipment, fl exible lifting equipment and other development work experience, analysis in the sample vehicle trial production process, methods, tooling, tools, transportation and automation and other aspects of the development of fl exible manufacturing technology equipment.A complete set of high-precision, standardized, modular, fl exible and intelligent fl exible manufacturing technology and equipment system for new product sample vehicles has been built independently to help automobile enterprises shorten the research and development cycle of new products and improve the manufacturing quality of trial production of automobile sample vehicles.
Key words ：Prototype car trial production; Flexible manufacturing; Technical equipment ．
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在工作站两侧增设15米的机器人第七轴，提高机器人移动距离和活动范围，将量产线的8个总拼工位优化集成为2个总拼柔性焊接工位，减少机器人使用数量12台，减少NC 定位单元使用数量24套。通过使用AGV 灵活运输方式替代传统固定传送链运输方式，实现多工作站制造单元的多种自由组合生产线模式，以满足用户订单需求。使用机器人焊接代替人工焊接，将样车车身焊点质量合格率从90%提升至99.8%以上。该技术开发应用见图1。
图
1 自动化柔性焊接工作站图
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2 笼式总拼柔性焊接工装夹具
案例二：创新发明一种笼式汽车车身总拼柔性焊接工装夹具技术。通过该技术发明将上车体常规需要左侧围定位抓手、右侧围定位抓手、顶盖定位抓手、前横梁定位抓手、后横梁定位抓手、下安装板定位抓手、尾端板定位抓手共7套定位抓手优化集成为左侧围定位抓手、右侧围定位抓手、顶盖定位抓手、尾端板定位抓手共4套，其它3套抓手全部优化集成到这4套抓手上，减少定位抓手数量3套，减少钢平台数量4套。优化后的4套抓手通过一种精密的销孔配合及气缸锁紧，分别安装在龙门钢立柱定位平台上，4套抓手之间也同时相互作用锁紧，从而形成一种牢固稳定的笼式车身总拼焊接工装，通过更换抓手适应不同车型的生产需求，实现柔性化。该技术发明使样车CMM 三坐标合格率从78%提升至92%以上，提升样车制造质量。该技术开发应用见图2。
案例三：创新开发一种样车改制的多功
能柔性平台技术。首创开发高精度大尺寸柔性平台底板用于样车改制，底板的尺寸为2800mmX5800mm，平面度为0.02mm，在底板上交叉均布有定位孔（∮10）和螺纹孔（M8），它们的间距为100mm，位置精度高达±0.01mm，利用这些定位孔和螺纹孔在平台底板上需要的位置安装6套可滑移的工作滑台组件，6套工作滑台组件通过导轨滑移使其上面的焊接夹具实现在X （长度）、Y （宽度）、Z（高度）三个方向的位置移动，滑台组件的移动定位精度达到±0.2mm，从而解决传统样车改制因不同白车身和零件改制方
案而无法通过拼装夹具精确定位问题，极大的节约以往不同平台车型改制的设计及制造的成本和效率，实现样车改制精确化、平台化，实现全整车系全尺寸、全方位的样车改制。该技术开发应用见图
3。
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3 样车改制多功能柔性平台
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4 自动化蓝光测量装备图3 样车制造测量技术装备开发与应用
创新开发样车车身及零部件的高精度高柔性测量装备技术，自主研发一批高精度的自动化测量装备和高柔性定位工装，使样车白车身及零部件的测量工作实现自动化、高精化、标准化、简单化、高效化，总结了一套样车试制的测量方法和标准，构建一套新的样车试制测量体系。创新使用PLC 电控程序模块控制，将机器人控制系统、蓝光检测设备控制系统与工装柔性定位控制系统三者串联集成，形成有机结合和控制，解决了测量装备的自动化和柔性化问题。 基于高柔性高精度测量装备的开发与应用，创新构建了
一套样车试制的测量方法和标准，使样车试制测量体系达到CNAS 试验体系和质量体系的要求。
案例一：创新研发自动化蓝光扫描测量装备技术，突破国外对自动化蓝光扫描测量装备的技术封锁。蓝光扫描测量系统采用非接触光学测量原理，通过光栅投影的方式实现点云获取，真实还原物体的丰富表面细节[5]
[6]
。目前国内自动化蓝光扫描测量装备基本上
都是进口国外成套测量设备，投入成本较高，自动化蓝光扫描测量装备控制程序的核心技术仍然掌握在
国外制造商手中。本技术开发是将原有手动蓝光扫描测量装备升级为自动化蓝光扫描测量装备，通过加入机器人、柔性定位工装，通过PLC 电控模块编程控制，使机器人控制系统、蓝光检测设备控制系统与工装定位控制系统三者形成有机协作及控制，实现了蓝光扫描测量装备的自动化，提
升蓝光扫描测量装备的测量精度和测量效率，扩大测量能力，满足更多样车、样件的测量需要，缩短样车试制的开发周期，节约资金200万元，创建了样车试制的测量方法和标准16份，测量操作流程5份，构建一套样车试制测量工作体系。该技术开发应用见图
4。
图
5 一种三坐标测量柔性定位夹具
图
6 前轮罩板测量定位夹具
案例二：创新开发一种三坐标测量柔性定位夹具，解决目前国内大部份三坐标测量定位夹具属于专用定位夹具而无法柔性化，造成专用测量定位夹具数量和品种过多的问题，使新产品样车研发成本居高。本发明一
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种三坐标测量柔性定位夹具技术，设计开发了一套车身和零部件三坐标测高精度基准水平底板，4套高柔性测量定位单元，底板和定位单元都设计有标准的销孔和螺纹孔，便于拆装灵活组合，类似积木的结构方式，在XYZ 三个方向均有较大的可调性，实现高度柔性，增大测量空间，增大定位系统对车型的兼容性，满足不同车型、不同零件快速安装、定位和三坐标测量的需求，提高样车试制三坐标测量效率，缩短样车试制的开发周期。该技术开发应用见图5。
4 样车制造柔性工装夹具开发与应用
创新设计开发高智能高柔性的样车试制工装装备技术，通过这些高智能高柔性的制造装备，解决样车试制工装夹具的快速就位、快速安装和快速切换，实现定位机构和夹紧机构的高柔性、通用性、互换性，从而满足不同车型、不同零件的试制策略和改制方案，提高样车试制的制造效率。
案例一：研发一种前轮罩板测量定位夹具装备技术，实现夹具与量具的有机结合，该技术发明为国内首创。传统常规夹具基本只有夹持功能没有测量功能，而量具只有测量功能又没有夹持功能。该技术发明
是利用同轴的原理，制造两套可以用于定位夹紧前悬安装板的定位夹紧组件，其中一套定位夹紧组件固定夹紧在原车前轮罩前悬安装板上作基准，在其固定基准板的中心轴向安装导轨立柱，导轨立柱中间轴与前悬总成的中心轴一致，导轨立柱一面中间槽设计安装主刻度尺，其每格为1mm，另一套定位夹紧组件在套入导轨立柱定位夹紧另一前悬安装板后，可沿轴向移动，在该套定位夹紧组件的基准板上设计安装一块副刻度尺，其每格为0.98mm，与导轨立柱主刻度尺配合使用，组成一把千分尺，测量精度达到0.02mm，通用配合可直接读取移动数据，当该定位夹紧组件与前悬安装板达到目标值时进行锁紧固定，即可进行改制焊合。本技术装备使样车前轮罩板改制效率提高了15倍，缩短样车试 制的研发周期。该技术开发应用见图6。
案例二：研发一种柔性旋转定位夹具。本技术发明是在原有定位夹具单元基础上优化改进，在原有定位夹具单元底部设计增加一个旋转机构，使定位夹具可180度旋转使用，
实现工装夹具不同角度的定位夹紧。同时支基改进设计为可变距支基，实现定位夹具高度方向可调，提升定位夹具的柔性能力。解决传统普通的定位夹具不能旋转，无法适应不同角度的定位夹紧，高度方向固定无法调节，柔性能力差的问题。该技术开发应用见图
7。
图
7 柔性旋转定位夹具
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8 样车车身柔性定位装置
案例三：研发一种样车车身补焊柔性定位装置技术，创新将输送小车与定位工装合二为一，实现定位工装和输送装备的功能兼容及柔性，解决下车体总成和白车身总成在补焊工位焊接时没有定位销定位基准问题。本技术发明通过在传统的运输小车上增加定位工装，同时设计该定位工装可进行X 向（长度方向）和Z 向（高度方向）调节，这样该装备可同时满足运输和工装定位的需求。相对于原有装备技术，输送小车和定位工装只是两套独立装备，不具有关联性，只能单独使用，此技术发明冲破传统观念的束缚，创新将输送小车与定位工装进行有机结合，提升样车试制装备的柔性能力。该技术开发应用见图8。
5 样车制造柔性吊运装备开发与应用
研发适用多车型的柔性吊具装备技术，实现吊具柔性化，解决不同车型下车体总成、侧围总成的吊运问题。传统吊具只能吊运某种车型的总成，吊具专用，无法兼容性无法柔性。
案例：开发一种多功能侧围总成吊具，
设计原理主要是将吊装钩和抓取装置设计为
作者简介
张惠立： （1972—），男，广西阳朔人，本科，
高级工程师。研究方向：汽车制造及焊接技术。
可在X 向（长度方向）和Y 向（宽度方向）可移动调节，吊具悬挂点可根据重心点调节，满足不同车型需求，实现吊具柔性功能。另外侧围吊具还设计有气动翻转功能，同时满足了侧围上下料和吊运需求。
6 结束语
上述案例中的样车试制柔性制造技术装备已在某汽车公司新产品研发项目的样车样件试制过程中得到充分的验证和应用，为其新产品研发的顺利完成起到很大促进作用，增收节支，助力公司的生产销售经营，使其
继续保持行业领先地位。由于时间仓促以及收集的局限性，本文只对部份样车试制的自动化柔性制造技术装备、柔性测量技术装备、柔性工装夹具、柔性吊运装备进行了分析和
总结，对于样车试制柔性制造技术装备还有许多其它的技术装备，如样件柔性模具制造技术装备、物料存放柔性技术装备等。后续研究者可以进行更深入的研究和完善，共同促进中国汽车行业新产品样车试制柔性制造技术装备的开发，有力地推动中国汽车工业新产品样车试制柔性制造技术装备的科学技术进步。
参考文献：
[1]张坤.中国汽车进入4.0时代[J]. 中国汽车市场，2018（23）：8-10.
[2]程瑾. 售后工程与产品开发的一体化研究[D]. 上海：上海交通大学，2010.
[3]张雷，方海峰，姚占辉. 我国汽车行业样车试制能力分析[J]. 汽车与配件，2012（1）：14-17.
[4]张晓龙，窦志远，等.车身焊装生产线自动传输技术浅析[J].汽车工艺与材料，2021（11）：67-72.
[5]柴震，王荣辉，苏长生. Atos 蓝光扫描技术在轻量化车身覆盖件模具设计中的应用[J]. 时代汽车，2022（3）：121-122.[6]尹荣亮. 蓝光测量技术在汽车检测中的应用[J]. 汽车工艺师，2019（11）：38-41.
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