譚增欣1

摘要：鑒于新能源汽車在我國的高速發(fā)展，針對新能源汽車一種鋼制電池盒托盤自動化點焊生產(chǎn)線的布局和優(yōu)化，以達到節(jié)省投資、減少占地、節(jié)約人工的目的。

關(guān)鍵詞：鋼制電池盒托盤，自動化點焊生產(chǎn)線，方案規(guī)劃和工藝優(yōu)化

Research on proposal planning and process optimization of steel battery box tray automatic production line

Tan Zengxin1

Abstract:? As the rapid development of new energy vehicles in China, the proposal planning and process optimization of a steel battery box tray automatic spot welding production line for new energy vehicles, in order to achieve the purpose of saving investment, reducing occupation, saving labor.

Key Words:? ??Steel battery box tray, automatic spot welding production line, proposal planning and process optimization

一，引言

隨著國家節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟戰(zhàn)略實施，新能源汽車整體趨勢有了進一步發(fā)展，自2016年起，我國連續(xù)5年成為新能源汽車產(chǎn)銷量最大的國家。新能源汽車的電池技術(shù)也經(jīng)歷了一系列重大技術(shù)突破，由一開始的鉛酸電池到磷酸鐵鋰電池再到三元鋰電池。電動車安全問題始終是大家關(guān)注的焦點，而作為新能源電池的承載和安全控制部分，電池盒托盤的安全可靠性就顯得尤為重要。

目前市面上主要為兩種電池盒托盤，一種為鋼制，一種為鋁制，相對于鋁制電池盒托盤，鋼制托盤重量較大，但生產(chǎn)工藝比較簡單，生產(chǎn)成本較低。本文以某公司鋼制電池盒托盤為例，初步討論鋼制電池盒托盤生產(chǎn)線前期方案規(guī)劃和后期工藝優(yōu)化。

二，前期方案說明

??在汽車自動化領(lǐng)域，得益于可編程、擬人化、通用性和智能性四大特點，工業(yè)機器人成為汽車自動化生產(chǎn)的核心。在具體的生產(chǎn)制造中，大部分方案規(guī)劃都圍繞工業(yè)機器人和周邊配套設(shè)備來設(shè)計。一般地，汽車焊接自動化生產(chǎn)規(guī)劃包含如下設(shè)備：1.工業(yè)機器人 2.機器人管線包 3.機器人底座 4.點焊槍 5.點焊控制器 6.點焊修模器 7.弧焊槍 8.弧焊設(shè)備（包含弧焊控制器，送絲器，送絲桶） 9.弧焊清槍器 10.抓手 11.滑臺/轉(zhuǎn)臺 12.焊接夾具 13.PLC系統(tǒng) 14.焊接電源柜 15.光柵/區(qū)域掃描設(shè)備 16.圍欄/焊房設(shè)備 17.安全門及安全門鎖 18.各類支架 19.HMI操作屏 20.按鈕盒 21.HIP/RIP 22.周邊設(shè)備（吊具/助力臂，龍門架，料箱等）

前期方案規(guī)劃一般圍繞以下方面考慮：

1.節(jié)拍 ??2.產(chǎn)品特性 ??3.工藝（流程和循環(huán)） ??4.設(shè)備數(shù)量和品牌 ??5.占地 ??6.物流 ??7.電氣通信 ??8.安全防護 ??9.實施成本（包含整體硬件成本、人員成本、生產(chǎn)消耗成本以及階段性投資） ??10.支出（管理費用、財務(wù)費用、雜項和其他費用） ?11.運輸 ??12.利潤

綜合以上條件和客戶傾向，在甲乙雙方多次溝通交流后形成最終方案，定點項目。

三，項目階段工藝優(yōu)化的目的

在方案確定項目點后，由于項目執(zhí)行階段可能發(fā)生的產(chǎn)品設(shè)計變更、客戶需求更改、預(yù)算縮減、新技術(shù)應(yīng)用、項目設(shè)計或仿真過程中產(chǎn)生問題、工藝流程變更或優(yōu)化等情況，會導(dǎo)致原先方案在項目執(zhí)行階段需要進一步優(yōu)化。此時需要專門的工藝人員持續(xù)與客戶以及項目執(zhí)行人員交流，優(yōu)化工藝并推動項目進行，從而達到各方均滿意的狀態(tài)，確保項目順利穩(wěn)步地執(zhí)行。

四，項目優(yōu)化案例

圖1為鋼制電池盒托盤產(chǎn)品3D數(shù)模，由分析得此產(chǎn)品最短工藝需要三序點焊一序弧焊完成。產(chǎn)品共550多個焊點，節(jié)拍要求600s/件。由于焊點比較簡單，按照平均3.2s一個焊點計算得出需要3臺點焊機器人，一臺弧焊機器人。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

圖2為初步焊接工藝，考慮單機器人對兩幅夾具形式，為平衡節(jié)拍，點焊分為6序，弧焊1序。OP10為分總成點焊，OP20為總成點焊，OP30為總成補焊，OP40為總成總成點焊，OP50為總成點焊，OP60為總成點焊，OP70為總成弧焊。

圖3為初步布局圖。每個站由一臺機器人和兩個伺服滑臺組成，滑臺上夾具具有旋轉(zhuǎn)180度功能，當(dāng)左側(cè)夾具滑臺滑進焊接工位焊接時，右側(cè)夾具在上件位，操作工在右側(cè)夾具上下件；左側(cè)靠近機器人一端焊點焊完時夾具旋轉(zhuǎn)180度，機器人繼續(xù)焊接夾具另一側(cè)焊點；當(dāng)左側(cè)夾具焊接完成時，左側(cè)滑臺滑出，操作工在左側(cè)上下件，右側(cè)滑臺滑進焊接位，機器人開始焊接；如此循環(huán)。當(dāng)?shù)谌齻€點焊站OP60工位焊接完成后，操作工將工件放到OP70弧焊工位由機器人弧焊，弧焊完成后操作工將工件放入最右側(cè)檢具檢測。

主要設(shè)備如下：點焊機器人3臺，點焊設(shè)備3套，點焊夾具6套，伺服滑臺6套，弧焊機器人1臺，弧焊設(shè)備1套，單軸變位機1套，弧焊夾具1套，吊具4套，PLC共用1套，檢具1套。需要4個操作工，占地546m2。

通過進一步評估產(chǎn)品以及內(nèi)部討論確定此產(chǎn)品可以三序點焊完，并且夾具可以通過不同氣路控制分布壓緊得方式將點焊三序做成共用夾具，工藝優(yōu)化為下圖點焊四序弧焊一序。OP10為分總成點焊，OP20為總成點焊，OP30為總成點焊，OP40為總成補焊，OP50為總成弧焊。（圖4）

圖5為優(yōu)化后布局圖。P1和P3為上件位置，P2為焊接位置，P4為下件位置。將兩幅相同夾具放在一根長滑軌上，R1R2機器人為拿焊槍的焊接機器人，分別位于P2焊接位兩側(cè)，夾具可省去旋轉(zhuǎn)功能，R3為搬運機器人配固定焊槍，R4為弧焊機器人。當(dāng)左側(cè)夾具滑動到P2中間焊接位置時，右側(cè)夾具在P3位置上件；待左側(cè)夾具焊接完成后滑回P1位置上件，右側(cè)夾具滑動到P2位置焊接。如此循環(huán)上件/焊接三次后，R3機器人抓取P2焊接位置焊接完三序的工件進行補焊，補焊完成后將工件放入弧焊工位，R4機器人進行弧焊，待R4機器人弧焊完成后將工件由弧焊位置抓到下線滑臺上，下線滑臺滑倒P4位置后由操作工下線搬到檢具上。由于R3機器人使用單面抓手降低機器人負載，故需要在下線滑臺旁增加一處緩存架保證線體正常循環(huán)。

大滑臺上夾具簡易循環(huán)見圖6

主要設(shè)備如下：點焊機器人3臺，點焊設(shè)備3套，點焊夾具2套，單面抓手1套，伺服滑臺1套，氣動下件臺1套，緩存架1套，弧焊機器人1臺，弧焊設(shè)備1套，單軸變位機1套，弧焊夾具1套，吊具3套，PLC1套，檢具1套。需要3個操作工，占地220m2。

?

現(xiàn)場調(diào)試圖片見圖7：

后續(xù)由于產(chǎn)能翻倍，節(jié)拍減少為300s，并且為了節(jié)省投資，決定直接在線體上改造來適應(yīng)新產(chǎn)能。通過計算得知焊接功能的機器人需要增加3臺，弧焊機器人需要增加1臺。從減少廠房占地、共用現(xiàn)場已有設(shè)備、方便人工操作等方面出發(fā)，最終得到如下最終布局（圖8）。

滑臺上夾具上件循環(huán)和改造前一致，大滑臺改為5個位置，其中P1和P5為上件位，P3為焊接位，P2和P4為搬運位置，R1R2R5R6機器人在P3焊接完成后夾具滑動到P2/P4，由R3/R7機器人抓取到P6弧焊位置，弧焊完成后由R3/R7機器人抓取到P7下件滑臺處人工下件。

主要設(shè)備如下：點焊機器人6臺，點焊設(shè)備6套，點焊夾具2套，單面抓手2套，伺服滑臺1套，氣動下件臺2套，緩存架2套，弧焊機器人2臺，弧焊設(shè)備2套，單軸變位機2套，弧焊夾具2套，吊具2套，PLC1套，檢具1套。需要4個操作工，占地300m2。

最終現(xiàn)場生產(chǎn)見圖9。

如使用最初版單機站方案，遇到擴能后需要完全復(fù)制一條線體，最終設(shè)備如下：點焊機器人6臺，點焊設(shè)備6套，點焊夾具12套，伺服滑臺12套，弧焊機器人2臺，弧焊設(shè)備2套，單軸變位機2套，弧焊夾具2套，吊具8套，PLC2套，檢具1套。需要8個操作工，占地1092m2。

比較可得，改造成自動化線體后節(jié)省了夾具10套、伺服滑臺約10套、吊具6套、PLC1套，增加了抓手2套、氣動下件臺2套、緩存架2套，同時占地節(jié)省了4個操作工和廠房占地792m2。直接設(shè)備節(jié)省約200萬元，操作工和廠房節(jié)省約60萬每年。

五，結(jié)論

方案是整個項目的總體規(guī)劃，是項目中機械設(shè)計的指導(dǎo)，也是電氣邏輯循環(huán)的大綱，直接影響到后期項目是否能順利實施。一個優(yōu)秀的產(chǎn)品方案不僅僅要對產(chǎn)品的特征、節(jié)拍、工藝進行分析，還需要合理規(guī)劃設(shè)備以減少投資，并且需要考慮工廠周邊已有設(shè)備布局，也要合理考慮方案內(nèi)設(shè)備擺放、物流規(guī)劃等以減小設(shè)備占地，更需要為未來可能的產(chǎn)能提升做預(yù)留。

參考文獻

無

來源: 《汽車制造業(yè)》雜志 2022年第3期