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摘 要：在目前各大车企实际生产过程中，焊装车间多采用模块化生产，即采用多个车型混线生产。采用这种生产方式，难免会出现各车型零件或总成夹具、抓手互相发生碰撞，造成生产无法继续进行的情况。文章探究和详细论述解决该问题的思路和方法，该方法也在实际中多次被验证可行。同时，文章还会介绍在该方法中，现阶段可利用的辅助设备和技术，例如在线测量、三坐标测量、激光跟踪仪等。
关键词：焊装夹具 模块化 三坐标测量 在线测量
Research on Recovery Mode of Welding Fixture after Collision on Automobile Modular Production Platform
Jiang Wei Lu Yi Chen Jiaen Zhang Xiangyun Chen Gangqiang
Abstract：At present， in the actual production process of various automobile enterprises， the welding workshop mostly adopts modular production， that is， mixed-line production of multiple models. Using this production mode， it is inevitable that the parts or assembly clamps and grippers of various models will collide with each other， causing the production to be unable to continue. This paper explores and discusses in detail the ideas and methods to solve this problem， which has been proved to be feasible in practice for many times. At the same time， the article will also introduce the auxiliary equipment and technology available at the present stage in this method， such as online measurement， CMM， laser tracker， etc.
Key words：welding fixture， modularization， three-coordinates measuring， online measurement
1 引言
本文主要探究和讨论汽车模块化生产平台，焊装车间发生夹具、抓手、零件或总成之间相互碰撞，造成生產长时间停台，带来较大的经济损失，如何进行快速有效的生产恢复。该类问题在实际生产过程中时有发生，本文所提供的方法在实际中得到多次检验，具有一定的指导意义。在实际的探讨过程中，我们以大众的MQB生产平台为例，进行详细的问题识别、问题解决和验证探究。
2 模块化生产平台简介
2.1 大众MQB平台介绍
MQB平台为横置发动机模块化平台。平台下各车型发动机模块位置统一不变，其他如轴距、悬长、轮距、外部尺寸等可变;该平台可衍生A0级（Polo）—B级（迈腾）多达60款不同的新车，在大众、奥迪、斯柯达等品牌中得到极为广泛的应用。[1]
2.2 焊装车间生产情况介绍
在目前的大众MQB平台中，我们假设车型A和车型B在同一个焊装车间进行混线生产，具体到某一个生产工位，其大致的混线生产情况如图1所示。
也就是在一个具体的生产工位，车型A的零件会被首先放入到上件台A中，然后抓手A再将上件台A中的零件抓取，并放入到焊接台中。焊接台是将该工位放入的车型A的零件与上一个工位生产的车身总成进行焊接，使之成为一个新的总成。车型B的零件在该工位的生产过程与车型A相同，而不同车型在焊接台之间的切换，主要是通过焊接台的翻转来实现，即焊接台有两个工作面，且焊接台是可翻转的。当需要生产车型A时，将焊接台翻转到车型A的工作面，当需要生产车型B时，再将焊接台翻转到车型B的工作面。
3 夹具碰撞问题识别和恢复
3.1 问题识别
在焊装车间实际生产过程中，我们会遇到各种突发生产情况，其中较为常见的一种便是：如上图2所示的焊接台，由于机械故障或电气故障，在生产车型B时，未能将焊接台的工作面及时从A翻转到B。而焊接台车型A和车型B的工作面，包括抓手A和抓手B、零件A和零件B，在结构上往往差异较大，如果相互之间发生匹配错位，例如上述描述的焊接台的工作面未能及时发生翻转，已经造成抓手B的夹具发生变形，且焊接台车型A的工作面夹具也发生变形。我们以上述例子为案例，进行问题识别的讲解。
我们首先需要做的，是判断该工位还是否可以继续生产，如可继续生产，先生产1-3辆份零件，在最靠近该工位的总成下件口，将碰撞发生后生产的总成，在此下件口搬运出来。如不可继续生产，马上对夹具进行紧急恢复调整。一般是通过生产过程中检测开关有无报错，或生产过程中有无明显的碰撞、干涉来初步判断该工位是否可以继续生产。
3.2 问题解决和验证
我们以相对来说较为复杂的情况为例进行问题解决和验证讨论，即上述案例的碰撞发生后，抓手B以及焊接台车型A的工作面都发生了较为严重的变形，该工位已经无法继续生产。
3.2.1 问题初步解决和验证
首先，恢复抓手B变形严重的夹具，优化抓手B的夹具或轨迹，使抓手B往焊接台车型B的工作面上放件过程，无干涉发生。然后让抓手B抓取上件台B的零件，优化抓手B的轨迹或上件台B的夹具，使抓手B的抓件过程与上件台B的夹具、零件均无干涉。之所以要按照上述流程进行抓手B的恢复，主要是考虑以下几点： a）不变应万变。由于只是抓手B的夹具遭到破坏，而上件台B以及焊接台车型B的工作面均没有遭到破坏，所以应该用没有遭到破坏的夹具为基准，去恢复遭到破坏的夹具;
b）提高恢复效率。优先恢复抓手B到焊接台的放件过程，再去优化抓手B与放件台B的抓件过程。一方面焊接台是最重要的，只要满足焊接台无问题，整个车身的尺寸控制不会出问题;另一方面是减少可能的调整次数。先保证焊接台，再去调整上件台，最多只会调整一次，而先保证上件台，再去调整焊接台，可能需要经过多次的调整。所以，需要优先保证生产终点的夹具得到恢复。
然后，利用同样的思路，再去恢复焊接台车型A的工作面夹具。使焊接台工作面A的夹具与抓手A在生产过程中无干涉现象发生。在夹具的调试过程中，我们需要注意以下内容。首先，调试过程中要以夹具的定位销、定位面作为基准，夹具的基准不要轻易去调;其次，分析检测点的测量数据要结合关联点，不要只顾片面的局部点，这样往往会引发新的问题，得不偿失;最后，调整数据必须详细记录，以备后续查证和验证。[2]
将遭到破坏的夹具都恢复之后，试生产一个新的车型A，在该工位之后工位最近的下件口，下一个最新生产的总成，利用钢板尺或塞尺等测量工具与现场旧件进行对比测量，找到变化较大的位置，在焊接台车型A的工作面进行针对性夹具调整。注意，车型B则不需要进行如上述步骤的试生产和夹具调试，因为车身B的焊接台工作面夾具没有问题，在该工位，只要保证焊接台工作面夹具无问题，则该工位以及后续工位的生产都不会有问题。而我们已在之前的调试中，消除了抓手B的夹具遭到破坏产生的该工位生产不流畅问题，已经完全消除该工位车型B的生产问题。
3.2.2 问题最终解决和验证
经过问题初步解决和验证，基本上可以实现该工位以及后续工位的顺畅生产，但是，该次抓手B与焊接台工作面A的碰撞事故，并没有完全消除。由于大众集团对于焊装白车身车身尺寸的要求非常高，局部或整体的尺寸超过一定范围，就有可能在后续工位发生零件装配困难或外观尺寸匹配抱怨。在某些极重要的区域，甚至要求白车身的尺寸波动不能超过±0.3mm。
基于此，我们还需要额外借助其它设备和技术来进行问题精确解决和验证。在当下的实际生产中，在线测量技术被广泛运用。
现有的白车身在线测量系统，多采用机器人式系统，该系统将传感器固定在机器人末端，构成一个可运动的检测子系统，再由2～4个子系统构成在线测量系统，如下图2所示。
机器人式系统柔性高、传感器数量少。[3]一般是在焊装车间每条大的生产线最后，会有一个单独的在线测量工位，用于整条大的生产线所生产的车身总成的在线测量尺寸监控，生产的每台车都会进行测量，考虑到生产节拍，主要是监控重要的尺寸。在目前已恢复正常生产的情况下，我们一般会先试生产3-5台车，并运用在线测量工位，对进行过夹具调整的对应车身区域进行尺寸监控，如发现较明显的尺寸突变，我们就会针对尺寸突变的区域，在发生碰撞的工位，进行进一步的夹具调整和优化，直到在线测量系统无尺寸变异。
截至目前，该次抓手B与焊接台工作面A的碰撞事故，依然没有完全消除。因为在线测量虽然较为便捷，可以在事故发生后马上进行测量和验证，但是在线测量本身的测量精度还不能达到要求，这个时候需要采用精度更高的离线三坐标测量系统，进行本次碰撞事故尺寸恢复效果的最终验证。通常来说，三坐标的测量精度能够实现20-150微米。如果使用超高精度的三坐标测量值，它的精度甚至低于一微米以下。[4]
在进行完在线测量验证和调试后，将最新合成的总成送离线三坐标测量，进行最终验证，根据三坐标测量结果，再看是否需要进一步尺寸优化、夹具调整。同时，在整个问题识别、问题解决和验证过程中，如遇到重大的夹具碰撞事故，且碰撞面积较大，一般会使用激光跟踪仪，对恢复前后的该碰撞夹具进行测量，以指导如何进行夹具恢复，和确认恢复完成的夹具状态。
4 结束语
本文详细描述了汽车模块化生产平台中，焊装夹具发生相互碰撞，主要是抓手机器人与焊接台夹具发生相互碰撞时，如何进行问题识别、问题解决和验证。较为系统地阐释整个工作流程和思路，采用该工作流程和思路，能够快速有效地解决问题，大大降低生产成本和返修成本。
参考文献：
[1]赵康波，姜永胜，张士金. 大众MQB平台底盘演变解析[J]. 汽车应用技术， 2020， 24： 240.
[2]年雪山，李占营. 浅谈车身焊装夹具调试[J]. 汽车工艺与材料， 2010， 3： 12.
[3]秦成辉. 基于激光在线测量的白车身尺寸控制应用[J]. 时代汽车， 2020， 12： 134-135.
[4]林梅，蔡林志. 三坐标测量技术在汽车行业的应用讨论[J]. 时代汽车， 2020， 12： 27.
关键词：焊装夹具 模块化 三坐标测量 在线测量
Research on Recovery Mode of Welding Fixture after Collision on Automobile Modular Production Platform
Jiang Wei Lu Yi Chen Jiaen Zhang Xiangyun Chen Gangqiang
Abstract：At present， in the actual production process of various automobile enterprises， the welding workshop mostly adopts modular production， that is， mixed-line production of multiple models. Using this production mode， it is inevitable that the parts or assembly clamps and grippers of various models will collide with each other， causing the production to be unable to continue. This paper explores and discusses in detail the ideas and methods to solve this problem， which has been proved to be feasible in practice for many times. At the same time， the article will also introduce the auxiliary equipment and technology available at the present stage in this method， such as online measurement， CMM， laser tracker， etc.
Key words：welding fixture， modularization， three-coordinates measuring， online measurement
1 引言
本文主要探究和讨论汽车模块化生产平台，焊装车间发生夹具、抓手、零件或总成之间相互碰撞，造成生產长时间停台，带来较大的经济损失，如何进行快速有效的生产恢复。该类问题在实际生产过程中时有发生，本文所提供的方法在实际中得到多次检验，具有一定的指导意义。在实际的探讨过程中，我们以大众的MQB生产平台为例，进行详细的问题识别、问题解决和验证探究。
2 模块化生产平台简介
2.1 大众MQB平台介绍
MQB平台为横置发动机模块化平台。平台下各车型发动机模块位置统一不变，其他如轴距、悬长、轮距、外部尺寸等可变;该平台可衍生A0级（Polo）—B级（迈腾）多达60款不同的新车，在大众、奥迪、斯柯达等品牌中得到极为广泛的应用。[1]
2.2 焊装车间生产情况介绍
在目前的大众MQB平台中，我们假设车型A和车型B在同一个焊装车间进行混线生产，具体到某一个生产工位，其大致的混线生产情况如图1所示。
也就是在一个具体的生产工位，车型A的零件会被首先放入到上件台A中，然后抓手A再将上件台A中的零件抓取，并放入到焊接台中。焊接台是将该工位放入的车型A的零件与上一个工位生产的车身总成进行焊接，使之成为一个新的总成。车型B的零件在该工位的生产过程与车型A相同，而不同车型在焊接台之间的切换，主要是通过焊接台的翻转来实现，即焊接台有两个工作面，且焊接台是可翻转的。当需要生产车型A时，将焊接台翻转到车型A的工作面，当需要生产车型B时，再将焊接台翻转到车型B的工作面。
3 夹具碰撞问题识别和恢复
3.1 问题识别
在焊装车间实际生产过程中，我们会遇到各种突发生产情况，其中较为常见的一种便是：如上图2所示的焊接台，由于机械故障或电气故障，在生产车型B时，未能将焊接台的工作面及时从A翻转到B。而焊接台车型A和车型B的工作面，包括抓手A和抓手B、零件A和零件B，在结构上往往差异较大，如果相互之间发生匹配错位，例如上述描述的焊接台的工作面未能及时发生翻转，已经造成抓手B的夹具发生变形，且焊接台车型A的工作面夹具也发生变形。我们以上述例子为案例，进行问题识别的讲解。
我们首先需要做的，是判断该工位还是否可以继续生产，如可继续生产，先生产1-3辆份零件，在最靠近该工位的总成下件口，将碰撞发生后生产的总成，在此下件口搬运出来。如不可继续生产，马上对夹具进行紧急恢复调整。一般是通过生产过程中检测开关有无报错，或生产过程中有无明显的碰撞、干涉来初步判断该工位是否可以继续生产。
3.2 问题解决和验证
我们以相对来说较为复杂的情况为例进行问题解决和验证讨论，即上述案例的碰撞发生后，抓手B以及焊接台车型A的工作面都发生了较为严重的变形，该工位已经无法继续生产。
3.2.1 问题初步解决和验证
首先，恢复抓手B变形严重的夹具，优化抓手B的夹具或轨迹，使抓手B往焊接台车型B的工作面上放件过程，无干涉发生。然后让抓手B抓取上件台B的零件，优化抓手B的轨迹或上件台B的夹具，使抓手B的抓件过程与上件台B的夹具、零件均无干涉。之所以要按照上述流程进行抓手B的恢复，主要是考虑以下几点： a）不变应万变。由于只是抓手B的夹具遭到破坏，而上件台B以及焊接台车型B的工作面均没有遭到破坏，所以应该用没有遭到破坏的夹具为基准，去恢复遭到破坏的夹具;
b）提高恢复效率。优先恢复抓手B到焊接台的放件过程，再去优化抓手B与放件台B的抓件过程。一方面焊接台是最重要的，只要满足焊接台无问题，整个车身的尺寸控制不会出问题;另一方面是减少可能的调整次数。先保证焊接台，再去调整上件台，最多只会调整一次，而先保证上件台，再去调整焊接台，可能需要经过多次的调整。所以，需要优先保证生产终点的夹具得到恢复。
然后，利用同样的思路，再去恢复焊接台车型A的工作面夹具。使焊接台工作面A的夹具与抓手A在生产过程中无干涉现象发生。在夹具的调试过程中，我们需要注意以下内容。首先，调试过程中要以夹具的定位销、定位面作为基准，夹具的基准不要轻易去调;其次，分析检测点的测量数据要结合关联点，不要只顾片面的局部点，这样往往会引发新的问题，得不偿失;最后，调整数据必须详细记录，以备后续查证和验证。[2]
将遭到破坏的夹具都恢复之后，试生产一个新的车型A，在该工位之后工位最近的下件口，下一个最新生产的总成，利用钢板尺或塞尺等测量工具与现场旧件进行对比测量，找到变化较大的位置，在焊接台车型A的工作面进行针对性夹具调整。注意，车型B则不需要进行如上述步骤的试生产和夹具调试，因为车身B的焊接台工作面夾具没有问题，在该工位，只要保证焊接台工作面夹具无问题，则该工位以及后续工位的生产都不会有问题。而我们已在之前的调试中，消除了抓手B的夹具遭到破坏产生的该工位生产不流畅问题，已经完全消除该工位车型B的生产问题。
3.2.2 问题最终解决和验证
经过问题初步解决和验证，基本上可以实现该工位以及后续工位的顺畅生产，但是，该次抓手B与焊接台工作面A的碰撞事故，并没有完全消除。由于大众集团对于焊装白车身车身尺寸的要求非常高，局部或整体的尺寸超过一定范围，就有可能在后续工位发生零件装配困难或外观尺寸匹配抱怨。在某些极重要的区域，甚至要求白车身的尺寸波动不能超过±0.3mm。
基于此，我们还需要额外借助其它设备和技术来进行问题精确解决和验证。在当下的实际生产中，在线测量技术被广泛运用。
现有的白车身在线测量系统，多采用机器人式系统，该系统将传感器固定在机器人末端，构成一个可运动的检测子系统，再由2～4个子系统构成在线测量系统，如下图2所示。
机器人式系统柔性高、传感器数量少。[3]一般是在焊装车间每条大的生产线最后，会有一个单独的在线测量工位，用于整条大的生产线所生产的车身总成的在线测量尺寸监控，生产的每台车都会进行测量，考虑到生产节拍，主要是监控重要的尺寸。在目前已恢复正常生产的情况下，我们一般会先试生产3-5台车，并运用在线测量工位，对进行过夹具调整的对应车身区域进行尺寸监控，如发现较明显的尺寸突变，我们就会针对尺寸突变的区域，在发生碰撞的工位，进行进一步的夹具调整和优化，直到在线测量系统无尺寸变异。
截至目前，该次抓手B与焊接台工作面A的碰撞事故，依然没有完全消除。因为在线测量虽然较为便捷，可以在事故发生后马上进行测量和验证，但是在线测量本身的测量精度还不能达到要求，这个时候需要采用精度更高的离线三坐标测量系统，进行本次碰撞事故尺寸恢复效果的最终验证。通常来说，三坐标的测量精度能够实现20-150微米。如果使用超高精度的三坐标测量值，它的精度甚至低于一微米以下。[4]
在进行完在线测量验证和调试后，将最新合成的总成送离线三坐标测量，进行最终验证，根据三坐标测量结果，再看是否需要进一步尺寸优化、夹具调整。同时，在整个问题识别、问题解决和验证过程中，如遇到重大的夹具碰撞事故，且碰撞面积较大，一般会使用激光跟踪仪，对恢复前后的该碰撞夹具进行测量，以指导如何进行夹具恢复，和确认恢复完成的夹具状态。
4 结束语
本文详细描述了汽车模块化生产平台中，焊装夹具发生相互碰撞，主要是抓手机器人与焊接台夹具发生相互碰撞时，如何进行问题识别、问题解决和验证。较为系统地阐释整个工作流程和思路，采用该工作流程和思路，能够快速有效地解决问题，大大降低生产成本和返修成本。
参考文献：
[1]赵康波，姜永胜，张士金. 大众MQB平台底盘演变解析[J]. 汽车应用技术， 2020， 24： 240.
[2]年雪山，李占营. 浅谈车身焊装夹具调试[J]. 汽车工艺与材料， 2010， 3： 12.
[3]秦成辉. 基于激光在线测量的白车身尺寸控制应用[J]. 时代汽车， 2020， 12： 134-135.
[4]林梅，蔡林志. 三坐标测量技术在汽车行业的应用讨论[J]. 时代汽车， 2020， 12： 27.