fds台车+agv高柔性输送系统在汽车主装配线上的应用

FDS 台车+AGV 高柔性输送系统在
汽车主装配线上的应用
丁余建 张华兵
天奇自动化工程股份有限公司 无锡 214187
摘 要：对小型汽车总装车间主线上现有装配线进行FDS 台车优化，并引入磁导自行小车(AGV)系统进行整合。

将AGV、FDS 台车两种柔性系统组合成新的输送系统，并对新系统在装配车间的各主装配线上装配工艺进行可行性研究分析，从而开发出一种新型超高柔性输送系统，以降低其扩能改造成本。

关键词：柔性输送系统；主线；FDS 台车；AGV
中图分类号：TH165+.1
文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2019）16-0071-07
Abstract: This paper conducts FDS trolley optimization for the existing assembly line on the main line of small car assembly
workshop and introduces magnetic guided automatic guided vehicle (AGV) system for integration. The two flexible systems of AGV and FDS trolley are combined into a new conveying system, and the feasibility study and analysis of the assembly process of the new system on each main assembly line in the assembly workshop are carried out to develop a new ultra-high flexible conveying system to reduce costs for capacity expansion and transformation.
Keywords: flexible conveying system; main line; FDS trolley; AGV
0 引言
随着小型汽车种类日渐增多，共线生产越来越频繁。

不同质量的车型出现在同一条生产线上，空中输送线及厂房的负载不断加重。

另外随着汽车需求量的增加，车间产能不断提升接近饱和，由于新建车间的成本过大，扩线、扩能改造成为产能提升的主要方式。

针对现有已安装成型种类繁多的车间设备，特别是一些通过开挖地基或空中搭建钢平台安装的设备，如要进行扩能改造非常困难。

此外有些汽车厂产品销量非常好，只能用节假日对线体进行改造，增加了其改造成本及改造难度。

考虑输送线设备的通用性及可扩展性，在目前输送技术下，采用FDS 搬送台车形式的装配线具有很好的柔性，特别是在工位装配方面，具有很大的优势。

但线间搬送部分会受到空间及物流通道影响。

AGV 系统结
构简单，采用地面磁导方式，空间利用率很高，其线路改造更是方便快捷。

若引入AGV 与搬送台车进行组合将彻底解决其线间搬送问题。

1 主线工位装配工艺构成
1.1 总装车间装配线体分类及功能
小型汽车总装配车间的装配输送线一般分主线和辅线两大类。

主线是与车身装配搬送有关的输送线，主要是内饰装配、底盘装配、最终装配输送线。

辅线是与部件装配有关的输送线，如车门、仪表、发动机、轮胎、座椅输送线等。

总装车间内除了以上装配线外，还有检查线、淋雨线、检测线、返修线等，用于成品车的出厂检验检测。

主线的功能包括线体间转接、线体内搬运、工位装配、工位缓存等。

线体间转接是各主线之间车身的搬送，
如内饰线下件到底盘线上件、底盘线下件到终装线上件等。

线体内搬运是指装配一线到装配二线间的输送等。

工位装配是指车身各零部件的流水线装配作业。

工位缓存为主线内某条装配线暂停时保证其他装配线不停产的临时应对措施。

1.2 主装配线上的装配工艺
内饰装配线主要包括整车线束装配（车内线、前舱线、发动机线、仪表板线），整车玻璃、门锁、整车内饰及减振垫、仪表板、安全系统等，此外有些汽车厂如设有车门分装辅线，内饰装配线上要进行车门拆卸等。

底盘装配线负责汽车的动力、转向部分的装配。

底盘装配线主要包括车架、前横梁、发动机、变速箱、传动轴、前悬挂、转向机、轮胎等的总成。

最终装配线也称后内饰装配线或终装线。

最终装配线主要是座椅总成、车门总成后装配、一些管路的连接和线束端子的插接以及各种液体的加注等。

以上主线装配工艺并不是一成不变的，汽车厂可根据自身特点对工艺流程做一定的调整。

随着电动汽车的普及，在底盘装配工位上的动力总成也将由PACK总成取代。

2 内饰装配线组合应用分析
内饰装配线是白车身进总装的第一道装配输送线，由于内饰装配线多数是对车身内部零部件的装配，操作工人需要进入车身内部进行装配作业，一般采用地面装配线。

2.1 FDS台车内饰装配线式样
把内饰线改用摩擦驱动系统（FDS）的摩擦力为动力，摩擦驱动系统中的车组联系杆改成地面式台车方式，形成FDS地面台车式内饰装配线，见图1。

图1 FDS台车装配段示意图
FDS台车内饰装配线工位段是按工位节距排列的一个个装配台车，在工位起始段装有一套主摩擦驱动，利用对台车侧面产生的摩擦推力，推动工位装配区所有装配台车按一定速度运行。

在工位末段装有一套副摩擦驱动，其速度略小于主驱动速度或提供反向制动扭矩，目的是消除工位段某些台车的惯性冲出，防止其互相碰撞或台车间产生间隙，造成夹脚等危险的情况发生。

FDS 地面台车装配线截面如图2所示。

图2 FDS台车装配截面示意图
如图2中所示，工位装配段只有装配台车、工位踏台、走轮轨道及导向轨道部分，再加上两套驱动和一些检测开关，整个系统结构非常简单。

使设备故障率减少、系统更加稳定。

另外在主驱动力足够的情况下，只需把副摩擦驱动移动一个工位的间距，再增加一个台车就能新增加一个工位，实现工位扩展的柔性化。

2.2 FDS台车内饰线系统组合应用
工位装配线只是内饰线系统的一部分，在内饰装配中可由两条或多条装配线组合而成，各条内饰装配线之间有装配台车进行搬运作业，以确保装配工位的连续性。

另外在内饰线系统中还包含白车身的上、下件，物料存储区，物流输送通道及各夹装气动、电动工具或机械手等。

FDS台车装配线及输送线、车身上下件、电控系统、物料存储、物料输送等组成一套较完整的内饰线系统，如图3所示。

图3中内饰1与内饰2装配线间输送部分还留有保证物料搬送的物流通道，造成铺设在地面上的行走轮轨道影响物流小车的进出。

目前常采用把装配台车先由升
降设备转接到地基内或空中平台上，装配台车再从地基内或平台上穿过物流通道区，由升降设备转接到地面进
行输送，并与下一条内饰装配线进行对接，如图4所示。

该方式使用的设备种类多且庞大，会增加故障率，设备维护成本高。

另外开挖地基或搭建钢平台，对装配区工位未来扩展极为不利，更不利于设备的升级改造。

2.3 AGV 线间输送方式的运用
AGV 自动导引运输车装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿导引路径自动行驶，且具有自我保护、行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好、自动化程度高等优势。

AGV 的活动区域无需铺设轨道、架体等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。

当电量即将耗尽时，会自动到充电区排队充电。

因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。

对于FDS 台车系统中线间线内输送采用AGV 对装配台车实现牵引。

不仅对物流通道毫无影响，而且可省去多台复杂转接设备，同时也不需要开挖地基或架设钢
平台。

既满足了各条装配线工位的增设，又方便整个内饰线系统未来升级改造。

2.4 装配台车的改造升级
FDS 台车系统需用AGV 来牵引输送，要对装配台车进行改造，使装配台车既能适应原FDS 系统，又能实现与AGV 的对接。

具体改造部件如图5所示。

图5 装配台车升级改造
1）增加蜗型牵引，蜗型牵引主要用于实现AGV 牵引销与台车的固定，以方便AGV 对装配台车的牵引。

蜗型牵引安装在装配台车底部。

2）增加AGV 导向限位板，由于AGV 需要进入台
图
3 内饰线系统组成
图
4 内饰线间输送转接方式
车底部进行牵引，因装配台车位置精度误差，要增加AGV 导向，以方便AGV 牵引销准确连接到装配台车上的蜗形牵引中，其同样安装在台车底部。

3）万向轮更换，原FDS 台车由专用设备进行转接（如移行、旋转等），台车方向单一。

AGV 可前进、后退、横移、旋转等多个方向牵引运行，所以需要更换万向轮才能保证AGV 及FDS 台车的正常运行。

2.5 FDS 台车+AGV 内饰线方案的应用设计
FDS 台车+AGV 内饰装配输送线新系统中，通过对装配台车的升级改造，使其既能适用于摩擦系统也适用于AGV 牵引系统，其结构型式如图6所示。

采用
FDS 台车+AGV 内饰装配线布置如图7所示。

图6 装配台车新结构示意图
在图7中，FDS 台车先由AGV 牵引至内饰装配线1工位起点（车身上件）的转接驱动1上，然后通过AGV 返回线返回到转接驱动4上。

车身上件后，台车从转接驱动1运行到内饰装配线1的主驱动上，再由主驱动带入内饰装配线1进行装配作业。

一线装配作业完成后，FDS 台车离开一线上的副驱动进入转接驱动2位置，再由AGV 牵引到内饰装配线2起始点的转接驱动3上，同样通过AGV 返回线路返回到原位置。

台车再由转接驱动3运行到内饰装配线2上主驱动位置，进行装配作业。

二线作业完成后，FDS 台车离开二线上副驱动后转入转接驱动4上等待车身下件，然后空台车由AGV 牵引至转接驱动1上等待下一车身上件，完成整个输送作业流程。

当AGV 电量不足时会自行运行到充电区进行
充电。

线间、线内输送若改为AGV 牵引，则整个FDS 台车内饰线装配系统则更加简单，自动化、柔性化程度将更高。

3 底盘装配线上组合应用分析
内饰装配完成后，进入底盘装配线区，底盘装配多数操作是在车身底部完成，车身位置要抬得很高以便于工人进入底部。

所以传统的底盘装配多采用空中输送线。

地面FDS 台车+AGV 系统能否在底盘装配线上应用主要取决于FDS 台车能否适用于底盘装配。

小型汽车底盘装配方式主要有两种，一种是整体底盘合装，即将发动机、变速箱、前悬挂、后悬挂、车架等集成在一套夹具上，与车身进行合装；另一种是独立合装，
即车
图7 FDS 台车+AGV
内饰装配线系统示意图
身前底盘与车身后底盘分开合装。

3.1 整体合装的底盘装配台车设计
整体合装中除了合装后的底盘外，装夹夹具、顶升及移行机构也要一起移进，因此，FDS 台车上车身支撑要有足够的高度，但是太高又不利于工人作业，车身装
配高度应控制在2 m 以下。

另外为保证装配线上工位的完整性，整体底盘只能从台车侧面进入车身底部。

而地面台车上支撑是从台车表面立起来的，底盘移进时要避免与车身支撑干涉，台车支撑设计及底盘移进的方向如图8所示。

图
8 底盘装配台车整体合装示意图
图8中FDS 台车上，车身位置相对于原内饰装配台车上车身位置旋转了90º，这有利于整体底盘从台车侧面进入车身底部，且不影响线上其他工位。

由于整体底盘前部有发动机、变速箱等，工件较高，底盘移进时常从后底盘先进车底，以最大限度降低对车身高度的要求。

整体底盘移进后，由顶升装置顶升底盘与车身进行合装，装配完成后，顶升装置带空夹具下降，再沿原方向移出，完成一个合装过程。

3.2 独立合装的底盘装配台车设计
整体合装的底盘FDS 台车也可以用在独立合装的底盘装配线上，但通常独立底盘的前后底盘部件的分装要分两条不同的装配线进行分装。

如果分装完成后都从台车一侧上件，会影响节拍，也不利于工人上件操作。

基于上述因素，在设计独立底盘合装中使用底盘装配FDS 台车时，可以采用如图9所示方式，这样前后
部独立底盘可从台车左右侧同时上件，车身方向又能与内饰装配台车完全一致，既节省时间，又可提高装配效率。

3.3 底盘装配线布置特点
FDS 台车+AGV 系统底盘装配线布置方式与内饰装配线布置大致相同。

但多数汽车厂布置底盘装配线时，会增加车身缓存区，目的是确保内饰线短时间停止作业（包括检修）时底盘线还能正常生产，后期可通过调快内饰装配线速度来赶上节拍。

内饰装配完成的车身转接到底盘FDS 台车上，由AGV 先牵引进入缓存区进行存储。

在缓存区出口的底盘台车由AGV 牵引进入底盘装配线1进行装配。

底盘装配完成后的台车再由AGV 牵引移动到下件区下件，空的底盘台车返回到内饰-底盘转接点位置来接内饰装配完成的车身。

在两条底盘装配线之间（底盘装配线1
转底盘装配线2时）也可设置车身缓存区。

需要说明的是，在FDS 台车+AGV 系统底盘装配线上，由于抬高了车身高度，在装配线上不能进行轮胎
装配，轮胎装配需要移到最终装配线上来完成，装配工艺需做变更。

增加车身缓存区的底盘装配线如图10所示。

图
9 底盘装配台车分体合装示意图
4 最终装配线上组合应用分析
最终装配线是地面线，则FDS 台车+AGV 输送系统完全适用。

终装线上除了原有工位外，还新增了轮胎装配工位，可能还有车门装配工位等，则车身就需要有多种装配高度。

4.1 带升降支撑的终装配台车
如果终装配线上FDS 台车需设置多种装配高度，
则车身支撑就需要具有升降功能，一般为机械升降和电动升降两种方式。

1）机械升降式 利用支托轮在支托轨上上下移动来抬高或降低剪式机构，实现车身支撑的升降，常用于低行程车身支撑升降。

对于高行程车身支撑的升降，受装配高度限制，只能通过将支托轨放入地基中实现，不适宜采用此方式。

见图11。

图
10 底盘装配线入口缓存布置示意图
图11 支撑机械升降示意图
2）电动升降直接采用小型电动升降台对车身支撑进行升降，其行程对空间要求不高，安装相对简单，在支撑升降时要对升降台进行供电。

见图12。

图12 支撑电动升降示意图
本系统装配线上的FDS台车采用电动升降支撑，可根据各工位装配要求抬高或降低车身至合适的高度，操作灵活、简便。

电动升降支撑目前是比较合理且不影响系统正常功能的支撑升降方式，已在多家汽车厂得到应用。

4.2 电动升降支撑的供电方式
对运行中的FDS台车只能采用移动式供电：接触式移动供电方式和无接触式移动供电方式，见图13。

1）接触式供电方式采用滑导线式供电方式，台车底部装有导电碳刷。

在需要升降作业区地面装有固定的供电滑导线。

终装配FDS台车运行至升降工位时，台车上导电碳刷滑入固定的滑导线中边移动边取电，实现电动升降台的升降。

2）非接触式供电方式通过电磁耦合技术实现移动用电设备和供电装置的无接触连接，突破传统变压器原副边不可分离的限制，实现移动用电设备和供电装置的无接触感应式供电。

其可确保元件无磨损且免维护，具有无噪声、速度无限制等特点，能为系统提供稳定的动力，但成本较高。

图13 两种供电方式示意图
4.3 最终装配线布置特点
采用FDS台车+AGV输送系统的最终装配线布置方式与内饰装配线布置大致相同，在进入最终装配线前或在装配线1与装配线2之间也可根据要求设置车身缓存区。

5 小结
本文通过对FDS台车+AGV输送系统在汽车总装车间装配线上的可行性应用分析，为主线设备类型提供了一种共用、超高柔性输送系统可行性方案。

从文中分析可以看出，采用FDS台车+AGV高柔性输送系统后，装配车间各主线输送线型式可基本统一，装配设备标准化程度更高。

不仅减轻了设备维护工作量，而且提高了整个主线设备的使用稳定性，也为后续主线设备的扩能改造提供了便利性，其改造成本、时间、工作量等将会大幅度降低，从而进一步提高了汽车厂的综合竞争力。

参考文献
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作者邮箱：dyj@
收稿日期：2018-12-12。