前言

汽車行業(yè)現(xiàn)正經(jīng)歷著巨大的變革，產(chǎn)品生命周期不斷縮短，更快的更新?lián)Q代速度，更個(gè)性化的訂單定制化生產(chǎn)，多種車型、配置的共線混產(chǎn)己成為現(xiàn)今汽車行業(yè)大趨勢(shì)。與之配套的汽車主要零部件生產(chǎn)，如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、懸架系統(tǒng)等裝配生產(chǎn)也隨之產(chǎn)生了與傳統(tǒng)裝配生產(chǎn)工藝截然不同的變革。
傳統(tǒng)汽車后橋裝配線多以動(dòng)力輥道線作為輸送后橋部件在各個(gè)裝配工位按工序流轉(zhuǎn)的輸送設(shè)備。動(dòng)力輥道組成的裝配生產(chǎn)線主要缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)施工安裝完畢后工位工藝不能輕易更改。

1.背景分析

1.1 BEV新能源車后橋特點(diǎn)

新能源車的后橋照比燃油車型的后橋照比傳統(tǒng)車型后橋結(jié)構(gòu)會(huì)多出電池逆變器、控制器等器件，裝配工藝比傳統(tǒng)燃油車型復(fù)雜。工位工序也會(huì)多。裝配后的測(cè)試環(huán)節(jié)也會(huì)更加嚴(yán)格。
1.2 隨著國(guó)內(nèi)CAFC企業(yè)平均燃料消耗量法則的推廣實(shí)施，車企需要生產(chǎn)更多的新能源純電、混動(dòng)車型來(lái)平衡企業(yè)燃油消耗指標(biāo)。各國(guó)也先后公布了燃油車禁售的時(shí)間表。在這個(gè)大背景下，某國(guó)外一線品牌也著手發(fā)布其中型SUV的純電動(dòng)(BEV)車型，將其引入國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。本文介紹的AGV后橋裝配線就是為其配套而建設(shè)的。

2.AGV裝配線設(shè)計(jì)

該款純電動(dòng)車型后橋重約 350Kg，夾具約400Kg。生產(chǎn)采用一臺(tái)AGV配置一套夾具，一套夾具裝持一個(gè)后橋工件，按工藝順序依次走行各個(gè)裝配工位。
環(huán)線布置有19個(gè)工位，見(jiàn)圖1，其中1個(gè) Bypass 支路工位，1個(gè)備用工位，1個(gè)WA(Wheel Alignment)station工位。在環(huán)線東側(cè)布置維修區(qū)域及維修支路路線。操作工位長(zhǎng)度：4.5M 生產(chǎn)節(jié)拍：18U/h 既每小時(shí)完成 18 個(gè)工件的裝配。

圖 1 AGV 環(huán)線布局圖

2.1 AGV 車型設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品尺寸、重量確定 AGV 的負(fù)載參數(shù)，選取驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率、隨動(dòng)輪，確定輪系。設(shè)計(jì)車體結(jié)構(gòu)，排布電氣布局。業(yè)主是歐洲一線品牌客戶，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參考 CE 和 TUV認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，出具TUV認(rèn)證報(bào)告。

2.2 AGV 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

AGV 設(shè)計(jì)中最重要的就是動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其流程見(jiàn)圖 2.,其又細(xì)分為輪系設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算、電機(jī)選取。

2.3 輪系設(shè)計(jì)

根據(jù)后橋工件的最終裝配重量及其夾具的重量，選取設(shè)計(jì)負(fù)載為1噸的背馱型（Deck）AGV。后橋裝配工藝編排路線是環(huán)形路線，無(wú)側(cè)移、自旋運(yùn)動(dòng)方式，無(wú)需采用全方位（OMNi-Moving）輪系結(jié)構(gòu)。裝配工藝中 WA 工位與Wheel Alignment設(shè)備對(duì)接，有對(duì)AGV停車精度有±3mm的要求，在AGV主流驅(qū)動(dòng)輪方式單舵輪和差動(dòng)舵輪兩種方式中橫向比較，單舵輪方式可以保證更高的走行和停車精度，所以AGV輪系選定單舵輪驅(qū)動(dòng)+2定向隨動(dòng)輪方式。

2.4 驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算

現(xiàn)今 AGV 系統(tǒng)主流的電氣系統(tǒng)電壓有 24V、48V 和 96V幾種，對(duì)于中低負(fù)載一般選擇24V系統(tǒng)電壓。選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)，計(jì)算電機(jī)功率。
根據(jù)：

計(jì)算電機(jī)功率 P=600W。
統(tǒng)計(jì) AGV 車體電氣系統(tǒng)其它電氣用電量，在停車待機(jī)狀態(tài)電流約5A，在全速運(yùn)行狀態(tài)電流約20A。根據(jù)環(huán)線工位工作時(shí)長(zhǎng)，排布充電站布局，初步選定4個(gè)充電站布置在停車工作時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)的工位。結(jié)合節(jié)拍計(jì)算，計(jì)算電池電量損耗及補(bǔ)充，按照充電效率和近充滿時(shí)充電效率降低等因素，取電量補(bǔ)充余量 20%，選取60AH 鋰離子動(dòng)力電池。驗(yàn)算4個(gè)充電站可以滿足充放使用要求。

2.5 AGV 車數(shù)計(jì)算

根據(jù)工位長(zhǎng)度，生產(chǎn)節(jié)拍，每工位操作工藝時(shí)長(zhǎng)。計(jì)算AGV 單車行走全流程時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)產(chǎn)量節(jié)拍，綜合設(shè)備效率，即可計(jì)算出所需AGV車數(shù)量。

2.6 AGV 車體布局設(shè)計(jì)

外形結(jié)構(gòu)：AGV車體一般分為三大主要功能艙，驅(qū)動(dòng)輪艙、電池艙和電器艙（見(jiàn)圖2）。AGV底盤布局分為驅(qū)動(dòng)輪、隨動(dòng)輪和其它功能模塊，驅(qū)動(dòng)輪艙功能是安裝 AGV驅(qū)動(dòng)輪及其附件，為AGV行走提供驅(qū)動(dòng)力及控制行走方向，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有驅(qū)動(dòng)輪輪體、行走電機(jī)、舵電機(jī)、減速器和行走碼盤，舵碼盤及限位傳感器、動(dòng)力線纜、控制線纜。電池艙功能是安裝AGV動(dòng)力電池、充電接觸器等，為AGV行走提供電力供應(yīng)，并與地面充電機(jī)構(gòu)動(dòng)作對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電。

圖 2 AGV 車體布局

2.7 AGV 車體結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真

車體設(shè)計(jì)應(yīng)用 SolidWorks(SW)軟件建立三維實(shí)體模型，可有效的確定車體的質(zhì)量、體積、重心等參數(shù)，便于后續(xù)的模型分析和制造，并可提供精確的參數(shù)化實(shí)體造型和工程設(shè)計(jì)圖。

2.8 AGV 控制系統(tǒng)

AGV車主控采用西門子Simatic S7-1200系列PLC。其通過(guò)AGV車載無(wú)線路由器與AGV控制臺(tái)無(wú)線連接，接收控制臺(tái)指令，上報(bào)車體狀態(tài)。AGV 車體主控制器通過(guò) CAN 總線與下級(jí)運(yùn)動(dòng)控制器 MCU（Motion Control Unit）相連，MCU控制AGV車體上各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，如行走電機(jī)，舵電機(jī)等。AGV車體主控制器通過(guò)CAN 總線與AGV車體上各傳感器、控制器相連，如通過(guò)安全繼電器與激光防碰傳感器PLS相連，與導(dǎo)航傳感器、RFID和電池供電系統(tǒng)相連。

2.9 上層控制架構(gòu)

AGV 上層汽車廠控制系統(tǒng)IPS-X進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，接收生產(chǎn)指令，上報(bào)AGV系統(tǒng)狀態(tài)及生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)。

3.AGV裝配線實(shí)施效果

圖 3 AGV 后橋裝配線現(xiàn)場(chǎng)

通過(guò)對(duì)BEV車型后橋裝配工藝的理解和設(shè)計(jì)，實(shí)施了以AGV替代傳統(tǒng)輸送輥道線的新裝配線模式，徹底改變了輥道線占用場(chǎng)地，不易改變工位工藝的弊端。更好的適應(yīng)了未來(lái)該車型的升級(jí)換代需求，使裝配線具備柔性生產(chǎn)能力。符合業(yè)主集團(tuán)未來(lái)幾年生產(chǎn)裝備的智能化發(fā)展方向。為后續(xù)工程規(guī)劃樹(shù)立了樣板項(xiàng)目。更切合了國(guó)家智能制造大發(fā)展戰(zhàn)略，引領(lǐng)了國(guó)內(nèi)行業(yè)發(fā)展方向。其應(yīng)用非常具有該領(lǐng)域先進(jìn)代表性，實(shí)施后現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)使用效果也很理想，見(jiàn)圖3。值得在同行業(yè)中應(yīng)用推廣。
參考文獻(xiàn)
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