机器人焊接生产线项目实施方案

项目实施方案

项目名称：基于机器人汽车焊接自动化生产线项目

申报单位（制造商）：山东迈赫自动化装备股份有限公司

（用户）：北汽福田汽车股份有限公司

联系人：初永刚

联系电话真/p>

电子邮箱:cyg-jdjz@163.com

-O一一年九月三日

一装备研制背景

近年来，焊接机器人在我国汽车工业中得到了大量应用，每年有近千台的焊接机器人投入汽车

生产中。除了汽车整装厂使用大量机器人焊接外，在汽车零部件工厂也有大量的应用，特别是在汽

车底盘件的生产。由于底盘件是汽车的重要结构安全件，其焊接质量对汽车的安全性起决定作用，

因此大都采用机器人来焊接。焊接机器人目前已广泛应用在汽车制造业，汽车底盘、座椅骨架、导

轨、消声器以及液力变矩器等焊接，尤其在汽车底盘焊接生产中得到了广泛的应用v应用机器人短

接后，大大提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性和降低劳动强度，改善了劳动

环境，在国内还有很大的发展空间，

智能机器人焊接生产线：

焊接机器人是指：具有三个或三个以上可自由编程的轴，并能将焊接工具按要求送到预定空间

位置，按要求轨迹及速度移动焊接工具的机器。

焊接机器人具有以下优点：

1）稳定和提高焊接质量；

2）提高劳动生产率；

3）改善工人劳动强度，可在有害环境下工作；

4）降低了对工人操作技术的要求；

5）缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。

通过以上对焊接机器人的描述可以看出对此研制的意义重大，市场前景也是不可估量，尤其是

机器人生产线在国内的发展前景。

目前国内的大型机器人焊装线都是由国外的系统集成商提供，未见国内具备有整条焊装线控

制能力（即夹具、输送系统、机器人都由同一个PLC控制）的系统集成商，由于整条线控制的编

程任务量大，涉及的设备繁多，机器人、夹具、输送系统动作时序复杂等因索，成为国内整线控

制能力提升的一个门槛。国内常用的生产方式为夹具、输送系统、机器人分别由3-4家系统集成

商提供电气控制，这样做有很多缺点，如：

1、多个PLC的使用，造成设备浪费，成本加入。

2、三个部分之间有大量的接口信号，由于接口不统一或人为的减少接口信号，导致焊装线可

靠性下降。

3、各个公司采用的编程软件不统一，编程标准不同，系统可维护性差，导致用户维护成本加

大。

4、难以实现高级的管理监控如MES、PMC系统。

通过使用整线控制，一段区域内的设备由一个PLC控制，夹具和输送系统及机器人之间的接

口都相同或类似，这样由一个人按一定的编程思路和标准来编写程序，因此可靠性得到了保证,

维护成本得以降低。

这是我们公司研制开发整套焊装线的主要目的。

二主要研制内容

（一）.装备概况：

主要的设备概述:

设备和装备名称数量备注

焊接夹具200台各组合件的点焊定位固定夹具

焊接及涂胶机器人30包括车身线，和地板、侧围、前/后围、门、顶盖各工位

抓举机器人5侧围、前/后围、顶盖大装上件

输送线16身线，和地板、侧围、前/后围、门、顶盖线等举升传送等

悬挂点焊机600主要用于各板金件焊接

固定电焊机20主要用于各小合件的焊接

CO2焊机30用于需要弧焊的各生产线工位中

螺柱焊机5

装备清单:

数价产

序号名称设备内容范围备注

量（万元）

侧围焊装生产线

1左/右侧围总成补焊

2侧围总成左/右侧围总成组焊

2套18()

3生产线左/右侧国外板分总成组焊

4左/右侧围内板总成组焊

6侧围AB柱左/右AB柱内板总成2套180

7总成生产左/右A柱钱链加强板总成

8线左/右B柱加强板内板总成

9左/右门框上边梁加强板总成

10左/右BC内板总成

11左/右C内板总成

12侧围BC柱后门槛梁加强板总成

13总成生产左/右B内板总成2套190

14线左/右C柱组合内板总成

15后轮罩外板总成

16左/右尾灯加强板与后盖钱链总成

四门两盖焊装生产线及顶盖焊装线

17左/右前门内板分总成组焊

18左/右前门内板总成组焊

19左/右前门总左/右前门外板涂胶2车种6车型共线

2套190

20成生产线左/右前门内外板扣合板边2车种6车型共线

21左/右前门总成组焊2车种6车型共线

22左/右前门较链组装夹具2车种6车型共线

23左/右后门内板分总成组焊

24左/右后门内板总成组焊

25左/右后门总左/右后门外板涂胶2车种6车型共线

2套190

26成生产线左/右后门内外板扣合板边2车种6车型共线

27左/右后门总成组焊2车种6车型共线

28左/右后门较链组装夹具2车种6车型共线

29机盖内板分总成组焊

发动机罩总

30机盖外板涂胶1套1802车种6车型共线

成生产线

31机盖内外板扣合板边2车种6车型共线

32行李箱盖内板总成组焊

行李箱盖总

33行李箱盖外板涂胶1套1802车种6车型共线

成生产线

34行李箱盖内外板合成扳边2车种6车型共线

35顶盖总成涂胶组焊（含天窗版）

36顶盖总成涂胶2车种6车型共线

顶盖总成生

37顶盖总成下线1套1802车种6车型共线

产线

38顶盖前横梁总成组焊

39顶盖后横梁总成组焊

左/右翼子板

40左/右翼子板总成组焊2套

总成

行李箱搁板200

41行李箱搁板总成组焊1套

总成

42侧围前连接左/右侧围前连接板总成组焊2套

板总成

其他吊具及装具、输送线

1左/右侧围总成吊具

2左/右侧围外板总成吊具

3左/右侧围内板总成吊具

吊具2套130

4左/右侧围AB柱内板总成吊具

5左/右侧围BC柱内板总成吊具

6左/右后轮用内板总成吊具

7左/右前门总成装具

8左/右后门总成装具2套

9左/右翼子板总成装具

装具170

10行李箱总成装具

11发动机罩总成装具1套

12加油口盖总成装具

左/右侧围总成焊接（往复杆及抓举

132套

输送线上件）320

14门盖涂胶生产线（皮带机）7矣

车身下部焊装生产线

车身下部分总成组焊（前围、前、后

1

地板）

车身下部总成组焊（后围、边梁、后

2下车身总成

减震器支架）1套400

组焊生产线

3车身下部总成补焊

4车身下部总成补焊

5车身下部总成补焊下线

6前地板与梁架总成补焊下线（螺柱）夹具考虑翻转

7前地板与梁架总成组焊

8前地板总成前地板总成补焊（螺柱）夹具考虑翻转

1套400

9生产线前地板总成组焊（通道边梁）

10前地板分总成组焊（座椅梁）

11前地板面板总成组焊（加强纵梁）

12左/右前纵梁总成

13左/右前纵梁上板组件

前地板分总

14左/右前纵梁下板总成

成生产线1套380

15前地板左/右加强纵梁总成

16前排左/右座椅安装板总成

17水箱下横梁总成

18后地板总成后地板总成补焊（螺柱、等）夹具考虑翻转

19生产线后地板总成补焊（螺柱、等）1套380夹具考虑翻转

20后地板总成组焊（轮罩、等）

21后地板分总成组焊

22后地板骨架总成组焊

23后地板前段总成组焊

24后地板分总左/右后纵梁总成组焊

25成生产线左/右后纵梁分总成组焊1套300

26左/右后轮罩内板总成组焊

夹具考虑旋转

27前围总成补焊

前国总成生

28前围总成组焊（A柱内及机舱上边梁、等）夹具考虑旋转

产线1套400

前围分总成组焊（上部、下部、轮罩、加夹具考虑旋转

29

强版、等）

30前用下部总成

31左/右前轮罩总成组焊

32左/右前轮罩前板总成组焊

前围分总成

33左/右A柱内及机舱上边梁总成

生产线

34左/右机舱上边梁总成组焊

1套340

35前上部总成组焊（上中下板、等）

36前上部下板总成组焊

37后围分总成后围加强板总成

38生产线后围总成组焊

输送线

1输送线车身总成及各补焊工位（往复杆）

2输送线下车身总成焊接（往复杆）

3输送线前地板总成线（往复杆》

4输送线后地板总成线（电动葫芦）

5输送线前围总成线（电动葫芦）1套

350

6输送线顶盖总成线（电动葫芦）

7输送线后围总成线（电动葫芦）

8

9

10

_1艺方案_L艺文件及公用设施规划设计1套2400

电气控制系统1套3360

合计12000

（二）主要用途

>整条生产线的方案设计以及设备的设计包括车身生产线以及配套夹具、吊具、电控系统、愉送

装置，辅助设施、二次管网架构的设计，以满足白车身焊接质量要求和双班年产20万辆的生产纲

领；并确保夹具能够生产出合格产品、可靠地进行批量生•产并满足生产节拍，实现汽车厂自动化程度

较高的智能车身生产。

（二）装备的主要技术参数及先进性

一.厂房配套措施：

1.公用设施：

>电源：

三相五线AC380V50Hz电压波动范闹±15%

单和AC220V50Hz电压波动范围±15%

>压缩空气运行压力：（）.4--0.6MPa

>工业用水运行压力：0.2-0.4MPa

2.焊装车间厂房：

新建厂房为全钢结构厂房，.网架结构厂房，屋架下弦节点球预留高强度螺栓联结孔，4mx4m节

点、工艺载荷417M2。

>厂房柱网尺寸：24mX24m

>总长328mx宽度7跨X24m,总面积55104m2

>地坪载荷：3T/M2

>厂房屋架下弦高度：12m；

3.气象条件：

>年平均气温12-15℃

>极端最高气温38.0℃

极端最低气温一11.4℃

V.

年平均降雨量650mm

>多年平均冻土深度30cm

>年平均风速3.1m/s

>最大风速25in/s

全年主导风向为乐南风

>设防地震烈度7度

4.车间动力系统依据公用设施参数,

二.设计依据及技术参数：

1.生产纲领：

>白车身主焊线、调整线、门盖线及输送线、储存线：

◊必须满足2车和6个以上车型混线生产；

◊车型切换频率：/1次/小时；

◊生产纲领：按双班20万台/年：

。牛产节拍：42JPH（86秒/台）：

令工作制度:30（）个工作日/年；双班16小时（2X8h）/工作日;

个自动化程度：65%

。设备开工率：85%；

◊设备使用寿命：大于10年；

2.技术资料：车身产品数模、车身工艺流程图、RPS、品质基准书、涂胶图、地板滑橇及吊具定位

孔位置（包括件名、件号、数量、板厚、材质）、焊接车间平面布置图及相关技术要求（包括厂房、

空压站、水泵房、变电站布置及干管走向）。

3质量目标:

各生产车型

NO目标项目内容TTOPTIPT2备注

预验收SOP

(Jobl)1一次小批量）（二次小批■）

I白车身一次下线合格率（尺寸喊量）-75%80%85%

2焊接质量--90%95%99.5%

3车身间隙、阶差--

4奥迪特AUDIT分数（BIW）--

5焊接装备完好率90%95%100%100%100%

4.标准：山东迈赫自动化设备标准

>GB50252-94《工业安装工程质量检验评定统一标准》

>GB1497-85《低压电器基本标准》

>GB50055-93《通用用电设备配电设计规范》

>GB50054-95《低压配电设计规范》

>GB7251.2-97《低压成套开关设备和控制设备》

>JB532I.2—91《积放式悬挂输送机技术条件》；

>GBII341—89《悬挂输送机安全规程》；

>JB/T3929-99《通用悬挂输送机技术条件》等国家和行业标准；

>GB5O2O5-2OO1《钢结构工程施工质量验收规范》等国家和行业标准；

>GB50231-98《机械设备安装工程施工及验收通用规范》

>GB50235-97《工业金属管道工程施工及验收规范》等国家和行业有关标准。

>国际、国家、行业相关标准。

三.专用技术要求：

所有的夹具应保证可靠的定位、防止变形，确保装焊质量和精度达到部品装焊质量检验标准书的要

求，满足生产纲领的要求；夹具的工艺性能应优良，部件装配要容易；人工焊接要易于操作；总成取

出要方便；要有足够的操作空间，作业方便安全人工操作夹具的工作空间应符合人体工程学的要求，

充分考虑人工操作的作业性，要有足够的操作空间，作业方便、安全。

>设计依据：产品数模、产品图纸、产品技术要求、焊装生产线设备专、通用技术要求。

>设计寿命：10年以上（年产双班20万台）

>焊接方式：采用人工焊接，机器人自动化焊接等自动化率以满足产品质量与生产节拍为原则。

>精度要求：夹具定位面安装后的尺寸精度不大于±0.2mm;定位销位置尺寸精度不大于土

0.15mm,输送机构重复定位精度不大于±0.5mm。上线机构的重复定位精度不大于±1mm。

>同一零件在不同夹具上的定位采用同一坐标位置（同一基准）。

>设备必须有足够的刚性、维修方便,夹具应有良好的焊接通路。

>用乙方（承制方）制作的焊接生产线生产出的产品必须符合产品图纸数模及产品技术要求.

设备用风、水应考虑管路二次稳压、过滤。

所有设备均选用Mpa为单位的压力表（国际标准）。

夹具制作及验收标准按经甲方确认的乙方相关标准。

工艺钢构设计：

◊应满足可移动拆解式要求（即钢构全部采用螺栓连接），平台上要便于铺设给进排水、压缩

空气管道及电缆桥架的钢构。生产线的总体设计在甲方提供的生产线方案设计图的基础上,

结合相关工艺技术要求，完成生产线总体设计。整个设计应体现生产线工艺先进、物流畅

通、设备安全可靠的原则。

令材料、型材必须符合国家相关标准，且货物必须是全新的，未曾使用过的。

令提供的货物，必须严格按现行国家及行'业相关标准进行选材、制造，外购件和全部原材料

必须从正规厂家进货，能提供外购货物的出厂合格证；货物应配置齐全，保证安装调试完

毕即可投入正常使用，不污染环境和危害人体健康。

O供货范围内的所有货物（包括标准件、外购件及自制件、备品备件、易损件等）及提供的

其他服务（包括包装、运输、验收、人员培训、技术资料）均必须列出详细的清单并注明

分面的价格。

令控制电源：（含照明用电、机器人控制系统用电、往复线控制系统及驱动用电、液压包边机

用电、涂胶系统用电、打刻机用电等）与焊接电源分离，以免相互干扰。

令左/右侧围生产线、前围轮罩生声线、前地板生产线、门盖生产线及输送线、车身主焊接生

产线、储存线风、水、电均要求分线控制。

O所有风扇和照明的车间分布及详细技术参数由主焊线供货商提供整体方案，并为分包商提

供技术和工艺指导。所有风扇和照明的具体设计和生产、运输、安装由分包商提供。

令该生产线采用机器人涂胶、机器人焊接，机器人装件,人工辅助的高智能生产线；输送线最

大运行速度（参考值：大装线：20万/年・双班：245m/min；涂胶线：25万/年-双班：

^85iii/iiiiiio）运行速度可调。充分考虑装置在移动中避免产生噪声；运动部位设置涧滑

系统；考虑便于维护和更换备件。

今工件输送要求平稳、可靠、准确。工件重复定位精度确保工件到位后在夹具上准确定位。

具有良好的同步性、缓冲效果。充分考虑工件的支托点，前后工序保持一致，以保证输送

精度。为保证输送系统的安全性、可靠性，夹具上的夹紧缸打开状态全检测。

令控制主要采用电控系统以及PLC控制与主焊搬送线连锁。各工位设置安全检测设备。

◊设备层：设备层在整个控制系统的金字塔结构中处于底层，是整个控制系统的关健环节，主

要包括现场操作站、现场设备检测单元、现场执行机构等，直接或通过现场总线与控制层中

的PLC相联系。

<控制层：控制层是整个控制系统的核心，采用PLC对现场设备进行控制。并通过ETHERNET

网将有关的数据传给上位监控计算机。

◊监控层：监控层位丁•中央控制室，通过ETHERNETTCP/IP协议对车间内各个受控设备的运

行状况进行集中监测.并对有关信息进行统计和保存。

系统采用西门子S7-40（）PLC作为控制站主机，并向下采用PROFIBUS-DP现场总线技术，将

现场I/O站与控制站连接起来;向上采用开放的EtherNe接起工业以太网（100M/10U）来负责

各子系统PLC之间的通讯，充分利用CIMPLIYCITY组态监控能力将上位监控机、服务器与控制

站的数据、控制、管理等信息紧密相连。HMI系统采用以WNCC为基础软件的系列操作员站，

使得既能完成本地现场操作的需要，同时又可实现对其它牛产区域牛产状况的监控。整个控制

系统分为若干个部分，与部分自成独立的控制系统。

4中控室：

该中央监控系统设在焊装车间中控室，并留有和冲压车间的监控接口；焊装车间和冲压车

间作为同一级平台和涂总车间进行通讯，总厂ERP系统有专用交换机和本中控系统交换信息；

中控系统和每条生产线的车身连锁信号有专用的交换机连接，所有交换机由中控系统提供。

1中央监控系统实现以卜功能：

/生产指令下达

/生产任务

/车间在线生产信息（日产量、班产量、实时产量、故障信息）

/库存配套信息（即各车身缓存区内的工件信息）

/车型识别、生产线安全及排序信息

/设备信息（每条生产线及设备的工作状态和故障信息）

/由主线承包商制定数据结构格式，相应设备承包商按照要求提供有效、可供直接显

示的信息，并采用以太网方式进行数据交换

」中央监控系统和各相关系统的技术要求：

/识别系统：主焊线自动工位生产线主控制柜PLC提供独立的读写头，将本段的车

身信息通过交换机传递给中控系统。

/ANDON系统：在工件交换处，每条生产线提供独立急停及相应的电子看板，方便

故隙时候改写车身信息。

,机器人：机器人作为生产线的一部分本身有自己的控制器，同时和生产线之间通过

总线或者硬接线的形式连接，中央监控系统通过生产线主控PLC读去机器人信息、。

/每条生产线：每条生产线主控制柜PLC上的以太网接口连接到中控系统。各设备

和相应的生产线通过总线连接。

/由中控监控系统承包商提出相应的技术要求给侧围承包商，最终由侧围承包商保持

整线车型匹配功能的实现。

/侧围内板至侧围总成的空中自行小车往复线采用拖缆控制方式，设置上限位和上极

限位，小车行走变频调速，升降双速。吊具手动上下工件。有预升降功能。同时考虑小

车升降和地面往复杆升降之间的运动干涉。按钮站+手电门控制，按钮站上配有控制转

换开关。

1机器人工位设置安全门锁，急停按钮，并连接相应的安全继电器。按钮站上要有复位按钮,

故障指示灯。

，所有移动设备如：上线机构步进式输送机等设备动作时，要有声光报警系统启动。

1设备控制柜或控制板上应有紧急制动开关。

」自动运行各线.上有人操作的地方应设有光电识别安全装置。

，设备与通道应留有足够空间，必要时架设护栏，以防发生意外.

，设备上可动部分与固定部分要涂上不同颜色，以示区分。

，各自动运行线应设置有维修锁，以确保安全。

」各自动运行线采用PLC控制，输送机与夹具、上线机构及机器人控制信号、光电传感器

等装置的信号应联锁。

」在个各线首、尾及机器人相邻工位另设全线“急停”按钮，可实现全线的紧急停止，每个

人工操作工位左右各设置个“停止”按钮，可实现本工位及输送机的停止.

<机器人要求：

i通往或来自机器人的所有的控制及数据传输都要经过现场的PLC网络或硬件I/O方式，，

机器人供应商应当保证开发这些界面能支持此规划项目，它们必须有现场的操作模式和自

动操作模式。

1现场操作模式可以通过其他的生产线来操控机器人，这必须考虑到与设备的机械设计和其

它安全考虑。

1如果一个机器人转换到非自动状态（也就是现场操控模式或维修状态），PLC将侦测到，

此状况将传到控制室监视系统。

1所有的机器人必须有一个现场指示灯以显示非自动状态或故障状态。

，机器人必须按发出详细的故障及处理信息，并可在现场和网络中显示，将根据详细设计，

通过一个专用显示器或通过PLC现场显示器来实现。

◊以太网说明：

1车间现场安装的以太网应连接现场所有控制系统。

」中央控制系统的上位计算机安装在办公室内。

1投标方负责提供上位计算机；负责现场以太网设备安装、布线及与现场控制系统和大屏幕

显示设备的连接。

1以太网将采用符合IEEE802.3U标准的100兆赫快速以太网技术来设计。布局为环/星结构。

1以太网的配置基干工'也缴交换机（SWITCH）,控制系统与工棍级交换机（SWITCH）以光

缆或工业双绞线（ITP）或快速连接电缆（FC）进行星形连接。

制定夹具方案包括组焊零组件清单及其交接状态：零组件在夹具上的装配顺序；该夹具所承

担的焊接任务，包括点焊，CO2焊接、涂胶或僦弧焊等内容；工件上、下夹具方；定位、压紧

件示意图，尤其是定位基准；由于夹具工作高度及夹具结构特殊所采用的焊接方式及方法；夹具

设计需保证操作的安全性和便捷性，符合人机工程学，如平面旋转，轴向旋转等，且平面旋转应

有方向定位装置。

令保护措施：

装焊夹具设计时应考虑汽车覆盖件的外表面有防止出现焊点压痕的保护措施，保护板的材

料选用CuCHZr（铭铭铜）其有效板厚10〜12mm；对刚性较差的大型零件应考虑工件不起机构，

对不便于施焊的焊点应设计焊钳导向机构；保证焊接点的准确位置，焊钳导向块的材料选用硬

质塑料；CO2焊接夹具在焊接部位附近的夹爪、焊接部位的定位面、定位销等采用合金铜制作，

以防止CO2焊接的飞溅造成夹具部件的损坏；为保证压缩空气质量，气动夹具应设过滤、调压、

润滑、消音系统（三联件）。

◊气动附件：

◊采用双层阻燃气管，各气管快换接头在气缸上面要求有防撞盖板；进出气口采用不同颜色

区分，尽量考虑选用标准件。

四装备的智能功能

基于机器人的汽车焊接自动化生产线主要由焊接机器人系统、空中（地面）输送系统、车

型识别系统、安全保护设备等组成。控制部分以西门子400系列PLC为核心，采用工业以太网

和PROFIBUS（现场总线）连接，焊接机器人系统包括机器人本体、机器人控制器、点焊控制

器、自动电极修磨机、自动工具交换装置、气动点焊钳、水气供应的水气控制盘等。机器人通

过控制系统可以进行车型的自动识别和切换。

焊接机器人系统的控制方式是：由机器人控制柜道过通信网络同生产线PLC控制柜构成机

器人焊接生产系统。机器人系统内装置由机器人控制。机器人系统根据上位PLC的车型信号输

入来调用对应的机器人焊接程序进行车身装配焊接。

整套生产线可自动根据订单安排生产计划，实现多车型的柔性生产。生产过程控制实现

程序化、数字化、远程遥控化，实现设备运行状况智能故障诊断及报警。

以西门子400PLC为设备层主控制器，结合计算机