本项目实施地点位于江苏省，总体规划年产30万辆新能源汽车。一期投资15亿元，占地约23万m2，改造总装车间、涂装车间和车身车间，双班年产5万辆，主要生产轻量化新能源汽车。车身车间建筑面积1.6万m2，目前建设的轻量化产品车身生产线占地约5 000 m2，其余面积为后续开发车型预留。

生产线改造的必要性
此项目产品为正向开发的全新平台A000级电动汽车，车身采用了轻量化铝型材、铝合金冲压件和铝合金铸件为材料，并采取了铝合金弧焊（MIG焊）、SPR自冲铆接、自冲型压铆螺柱和压铆紧固件等连接工艺，是自主汽车品牌中首个以全铝合金材料制作的车身。
原来车身车间主要以传统钢制轻型载货汽车车身人工点焊、弧焊等制造工艺为主，采用的设备都不能用于铝合金车身焊接、铆接等，同时，厂房的年久失修也不具备铝合金焊接的条件。
铝合金焊接时易发生氧化、气孔、热裂纹、烧穿、塌陷和薄壁件咬边等缺陷，手工焊接时，很容易由于工人的长时间操作等因素发生以上缺陷，焊缝差别大。为了控制铝合金车身焊接质量，生产线采用了10套KUKA机器人、10套SAF自动焊设备和10套宾采尔推拉丝焊枪等设备进行车身关键位置的焊接。
为了提高设备利用率，降低用工成本，生产线采用了标准化的机器人弧焊工作站，可实现工装的快速切换，达到多品种柔性化生产。
SPR铆接设备中的铆枪，质量达200～300 kg，一般即使使用平衡器，人工操作也很困难，铆枪头也很容易在操作时发生损坏。因此，针对SPR自冲铆接这种在合资高端车应用的工艺，本生产线也是采用了英国进口亨罗布（Henrob）的设备，单套设备都在百万元，配合着KUKA机器人，不仅提升了产品质量，更降低了工人的劳动强度。
针对涂胶，人工打胶时很难保证均匀性，为了控制关键质量，生产线关键工位采取了机器人抓件自动打胶。
为了降低因生产线故障带来的停线损失，快速排除生产线故障，生产线全线工位配备了安顿管理系统，并通过网络与MES系统连接，对生产做到了可视化管理。
关于物流输送，目前生产线工位间采用了气动葫芦、PICK UP自行吊具系统，有效降低了工人的劳动强度。此外，在整体规划时，为二期工程还规划了AGV、WBS空中储运系统。

生产线改造的主要内容
1.车间生产纲领
双班2万辆/年；生产节拍：5 JPH；工作制度: 250个工作日/年；双班16 h（2×8 h）/工作日；设备开动率大于等于85%；设备使用寿命大于10年。
2.生产布置
如图1所示，本项目车身生产线主要分为3个弧焊工作站、前后围铆接区、机舱、后端、驾驶舱总成弧焊区、驾驶舱铆接区、车身总成弧焊区及车身调整线。二期计划投入WBS线及工位AGV小车。

3.生产线改造方案
（1）弧焊工作站区
弧焊工作站（图2）共3个，每个工作站负责4套夹具，共计12套夹具。采用批量切换的生产模式，按双班产量80台/天，采用叉车进行夹具切换和定时送料，夹具切换的时间控制在30 min/次。每个工作站采用双弧焊机器人+三轴变位机（转台水平旋转），人工上下件，对于超出人机工程标准质量的工件，采用简易吊具，通过气动葫芦进行上下件，需要切换的夹具存放在弧焊房旁的夹具存放架上。

（2）前后围铆接总成区
前后围铆接总成区（图3）主要由1台铆接机器人匹配1套SPR系统、2把SPR铆枪（共可铆接三种板材组合）和2套定位夹具等组成。先由人工通过气动葫芦将零件吊至涂胶台上进行打胶，再将零件吊至前围铆接总成、后围铆接总成夹具上进行定位后,机器人抓取铆枪进行铆接。在板材发生变化时，机器人通过快换装置进行铆枪的切换。

（3）机舱、驾驶舱和后端框架总成焊接区
如图4所示，本工位是由2台弧焊机器人（含外部7轴滑台）、完成机舱、驾驶舱和后端框架总成的弧焊组成。

1）机舱  人工上件至一字滑台的一侧，滑移至焊接位置，由两台机器人共同完成定位焊后滑出至原上件位；人工通过吊具卸件至变位机工位，弧焊机器人从一字滑台侧移动至该工位，进行焊接，焊接完成以后，人工卸件至人工补焊区域进行补焊，最终下线。
2）驾驶舱  人工上件至一字滑台的一侧，滑移至焊接位置，由两台机器人共同完成定位焊后滑出至原上件位；人工卸件至手动补焊工位进行补焊，最终下线。
3）后端框架总成  人工上件变位机工位，弧焊机器人从一字滑台侧移动至该工位，进行焊接，焊接完成后，人工卸件至人工补焊区域进行补焊，最终下线。
（4）车身总成区
车身总成区包含车身总成上件位、机器人定位焊、机器人补焊、顶盖安装和焊接、后围板上板安装及焊接工位。
1）车身总成上件位  人工通过气动葫芦上驾驶舱总成、助力臂上机舱总成及车身后端框架总成至夹具，滑动至机器人定位焊工位。
2）机器人定位焊  2台弧焊机器人分别立于车身两侧，进行定位焊接，焊接完成后，通过空中PICK UP吊具自动输送至下一工位，夹具返回上件位。
3）机器人补焊  2台弧焊机器人通过7轴滑台滑移至该工位，配合变位机对车身进行补焊；补焊完成后，机器人返回定位焊工位，工件通过空中PICK UP吊具自动输送至下一工位。
4）顶盖安装及焊接  先人工在车身上涂胶（与顶盖纵梁的连接处），通过辅助装具上顶盖纵梁至夹具上，进行手动弧焊，然后安装顶盖横梁，通过手动吊具卸至下一个工位。
5）后围板上板安装及焊接  先人工在车身上涂胶（与后围板上板的连接处），通过辅助装具上后围上板至夹具上，进行手动弧焊，通过手动吊具卸至下一个工位。
（5）板式链输送区
板式链输送区包含人工补焊工位、安装工位、检查和打磨工位（2个位置）、预留工位和下线工位。
1）人工补焊工位  对车身上剩余的焊缝进行补焊。
2）安装工位  手动安装如下零件：仪表台横梁左安装支架组件、仪表台横梁右安装支架组件、左A柱下饰板安装支架、右A柱下饰板安装支架、左门槛饰板安装支架和右门槛饰板安装支架。
3）检查及打磨工位  在打磨房内，人工对车身关键位置进行打磨处理。
4）下线工位  使用气动吊具卸件至牵引小车上，转运至总装。二期规划WBS空中输送线。
（6）物料存储区
缓存弧焊房工作区的分总成件、前后围铆接总成件、机舱总成、驾驶舱总成和车身后端框架总成，按照80套的缓存量进行存储。
（7）检具区
存放机舱总成检具、驾驶舱总成检具和后端框架总成检具，检测方式为手动插销式检测，检具带脚轮，摆放至对应线体总成旁。
4.主要购置自动化设备情况
10台KUKA第四代弧焊机器人；3台KUKA第四代铆接机器人；3套史陶比尔机器人快换系统；10套沙福自动弧焊系统；10套宾采尔推拉丝焊枪、清枪系统；11套沙福手工焊机；3套亨罗布SPR自冲铆接系统；5套西门子S7-1513F系列PLC系统，2套西门子S7-1515F系列PLC系统；上层以太网采用7台西门子XB200光纤/以太网交换机；下层执行以太网采用7台西门子X200以太网交换机；3套SEW伺服转台系统；7套SEW伺服变位机系统；1套PICK UP输送系统；2套伺服滑台；1套板式链输送系统；34套定位夹具等。
智能化设备先进性
1.STA010～STA030弧焊工作站
（1）可切换夹具
3个弧焊工作站采用可切换式夹具（图5），在保证制造节拍的前提下节省一半弧焊工作站投资。每座弧焊工作站分1号、2号两组夹具，每组夹具分A、B两套，共四套夹具，每组夹具焊接一定量的工件作为缓存放置于缓存区，再切换另一组夹具进行焊接。为了保证夹具切换的效率，夹具上所有线路采用哈丁快插接头，直接热插拔，可达1万次插拔不损坏。

（2）KUKA弧焊机器人（6轴）
每个弧焊工作站采用2台KUKA第四代机器人（图6），配合2台萨福自动弧焊系统。2台弧焊机器人焊接效率约为人工的10倍，且焊接质量、可靠性均远超于人工焊接。传统人工弧焊每片弧焊区域需要10～15人，8套弧焊机，采用弧焊机器人后只需要1名工人和2台焊机，节约大量人工成本及焊机投入。

（3）SEW伺服转台及变位机系统
每个弧焊工作站采用1台SEW伺服转台和2台SEW伺服变位机。伺服转台实现了人工上件和机器人焊接同时进行，大大提高了上件及焊接的效率。伺服变位机可配合机器人焊接，实现工件的360°旋转无死角焊接，提高了机器人的焊接
效率。
（4）电控系统
采用西门子S7-1513F系列PLC（图7），为西门子最新一代产品。急停、光栅、扫描仪和安全门锁等安全设备全部接入PLC安全模块。相比很多工厂采用普通模块代替安全模块的做法，安全模块响应速度快，通信级别高，可以有效保证工人安全且符合国际标准。所有机器人、焊机、PLC和伺服系统均采用PROFINET通信总线，使设备通信协议统一。PROFINET总线稳定、可靠，拓展性大大优于传统的PROFIBUS等工业总线，便于未来车间设备升级改造的实施。

2.STA070、UB030～UB060铆接工作站
（1）KUKA铆接机器人
KUKA铆接机器人（图8）配备换枪盘，实现了一台机器人多种用途的目的。每个工位的自动涂胶及铆接工作均由一台机器人完成。在保证生产节拍的前提下，节省了一半的机器人投资。

（2）亨罗布SPR铆接系统
本项目白车身采用与捷豹、路虎纯铝车身同样的铆接设备，实现了铝合金薄板的连接，其连接强度及可靠性均强于传统焊接技术。

成效对比
现代汽车制造发展要求设备的自动化、产品的批量化、人机结合的合理化、生产效率的最大化以及劳动强度的消减化。本项目车身车间焊接机器人的应用及推广，特别是6轴工业机器人在车身焊接、铆接、板件搬运和板件涂胶等方面的应用，有效提升了车身工艺水平和焊接质量，同时在生产节拍的提升上起到了显著的作用。
本项目使用的焊接机器人，重复定位精度±0.5 mm，能够有效保证焊缝、铆点的精确性。同时，焊接机器人精确的运动轨迹和焊接位置的可达性，允许焊接夹具的设计更紧凑，集成度更高，提高了夹具的定位性能。此外，焊接机器人具有可编程性，故可适用于多车型混合生产线。机器人根据工位内车型检测的结果，判断焊接车型后，调用此车型焊接程序并切换所需要的焊接工具。在高生产节拍的多车型混线生产的焊接车间，焊接机器人的优势显露无遗。焊接机器人的应用也激发了车身制造的柔性自动化生产和发展。车身车间一期改造共计投放13台机器人，用于机器人自动弧焊和铆接，将生产线自动化率提升至80%，节省人工20余人，也为后续提升产能节拍提供了技术保障。

结语
车身车间全铝车身工艺项目属于焊装工艺的前沿性技术，目前在国内，仅奇瑞捷豹路虎及上海通用凯迪拉克等成熟工厂在研发使用。在本项目车型开发及工艺设计的过程中，以本项目新车型为研发平台，组织了常州孟腾、常州骠马、常州高科创志、常州安固、安川机器人、广州明珞、ABB自动化、库卡机器人、巨一机械和福臻等本地区及行业领先企业，针对本项目实施的工艺等方面进行了多方位研讨，推动了本地企业与国内国际同行业间的交流接触，促进了本地企业在行业中的深入发展。
在可预见的未来，铝合金将成为主流的车身材料，使焊接机器人的发展空间更为广阔，应用技术将会发展得更先进，逐渐使铆接及弧焊工艺发展以适应社会发展的需要。