0 前言

随着汽车行业竞争的白热化，车企不仅要不断推出款式新颖、质量可靠和性能卓越的车型，同时在整车制造的成本、改造周期、场地和生产速率方面都有了更高的要求。焊装车间作为新车型整车制造四大车间中投资比例最高的一项，其工装柔性化程度关系整车制造成本的控制，焊装车间工装具备高精度、高负载、高速传输等特点。当前，总拼 GATE 系统是目前各大主机厂总拼工位最主流的工艺设备之一，该系统可满足4/6 车型混线生产，其结构和特性决定了侧围与下车体合拼的关键尺寸精度，最终影响白车身的合格率和生产效率。

奇瑞公司焊装主线侧围总拼 GATE 系统主要通过龙门框架式定位机构来增强合拼后的强度及精度，这种方案的主要缺点是：BASE 采用临时加强，整体结构强度低（4903 N 最大受力偏差 1.3 mm），造成尺寸精度一致性差；抱死机构非常复杂，工位空间拥挤，机器人动作轨迹复杂，导致产线整体节拍效率低。因此必须寻找更加科学合理的侧围总拼柔性 GATE 精度提升方案，对GATE 系统进行最大限度的创新优化，解决焊装生产线目前存在的难点和痛点。

1 侧围总拼柔性 OPENGATE 系统精度提升方案

1.1 方案可行性分析

目前，奇瑞公司焊装车间侧围总拼 OPENGATE 系统 4903 N 负载验证最大偏差值为1.3 mm，不满足4903N 负载验证偏差值在 0.5 mm 范围内的要求。如图1所示，通过案例实际分析导致尺寸精度一致性差、受力偏差大最主要的原因是 BASE 自身刚性不足。综合考虑项目的人力、材料、物力及机械设备等各方面因素，我们判断采取有效措施，可以解决 BASE 自身刚性不足问题，从而使OPENGATE 负载验证偏差值降低到0.5 mm 以内。

图1 导致尺寸精度一致性差原因统计

1.2 定位机构优化

如图 2 所示，对 GATE 系统定位机构进行优化，细节优化多达 28 项，主要优化点如下：

图2 定位机构优化

（1）定位挡边由5mm改为13mm，增加受力强度。

（2）插销轴承安装座由内侧改到外侧，便于维修。

（3）增加花纹板，防止灰尘，便于维修。

（4）拖链由两条改为一条，走线更加美观。

（5）Y 向滑移1m 改为650mm，摆臂更改，节拍提升。

（6）增加风琴式随行防护罩，减少焊接飞溅对轴承的损伤。

（7）X 向切换单元由侧边牵引改到中间，受力居中均匀，切换时减少侧向受力。

（8）Z 向受力螺栓由 2 个改为 4 个，上下限位轮同步接触，限位块面与滚轮贴合。

1.3 BASE 框架优化

如图3所示，原 GATE 系统的 BASE 板采用临时加强，是局部贴板结构，整体结构强度偏低。新方案将BASE板局部挖空，优化为一整块完整的BASE板，从而提升整体结构强度，并且在BASE 框架背面增加加强支撑，提升BASE结构Y向刚度。

图 3 BASE 框架优化

1.4 BASE 结构优化

BASE结构优化如图4所示，原 GATE 系统通过龙门框架定位机构来增强侧围合拼后的强度及精度，新方案采用左右BASE对抱机构，在提升BASE框架刚性基础上取消龙门定位机构。左右 BASE对抱机构的优点是可进一步加强左右侧围的Y 向尺寸控制，并且龙门定位机构取消后，新的 OPENGATE 系统占地面积更小，提升工位空间、机器人站位空间以及 SPR 铆接枪的操作空间。

图4 BASE 结构优化

1.5 刚性验证

1.5.1 侧围总拼 BASE 刚性 CAE 分析

利用 ANASYS有限元分析软件对主拼刚性进行CAE分析，夹紧单元负载所产生的作用力，通过施加载荷的方法进行简化处理。如图5所示，施加5000 N作用力情况下，新方案实施前的侧围最大变形量为0.165 mm，新方案实施后的侧围最大变形量为0.097mm。

图5 侧围总拼 BASE 刚性 CAE 分析

1.5.2 刚性验证结果

如图6所示，对侧围内、外主拼左右两边1001工位和1002工位各取6个位置点进行刚性验证。对验证结果进行统计分析，各位置点最大受力偏差值如图 7 所示，右侧内主拼1001工位受力偏差为0.551mm, 可近似为0.5mm，其余验证点受力偏差值均小于0.5 mm，因此刚性验证结果表明新方案能够达成施加4903N受力偏差均在0.5mm 范围内（图 7）。

图 6 刚性验证取点

图 7 各位置点最大受力偏差值统计

2 方案实施情况

2.1 焊装车间方案实际实施情况

如图8所示，侧围总拼柔性 OPENGATE 系统精度提升方案实施后，取消龙门框架式定位机构，采用左右BASE 板对抱机构，整体结构强度提升，确保定位精度。龙门框架取消后，使得工位空间开阔，机器人动作轨迹简单，可根据节拍要求增加机器人数量，单位时间内机器人焊点增多，整体提升节拍效率。

图 8 现场实施情况

2.2 车间现场验证情况

在产业园二期EH3侧围内板合拼工位，工作人员使用撑杆对左右两侧A柱、B柱和C柱施加 4903 N，通过FRAO 关节臂和压力测量仪对左右两边 A 柱、B柱和 C 柱受力偏差进行测量，对受力偏差测量结果进行统计，见表1。对现场实际验证偏差值统计结果进行分析，如图9所示，可以看出，受力偏差均在 0.5 mm范围内，满足公司生产的精度要求。

图9 现场实际验证偏差值统计

2.3 方案效果确认

方案实施后，对E03和E0Y两个项目的实施情况进行统计和效果确认。如表2所示，经过2个不同项目针对已评审的夹具BASE负载报告进行统计，结果显示最小变形量为0.243 mm，最大变形量为0.453 mm，说明措施有效。进一步对2023年OPENGATE负载验证偏差值进行效果确认，对E03 和E0Y两个项目分别选取3个测量点进行测量，并对OPEN-GATE 负载验证偏差值进行统计，图10显示出了E03项目最大偏差值是 0.452 mm，E0Y 项目最大偏差值是0.243 mm，这说明侧围总拼柔性 OPENGATE系统精度提升方案在实际生产中有效，满足生产要求。

图10 现场实施效果确认统计

3 成果效益及推广价值

3.1 方案主要创新点

（1）取消龙门框架式定位机构：原总拼柔性 GATE系统，侧围总拼夹具抱死依靠龙门框架式定位，占地面积大，且限制机器人站位空间和进枪空间。

（2）采用侧围总拼夹具 BASE 对抱形式：占地空间小，制作成本相对较低，整体结构强度足够高，满足定位精度要求。

（3）提升机器人占位和进枪空间：工位可增加机器人数量，满足增加单位时间内机器人焊点数量，简化了机器人关节臂动作，提升夹具动作节拍。

3.2 经济效益

（1）公司每年平均做10个OPENGATE 项目，未改善前BASE采用临时加强，抱死机构非常复杂，改善后巩固期内单个OPENGATE 项目可节约成本70586元，每年在该项目上可节约70万元。

（2）侧围总拼柔性OPENGATE 系统最宽工位的线体宽度可减少2m，可减小焊装车间面积约 600m2 ，减少固定投资约150万元，奇瑞产业园一期和二期项目总计节约固定投资约300万元。

3.3 推广价值

侧围总拼柔性 OPENGATE 系统侧拼 4903N 受力偏差1.3mm 降为0.5 mm ，提升设备重复定位精度达62%。总拼 GATE 系统动作时间由原来的 29s缩短至19s，整体节拍提升35%，达到行业先进水平。取消龙门框架机构后，机器人工位增加，单位时间内机器人焊点增多 , 每台机器人焊点增加2个。总拼GATE系统通过结构的优化，合拼到位后，抱死机构取消，降低了制造成本，增加了机器人焊接空间，提升了企业核心竞争力，在行业内具有非常好的推广应用价值。

4 结论

通过对汽车焊装车间侧围总拼GATE系统进行创新优化，提升了侧围合拼后的尺寸精度。新方案实施后，尺寸达标率已经达成96%，硬点尺寸达标率100%，满足车间生产需求，同时提高了白车身的合格率和生产效率，后续整车装配的稳定性也得到提升，全面提升了产品质量，确保可以将更好的产品交付客户。

参考文献

[1] 叶浩,黄水儿,郑春晖，等.整车厂焊装车间生产效能提升策略[J]. 机电技术,2023,(03):117-120.DOI:10.19508/j.cnki.1672-4801.2023.03.031.

[2]高勇.汽车焊装生产线改造的探索与应用[J].汽车实用技术,2023,48(10):181-186.DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.037.

本文为“AI汽车制造业”首发，未经授权不得转载。版权所有，转载请联系小编授权（VOGEL100）。本文作者：郑学忠，郭峰，任立芳，许立国 ，单位：奇瑞汽车股份有限公司。责任编辑龚淑娟，责任较对何发。本文转载请注明来源：AI汽车制造业