1柔性Pallet结构及问题解决1.1Pallet和生产线介绍Pallet和高速辊床用于白车身传输和工装定位，其具备传输时间短、节约能源、尺寸精度高、故障率低、可维护性强等特点，如图1所示。Pallet作为随行工装承载白车身在高速辊床上进行运动，在无精度要求的补焊工位，高速辊床只需按照编码尺进行定位完成补焊。在精度要求高的GEO、涂胶、激光焊等工位采用编码尺粗定位，然后辊床下降利用工位上布置的定位销和基准块进行精定位。上述策略在保证生产线高节拍运行的同时，也保证了整车尺寸的精度。图1Pallet和高速辊床结构1.2柔性Pallet结构介绍当新车型推出时，由于平台的变化，车体的尺寸也发生变化，现有的固定式Pallet无法在新平台的新车型上使用，而直接新增固定Pallet会导致成本、场地的浪费，因此将固定Pallet改造成多车型共用很有必要。柔性Pallet结构如图2所示，将现有的固定式Pallet进行柔性化改造，成为柔性Pallet本体。针对不同的车型平台机械搬运孔尺寸设计柔性Bar，即快速切换部件，配合机器人进行柔性Bar切换，匹配造车队列，使用对应的柔性Bar安装至柔性Pallet本体上，如图所示，组合成为具体的柔性Pallet。图2柔性Pallet结构图柔性Bar切换示意图对比新增固定式Pallet方案，柔性Pallet由于投入成本低、导入时间短等特点，更能适应目前汽车制造对于多车型、多平台、高柔性程度的需求，对比如表1所示。
表1固定式Pallet与柔性Pallet对比
鉴于柔性Pallet的结构特点，对比固定式Pallet增加切换Bar定位机构，尺寸链增长，且由于Pallet与柔性Bar随机组合，其Pallet定位销尺寸的稳定性和重复性需要进行确认和监控。1.柔性Pallet工装追溯系统介绍柔性Pallet投入使用时，需要Pallet本体与柔性Bar配对使用，以某车身车间为例，现场使用1个柔性Pallet本体与个柔性Bar进行匹配，其中A/B两种平台的车型柔性Bar各个。在现场运行过程中2种Bar根据车型队列与柔性Pallet本体随机匹配，存在种随机组合，现场需要将造车过程中使用的PalletID以及BarID和车辆序列号进行匹配保存，通过这些记录的数据，便于问题分析和缺陷追溯。由于RFID在汽车制造过程中的应用优势[2]，使用RFID技术对PalletID和BarID进行记录，并与整车序列号进行绑定上传至数据库中，实现过程可追溯。图4所示与行业内使用小型随行工装系统类似，整个柔性Bar切换系统分为以下个部分。图4柔性Bar切换系统及RFID读码器分布（1）立体库：用于柔性Bar的存储，内部使用叉式移载机进行柔性Bar的存取。（2）平面库：用于将柔性Bar向Bar切换工位输送，并在线缓存。（）Bar切换区域：根据生产的队列匹配具体的柔性Bar，使用机器人进行Bar的切换安装。整个切换系统中布置了RFID读码器节点，具体位置如图4中圆圈位置所示。在柔性Bar和Pallet上布置RFID存储器，通过不同节点读码器在存储器中的读写实现工装信息的匹配。以任意一次柔性Bar在系统中的循环过程为例，其工装信息和车辆信息循环如下。（1）柔性Bar初次入库，在立体库上下线口，上线前输入具体的BarID，通过读码器写入托盘RFID存储器中。（2）当需要调取柔性Bar时，叉式移载机根据具体的库位移动至对应的位置，对Bar进行确认后将柔性Bar和托盘取出。（）取出的柔性Bar和托盘通过旋转台进入平面库运输至缓存区，进入缓存区之前通过RFID读码器识别具体托盘上Bar的类型，确定具体存放的缓存区域。（4）当需要切换柔性Bar时，柔性Bar和托盘通过横移机输送至Bar切换工位，首先通过RFID读码器读取托盘中的柔性Bar类型，与具体造车队列进行匹配，进行工装防错，同时PLC会记录具体BarID等待装Bar。（5）在Bar切换区域，当Pallet来车需要切换时，在拆除机器人位置，通过RFID读码器读取柔性Pallet中柔性BarID，当柔性Bar拆除后放置在Bar存放区，PLC通过RFID读码器将取Bar时读取的BarID写入柔性Bar托盘中。（6）取消Bar的柔性Pallet进入装Bar工位，机器人抓手从托盘中取出柔性Bar安装至柔性Pallet上，PLC控制装Bar工装的读码器将BarID写入柔性Pallet的RFID存储器中，与其中已有的PalletID绑定。同时取消柔性Bar的空托盘进入拆Bar工位的Bar存放区，待取Bar后RFID存储器写入新的ID。（7）新组装的柔性Pallet在线体中运行时，线体中通过读码器将车辆序号读取并写入Pallet的RFID存储器中，并在固定的工位上传至大数据系统中。以上即为整个柔性Pallet系统中工装信息和车辆信息记录和追溯过程。1.4柔性Pallet现场问题及解决对比固定式Pallet，柔性Pallet需要与多组柔性Bar进行切换，因此在运营过程中会出现一些特定的问题，其中设备报错和切换卡滞为柔性Pallet系统运营过程中常见的2个问题。1.4.1设备报错柔性Pallet需要使用不同的柔性Bar，在自动化应用场景中，设备报错频繁，因此需要对柔性Pallet系统设备进行防错设计。根据在现场实际生产中出现的问题，梳理最容易导致设备出现报错2个关键节点，基于防错设计的原则进行防错设计。（1）柔性Bar上线工位。如柔性Bar上线时错装或装反，会导致后续Bar切换工位出现报错。在上线工位进行防错设计，现场布置光电传感器，如图5所示，根据2种柔性Bar具体的特点，能够检测所有失效模式，防止错误的状态上线入库。图5柔性Bar上线工位防错设计（2）柔性Pallet上线工位。如柔性Pallet下线后，经过标定或者其他的操作，导致柔性Bar错装装反，会导致上线后车辆无法安装在Pallet上，导致设备报错。在Pallet上线准备工位布置光电传感器，如图6所示，检测2种柔性Bar所有的失效模式，避免错误的状态进入线体。图6柔性Pallet上线工位防错设计1.4.2切换卡滞柔性Bar切换工位时，需要对柔性Bar进行拆换，在实际运用过程中出现的高频问题为切换卡滞，导致机器人报错，其根本原因有个，并针对性进行改进。（1）柔性Bar只有1个抓取点，无法保证所有的Bar重心与抓取点同轴，如图7所示，在抓取时，其重心与抓取点之间不可避免地形成重力弯矩，易导致销套与定位销之间存在卡滞。由于具体产品设计原因，此处无法消除，可以在机器人载荷不重的情况下考虑增加配重块，使其抓取点与重心同轴。图7柔性Bar与抓取点偏心（2）柔性Bar抓手为消除机运线体系统的公差累积，设计为X/Y/Z三方向浮动抓手，其刚度不足放大了重心与抓取点之间的偏心弯矩导致的形变，增大卡滞风险。为解决此问题，现场将Z向浮动取消，增加抓手抗弯矩刚性，同时在柔性Bar标定过程中，增加抓取点位置Z向精度要求，现场验证实际精度在抓手零点机构的容错范围内。（）柔性Pallet本体上的柔性Bar定位销与定位销套设计定位长度过长，初始设计定位长度10.0mm，在机器人抓取过程中出现切换卡滞。为解决此问题，现场验证在不改变销套和销直径的前提下，将定位长度从10.0mm改为2.0mm，如图8所示。销孔配合从面接触变为线接触，在Bar拆换过程中降低卡滞风险，通过运营验证，现场卡滞问题消除，并且尺寸表现稳定，与改进前一致。图8销套设计改进
2柔性Pallet尺寸监控2.1柔性Pallet尺寸标定Pallet作为主线车身随行工装，关系整个主线工艺链的尺寸精度，包括主线零件GEO焊接、涂胶、激光钎焊、激光割孔、在线冲孔等高精度工艺。因此在柔性Pallet上线前对基准尺寸进行标定确认后才可进行使用，同时在运营过程中需要对关键基准尺寸进行监控，对异常的Pallet本体和Bar进行标定检查。为保证柔性Pallet尺寸精度和重复性，在上线前使用便携式三坐标测量臂对柔性Pallet进行精度标定，根据柔性Pallet结构特点对柔性Pallet本体和柔性Bar分别进行标定。标定方法与常规Pallet一致，区别在于标定对象及元素结合因柔性Pallet结构特点存在差异，需要单独对柔性Pallet本体及柔性Bar使用便携式三坐标测量臂进行标定。其中柔性Pallet本体需要对柔性Bar基准面和定位销进行标定，柔性Bar对定位销进行标定，如图9所示，其标定精度如表2所示。图9柔性Pallet标定元素
表2标定精度
在现场实际运营中，测量一套柔性Pallet需要耗时~4h，以某工厂为例，完成全部的柔性Pallet本体和Bar的覆盖式标定需要双班连续标定耗时2个月才能完成，因此引入在线监控，对运行中异常的柔性Pallet进行监控报警成为必要。2.2柔性Pallet在线监控由于采用CMM对工装进行标定耗时较长，在Pallet和Bar数量多的情况下，虽然循环覆盖式测量能保证精度，但是无法及时发现在运行中的异常Pallet和柔性Bar，需要使用快速的在线测量方法对Pallet定位元素尺寸进行监控，快速发现异常Pallet并及时进行精确的标定检查。非接触式的在线测量已在白车身制造中广泛应用，虽然其系统精度0.4mm无法匹配柔性Pallet标定测量精度要求，但是由于其测量速度快、对环境要求低等特点可以在尺寸监控中得到应用，可利用在线测量和相关数据软件构建在线监控系统。（1）VISION在线测量。在进行柔性Pallet改造时，利用线体中已有的视觉测量设备，对柔性Pallet上VISION监控孔进行测量，此方案可降低项目前期投资，提高现有设备利用率。使用线体中已有的设备测量柔性Bar定位销基座上的特征监控孔，如图10所示，通过判断此监控孔X/Y/Z值的稳定性，判断不同组合的Pallet和柔性Bar稳定性和重复性。图10VISION监控孔及在线测量（2）大数据搜集和汇总分析。将测量的特征孔数据与对应工装信息进行匹配，在大数据汇总后进行分析，生成具体的报表呈现给工程师。根据搜集的大数据信息，甄别现场异常的柔性Pallet和柔性Bar，以此辅助现场精确的标定和测量，提升现场工作效率，遏制缺陷的产生，其实施方案如图11所示。图11大数据搜集和汇总分析（）报表展示。根据汇总的相关数据，对同一个柔性Bar与不同Pallet组合的特征孔测量数据X/Y/Z值进行统计分析。基于SPC（统计过程控制）使用6σ和Range值判断其具体的稳定性和重复性状态。对于6σ和Range值较大的柔性Pallet组合，判定为异常，报表中采用柱状图深色进行预警，其软件界面如图12所示，对异常Pallet优先进行下线标定。图12大数据报表展示2.基于大数据的失效模式诊断在实际运营中，通过大数据的累积，基于SPC和实际失效模式的诊断，能够发现具体失效模式和数据特征之间的关系。选取VISION监控的2个测点，一个是整车上靠近Pallet定位销附近的测点；另一个是柔性Pallet的VISION监控孔，如图10所示。通过观察2个测点的相关性可以判断出现数据异常时具体的失效模式，以此进行大数据诊断。正常状态下，整车上的监控测点与Pallet上VISION监控孔正常波动，两者之间不会出现异常大幅度波动。当出现异常波动时，如图1所示中的失效状态一，整车和监控孔数据同步突变，现场对Pallet进行下线标定检查，发现Pallet出现局部变形导致。在运营过程中，此数据特征伴随着工装变形失效模式，现场测量标定人员利用监控系统发现此数据特征后及时下线Pallet进行标定维护，遏制问题溢出。此外如图1所示中的失效状态二，整车和监控孔同步波动，且波动幅度逐渐放大，现场发现异常后对Pallet进行下线检查，同时对测量工位Pallet定位机构进行检查。Pallet定位机构中定位销前X向出现异常磨损，导致Pallet的X向定位失效，整车和Pallet在X向出现异常波动。现场运营过程中，总结类似的数据异常，此数据异常状态均伴随Pallet定位机构磨损的失效模式，现场测量标定人员利用监控系统发现此数据特征后及时安排Pallet下线检查，对磨损机构进行检查并更换。图1大数据诊断通过图1中2个失效状态的数据表现和现场的实际运营经验，可以利用Pallet监控孔和整车的大数据，根据具体失效模式的数据特征，进行失效模式诊断，以此提升现场维护的工作效率。
▍原文作者：段彬，张湘鄂，张勇，成剑，易平，吴雄
▍作者单位：上汽通用汽车有限公司武汉分公司
