汽車車身焊裝工藝方案設(shè)計(jì)的一般思路

張少輝，汪 旭

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

工藝方案設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)制造的一種先導(dǎo)性、前瞻性的技術(shù)工作。作為汽車生產(chǎn)四大工藝之一的焊裝來(lái)說，工藝方案的設(shè)計(jì)更是如此。設(shè)計(jì)人員既要有機(jī)械、電控、設(shè)備、工裝、動(dòng)力、通訊及環(huán)保等方面的理論知識(shí)，還要具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。焊裝工藝方案設(shè)計(jì)的好壞，從宏觀上決定了焊接車間的工藝水平、物流、投資與預(yù)留發(fā)展的空間，直接決定著生產(chǎn)線的工藝裝備種類和數(shù)量、夾具的形式、輸送模式、電控方式和物流走向等內(nèi)容。因此，焊裝工藝設(shè)計(jì)在焊裝生產(chǎn)線的開發(fā)中，具有舉足輕重的地位，是開發(fā)高性價(jià)比焊裝生產(chǎn)線的前提。

汽車車身焊裝工藝方案設(shè)計(jì)前，必須首先明確輸入條件，然后做總體方案設(shè)計(jì)，最后做工裝方案設(shè)計(jì)，完成后即可進(jìn)入具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段。具體思路如下所述。

1 焊裝工藝方案設(shè)計(jì)的輸入條件

焊裝工藝方案設(shè)計(jì)的輸入條件和汽車生產(chǎn)的其他工藝如沖壓、涂裝、總裝相比，焊裝生產(chǎn)線剛性強(qiáng)，多品種車型通用性差，每更新?lián)Q代一種車型，就要更換大量的非標(biāo)設(shè)備，替換現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)工藝。因此，前期的輸入條件要盡可能全面。

（1）盡量收集原有廠房的土建、公用有關(guān)資料。包括廠房柱頂標(biāo)高、屋架承載能力、車間行車的數(shù)量及噸位、電力和動(dòng)力介質(zhì)的現(xiàn)有能力以及供應(yīng)方式等；

（2）工廠所在地的狀況。包括環(huán)境條件如溫度和濕度，周邊外協(xié)件的廠家分布情況等；

（3）生產(chǎn)綱領(lǐng)（年產(chǎn)量）；

（4）年時(shí)基數(shù)。包括生產(chǎn)班次、生產(chǎn)線利用率等；

（5）生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度。自動(dòng)化率=（機(jī)器人焊點(diǎn)數(shù)+自動(dòng)焊鉗焊點(diǎn)數(shù)）/全車身焊點(diǎn)總數(shù)×100%；

（6）生產(chǎn)線的工藝水平要求。包括生產(chǎn)線主要設(shè)備選用原則，輸送方式，電氣控制水平等；

（7）產(chǎn)品3D 數(shù)模及2D 圖紙，明確產(chǎn)品的具體結(jié)構(gòu)形式及尺寸；

（8）產(chǎn)品的系列化問題，是否預(yù)留必要的接口，一定的柔性改造方案等。

有了明確的輸入條件，就可以進(jìn)行工藝方案設(shè)計(jì)了。

2 總體工藝方案設(shè)計(jì)

2.1 生產(chǎn)設(shè)備能力計(jì)算

（1）JPH（臺(tái)/時(shí)）=年生產(chǎn)綱領(lǐng)/（全年工作日×每日班次×每班工時(shí)×工時(shí)利用率×設(shè)備利用率）；工時(shí)利用率一般取0.9，設(shè)備利用率取0.8～0.9。

（2）標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)能力= 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)時(shí)間×JPH×綜合開工率；標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)時(shí)間=251 d×7.67 h×班次。

（3）最大生產(chǎn)能力=最大生產(chǎn)時(shí)間×JPH×綜合開工率；最大生產(chǎn)時(shí)間=251 d×7.67 h×班次+36 h×12月×班次。（4）標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷=生產(chǎn)綱領(lǐng)/標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)能力。（5）最大負(fù)荷=生產(chǎn)綱領(lǐng)/最大生產(chǎn)能力。

2.2 工藝流程制定

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行產(chǎn)品工藝分塊。首先確定大的分塊原則，如某輕型客車的工藝分塊為：下車體總成，左/右側(cè)圍總成，頂棚總成，前風(fēng)窗總成，后窗上橫梁合件，后窗下橫梁合件，左/右翼子板，在總拼工位合攏；然后在補(bǔ)焊調(diào)整工位進(jìn)行司機(jī)門、乘客門、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、后倉(cāng)門、前保險(xiǎn)杠、后保險(xiǎn)杠安裝。據(jù)此，再結(jié)合產(chǎn)品數(shù)模，就可初步畫出此車型的工藝流程圖（如圖1）。

圖1 某輕型客車工藝流程圖

2.3 制造策略制定

根據(jù)工藝流程，結(jié)合公司的發(fā)展思路及周邊外協(xié)廠的分布情況，確定哪些分總成外協(xié)，哪些分總成自制。需要外協(xié)的直接擴(kuò)散，對(duì)自制件需要做進(jìn)一步的工藝分析。

2.4 焊點(diǎn)分析

（1）統(tǒng)計(jì)計(jì)算自制分總成以及總成合攏時(shí)的所有焊點(diǎn)數(shù)量，CO2焊的焊縫條數(shù)及長(zhǎng)度；

（2）確定定形焊點(diǎn)。焊接過程一般通過組裝、焊接、補(bǔ)焊完成整個(gè)過程。由于工裝的限制與焊接通道的影響和設(shè)備的布置空間以及工位節(jié)拍的影響，不可能在一個(gè)工位完成所有焊點(diǎn)，但必須完成部分焊接工作，以保證工件離開夾具后的形狀尺寸，這部分焊點(diǎn)就是定形焊點(diǎn)。一般占總焊點(diǎn)數(shù)的1/3 左右。

（3）焊點(diǎn)分組，把一把焊鉗可以完成的焊點(diǎn)分為一組，以保證焊接設(shè)備的選型。

2.5 確定裝配焊接順序

以利于裝配、利于焊接并保證產(chǎn)品品質(zhì)為原則，確定裝配焊接順序，畫出較詳細(xì)的白車身焊合總成工藝樹圖，完成初步的工位劃分。要注意此工藝樹圖需明確到需要裝配焊接的單個(gè)零件，這樣才能有較準(zhǔn)確均衡的工位劃分。

2.6 生產(chǎn)線平面布置圖繪制

焊接生產(chǎn)車間是承載焊接結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的主要場(chǎng)地，如何合理地布置生產(chǎn)線，按時(shí)、按質(zhì)和按量地進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)地使用人力資源、機(jī)械設(shè)備和材料，就顯得十分重要了。生產(chǎn)線布置的關(guān)鍵，是功能區(qū)分明顯，簡(jiǎn)潔自然，物流順暢合理。

焊接生產(chǎn)線平面布置圖主要包括：鋼結(jié)構(gòu)的尺寸位置，工位拚臺(tái)的具體擺放及走向，工位物料的位置，成品物料的存放，工位間物料的輸送，物料上下線的輸送，各工位操作工、焊接設(shè)備的數(shù)量及布置，人行通道和物流通道的尺寸等內(nèi)容。

2.7 工裝方案概述

（1）明確夾具的結(jié)構(gòu)形式，以及選擇手動(dòng)，氣動(dòng)，電動(dòng)的原則，各種動(dòng)作方式占的比例；

（2）明確工位間的輸送吊運(yùn)方式及零件的上、下線方式；

（3）明確焊接方式及焊接設(shè)備的布置形式；

（4）明確生產(chǎn)線主要設(shè)備的品牌選擇；

（5）明確生產(chǎn)線水、電、氣以及CO2氣體的輸送方式。

2.8 組建項(xiàng)目開發(fā)團(tuán)隊(duì)

（1）建立項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，以項(xiàng)目的方式進(jìn)行運(yùn)作管理。一般結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 組織結(jié)構(gòu)圖

（2）分別對(duì)各個(gè)崗位進(jìn)行職責(zé)定義，使各個(gè)模塊各司其職。

2.9 預(yù)算編制

針對(duì)工藝方案，分項(xiàng)進(jìn)行預(yù)算編制，使決策層在決策時(shí)對(duì)費(fèi)用的投入一目了然，能夠很快做出判斷和取舍。

2.10 計(jì)劃編制

根據(jù)焊裝生產(chǎn)線開發(fā)的客觀規(guī)律，并結(jié)合項(xiàng)目的總體要求，編制詳細(xì)工作計(jì)劃。此計(jì)劃一般按下面各個(gè)階段制定：總體開發(fā)方案書編制階段，工裝方案設(shè)計(jì)階段，工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，工裝制造階段，工裝安裝調(diào)試階段，產(chǎn)品調(diào)試階段，小批生產(chǎn)階段，批量生產(chǎn)階段。

焊裝生產(chǎn)線總體工藝方案書編制完成，經(jīng)過審核批準(zhǔn)后，正式予以發(fā)布。之后根據(jù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的分工，進(jìn)入各個(gè)具體工位拚臺(tái)的方案設(shè)計(jì)階段。此階段工作既是對(duì)前面總體方案的細(xì)化，也是一種驗(yàn)證微調(diào)的過程，并且完成之后，可以作為區(qū)域工廠的工藝卡使用。

3 工裝方案設(shè)計(jì)

3.1 工位BOP

總體工藝方案中已經(jīng)畫出了工藝樹圖，工位BOP 只需要以爆炸圖的形式顯示，并詳細(xì)標(biāo)明零件圖號(hào)、零件名稱與零件數(shù)量即可。

3.2 焊點(diǎn)分布圖

把總體方案書中的焊點(diǎn)在各個(gè)工位產(chǎn)品圖中詳細(xì)標(biāo)出，并計(jì)算出數(shù)量和CO2焊縫長(zhǎng)度，對(duì)能用相同焊接設(shè)備焊接的焊點(diǎn)進(jìn)行分組。完成后還要根據(jù)時(shí)間節(jié)拍計(jì)算表的計(jì)算結(jié)果，把焊點(diǎn)向前后工位進(jìn)行增減分配。

3.3 設(shè)備人員分布圖

工位操作工數(shù)量及焊接設(shè)備的數(shù)量，一般參考兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）工件外形尺寸。外形尺寸＜1 000 mm×1 500 mm，數(shù)量為1；＜2 000 mm×1 500 mm，數(shù)量為1 ～2；＜3 000 mm×1 500 mm，數(shù) 量 為2 ～3；＜6 000 mm×1 500 mm，數(shù)量為3～4。

（2）焊接工作量和工位節(jié)拍。

3.4 時(shí)間節(jié)拍計(jì)算表

根據(jù)工人取件、裝夾、焊接、吊運(yùn)的操作順序，一步步進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)注意工人之間的協(xié)作時(shí)間，工人的等待時(shí)間等。單人操作最長(zhǎng)的時(shí)間，就是本工位的節(jié)拍時(shí)間。

3.5 拚臺(tái)方案圖

在拚臺(tái)方案圖中，需要標(biāo)明焊接高度，拚臺(tái)的大概形式，有無(wú)工作踏臺(tái)，工作踏臺(tái)的形式及高度等信息。

3.6 夾具方案圖

在夾具方案圖中，需要標(biāo)明本拚臺(tái)夾具的套數(shù)，每套的布置位置、定位方式（孔定位或者面定位）、夾緊方式（手動(dòng)或者氣動(dòng)）。

3.7 操作說明書

在上面的時(shí)間節(jié)拍計(jì)算表中，已經(jīng)列出了詳細(xì)的操作步驟，在操作說明書中只要把各個(gè)工人的動(dòng)作順序揉合在一起，并配以簡(jiǎn)單的工裝圖片、操作工作臺(tái)與工人的位置即可。

4 結(jié)束語(yǔ)

汽車焊裝生產(chǎn)線工藝方案的設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，只有在設(shè)計(jì)中反復(fù)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員、工裝設(shè)計(jì)人員、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員及具體施工人員反復(fù)溝通、討論，集合眾人的智慧，才能最終做出好的工藝方案設(shè)計(jì)，使隨后的工裝夾具設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔，使生產(chǎn)的布局更合理，物流更順暢，使以后的系列車型柔性化生產(chǎn)更容易實(shí)現(xiàn)。

[1]李文忠，高保雷，邵 丹. 淺析汽車車身的焊接工藝設(shè)計(jì)[J].汽車工藝與材料，2006，(2)：17-21，28.

[2]文廣南.淺議汽車焊接夾具的設(shè)計(jì)制作[J].焊接技術(shù)，1996，（4）：42-43.