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一、柔性焊装线的概念及特点
所谓柔性焊装线，是 指通过自动切换夹具机构和电气控制程序等手段实现多种车身拼装焊接的焊装线。其特点主要有自动化程度高、一次性投资大、夹具机构复杂、使用维护成本高、技术含量高等。柔性生产线一般需要采用大量的焊接机器人、搬运机器人、夹具切换装置、自动焊接设备和PLC控制系统等。
二、柔性焊装线的规划规划一条高水平的柔性焊装线，需要考虑 诸多方面的因素，包括产品、节拍、自动化程度、输送方式、关键工位构造形式、物流、厂房结构、可动率、空间利用、安全、环保等，同时在确定生产线的自动化程度时还需要考虑 外协供件厂家资源是 否丰富、当地工人收入水平等。如果劳动力比较廉价，可以适当安排相对较多的人工作业：如果劳动力成本比较高，就尽量减少人员数量，增加自动化水平。
1、车身结构特点的分析
了解产品就是 明确要生产的车型种类、车身结构特点，不同的车型其结构特点都有很大的差异，其品质要求也不尽相同，因此需要根据车身的结构特点规划最 合适、最 经济的柔性焊装线。同时，要确定有多少个车型共线生产，一般有2个或3个车型共线生产。由于汽车制造水平的不断提升，科技含量越来越高，柔性化程度越来越高，目前已经达到了6个车型共线生产的水平。
轿车车身一般为承载式车身，即没有单独的车架，底盘悬置总成直接连接在车身地板的纵梁和横梁上。承载式车身又可分为两厢车身、三厢车身等几种，不论车身归属哪种结构，其车身骨 架一般都是 由下部总成、左/右侧围总成、顶盖总成、前围上部总成、后围总成等拼焊组成，这些大总成又是 由分总成拼焊组成，根据层级分析，最 多可划分为7~8级，一般情况下一个车身需要150~200个焊接工序，但是 由于总成结构特点及投资的限制，没有必要全部实现自动化或柔性化，大多数汽车主机厂只将地板线或主焊线规划成为柔性焊装线。
为了使车身易于实现柔性化焊接生产，有的汽车厂不但从工装设备上考虑 ，还在车身设计前期就对车身结构提出了工艺要求，充分考虑 产品的工艺性，即所谓车身SE，也就是 车身同步工程。通过改变产品结构，使不同车身的主定位点(MCP)共用化，以简化三维柔性焊接平台和工装夹具的结构，更加便于实现车身的柔性化生产。
目前的产品设计越来越注重平台化建设，即在保证产品性能及外观要求的前提下，零部件尽可能地通。用化、标准化，以减少零部件的开发和生产工装的投入。对于不同车身而言，一般可以保持车身下部总成结构基本不变，结构发生变化的只是 车身外覆盖件，如侧围、车门、发动机罩盖、项盖总成等。这就使车身总成焊装线的柔性化变得比较容易实现。
2、柔性焊装线的线体设计及布置
柔性焊接平台焊装线的规划首 先需要根据生产节拍、需要拼焊的焊接总成及上件数量、焊点数量、最 大车身尺寸等信息确定线体的工位数量、工位节距及线体长度，其中生产节拍可以通过要生产车型的总年产纲领、工作制、生产线可动率、每天工作时间等因素进行计算。然后，再根据厂房结构、尺寸、物流路线、上下工序的搬运要求等要素确定柔性焊装线在车间的位置及方向。
对于车身总成柔性焊装线，由于有多种车身共线生产，所以产量一般比较大，其节拍也比较快，一般在100s左右。需要根据生产节拍安排每个工位的工作内容及分配焊点。对于上件工位，除了输送时间、夹具切换时间及装件时间外，焊接时间一般只有50~70s，每台焊接机器人只能焊接15~25个焊点；对于纯焊接工位，每台焊接机器人一般可以焊接25~30个焊点。根据这些信息可以基本确定线体的工位数量和机器人数量，一般情况下1条档次较高的车身总成柔性焊装线需要15~20个工位，并根据焊装线的具体要求合理安排一定数量的机器人。
3、不同车型车身的柔性化焊接生产
要实现不同车身共线生产，首 先需要保证不同车身下部总成的定位裸求，一般情况下每个车身下部总成需要6~8个定位点。由于每个车型定位孔 的相对位置不同，需要通过切换夹具定位机构来实现。实现夹具定位机构切换有多种方法，例如可以针对不同车身的定位孔 设计多组定位机构。当一组定位机构升起进行定位时，另几组定位机构下降进行避让。也可以针对不同车身定位孔 设计一组定位机构，通过切换其位置来实现不同车型的定位。
但是 ，由于以上2种方案均通过切换机械结构来实现，柔性比较差，一般只适用于2种车型生产切换。一些汽车主机厂为了实现更多车型的共线生产，已经开始采用机器人切换夹具方式，即由机器人将要生产车型的夹具抓取到工作位置，将不生产的车型的夹具抓取到预定的存放位置。这种切换工装夹具的方式柔性化程度比较高，适用于3种以上的车型切换生产，但需要机器人的协助才能完成切换，投资成本比较大。随着制造技术的不断发展，目前一些主机厂已经开始引进数控定位技术。这种数控定位单元有3个平移自由度，以伺服电机作为驱动机构，通过控制系统程序进行控制其运动轨迹，其控制原理类似于工业机器人：定位精度可达0.1mm，足以满足车身定位要求。这种切换方式从理论上讲可以实现无数种车身下部总成的定位，只要定位孔 直径相同即可。
解决不同车身下部总成定位问题是 实现焊装线柔性化生产的基本要求，除了车身下部总成外，还要保证焊装线的每个工位均可多车共用。在整个焊装线当中，车身总拼工位是 焊装线的核心工程，也是 结构最 为复杂的工位，在这个工位一般要完成车身下部总成与左/右侧围、前/后围、顶盖前后横梁的拼装焊接。在节拍允许的情况下，还可以将顶盖总成纳入到车身总拼工位进行拼焊。
多车型车身总拼工位形式多种多样，设计者需要根据车型数t、车身结构特点等具体要求选择最 合适、最 经济的总拼方式。目前，多车型车身总拼形式有两面翻转体总拼夹具、四面翻转体总拼夹具、开发式总拼夹具、切换立柱式总拼夹具、机器人切换式总拼夹具等。
(1)四面翻转体总拼夹具
所谓四面翻转体总拼夹具，就是 将侧围总成定位夹具连接在可以翻转的四面体表面，四面翻转体总拼夹具最 多可组装4种车型侧围总成定位夹具。在生产中需要切换车型时，利用伺服电机做驱动旋转四面体，将要生产车型的侧围夹具旋转到工作位里，并利用定位锁死机构确保工作位置精度。为保证车身精度，旋转角 度误差不能超过0.05°。这种总拼刚性较强，车型切换方式简单，无需机器人辅助，但结构庞大，作业空间狭窄，因此可以焊接的焊点数且较少。
(2)开放式总拼夹具
开放式总拼是 将各车型的侧围总成夹具放在设定好的滑移轨道上，当生产某一车型时，就将其侧围总成夹具滑入工作位置，不生产时就将侧围夹具滑出，并退回到预定的存放位置等待。开放式总拼夹具结构柔性化更强，可以实现4种以上车型共线生产，由于作业空间相对较大，因此可以焊接的焊点数量较多，但是 占地面积大，投资成本也相对较高。
(3)立柱式总拼夹具
所谓立柱式总拼夹具，是 将每个侧围总成的夹具分割成前后两段，每段夹具的本体为连接到底部滑轨上的立柱，当切换车型时，由搬运机器人切换相应车型夹具，即由搬运机器人将不生产的车型立柱夹具抓取到预定的存放位置，将要生产的车型的立柱夹具抓取到滑台上进行工作。立柱式总拼夹具分块较多，所以精度相对较低，同时需要大量机器人切换夹具才能完成，投资成本相对较高，但作业空间大，且柔性化较强。
(4)机器人定位抓手式总拼夹具
所谓机器人定位抓手式总拼夹具，顾名思义就是 利用机器人作为定位夹具，当焊接某一车型的车身时，由机器人抓取该车型的侧围总成定位抓手，再由定位抓手抓取相应的侧围总成进行拼装。机器人定位抓手式总拼夹具不但柔性化较好，使用机器人数量也比较少，投资成本低，但需要将·侧围总成通过输送吊具输送到机器人能够抓取的最 佳位置。总之不论那种车身总拼夹具，都有其各自的优、缺点，都有各自的优越性和劣势，方案规划者需要根据产品结构及车型要求进行具体分析，选择合适的最 佳方案。规划柔性焊装线不但要考虑 工装夹具的柔性化，还要考虑 线体输送装里及空中输送方式的柔性化：以保证不同车型车身总成及分总成的通过性。目前，线体输送多采用滚床滑撬输送装置或往复杆式输送方式；空中输送多采用自动吊具或EMS自行小车。
所有的机械机构都是 系统的执行系统，如何将这些执行系统按照工艺要求进行正常运转并实现它们 之间的互锁关系，以保证运行中不因误操作导致系统发生故障或损坏；如何识 别车型信息以切换机器人程序及三维柔性组合焊接夹具机构。为解决这些问题，需要配备一个完整的电气控制系统，按照集中监控、分散控制的原则，根据工艺流程要求，将电控系统划分为多个较小的控制系统。这些控制系统基本由上位PC机、PLC控制器、通讯 模块、现场总线、触摸屏HMI、声光指示元件、MOBY读写装置、车型载码体、安全装置及各种辅助电气元件构成。当生产线投入生产时，将生产计划输入上位PC机，再由PC机将生产指令通过网线下发给各个分系统的PLC控制器，PLC直接根据车型信息指挥机器人切换程序或控制夹具机构的切换，这样即可保证每种车型均可匹配一个与之相对应的机器人程序或夹具机构，从而实现柔性自动化生产。
总而言之，产品生产模式必须满足市场要求，市场需求的多样化及不断的变化自然引起生产线的变革，尤其对于汽车制造业，一般为大批量流水线作业，建立一条成功的车身柔性焊装线，虽然一次性投资较大，但可以减少后续产品工装夹具开发的投资，同时可以游刃有余地应变千变万化的市场需求。车身柔性焊装线是 车身焊接制造技术的革新，也是 未来发展的趋势。
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