解放J7高端重卡焊裝線規(guī)劃與實(shí)踐

■ 朱西產(chǎn)，王洪杰

1. 數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用

在激烈的市場競爭環(huán)境下，汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，傳統(tǒng)的白車身工藝規(guī)劃技術(shù)已不能滿足汽車生產(chǎn)周期縮短的要求。隨著計(jì)算機(jī)輔助工程和仿真技術(shù)的逐漸成熟，以數(shù)字化工廠技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中的設(shè)計(jì)、制造、裝配等功能，并對(duì)其生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，這促使汽車制造企業(yè)從傳統(tǒng)制造模式向數(shù)字化制造模式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速、低成本和高質(zhì)量的制造。

（1）廠房3 D數(shù)字化設(shè)計(jì) 應(yīng)用BIM軟件建立建筑、結(jié)構(gòu)、公用管線和公共設(shè)備三維模型，主要解決干涉碰撞問題以及介質(zhì)管道優(yōu)化排布問題。通過漫游巡視，輔助設(shè)計(jì)師進(jìn)行空間視角的優(yōu)化。

人員，輸出干涉問題33項(xiàng)，干涉點(diǎn)1000多個(gè)，圖樣問題33項(xiàng)。針對(duì)干涉檢查出的問題，設(shè)計(jì)人員對(duì)干涉位置進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，避免現(xiàn)場施工時(shí)返工和出現(xiàn)重大設(shè)計(jì)變更，如圖1、圖2所示。

（2）工藝3D設(shè)計(jì)與仿真 按照現(xiàn)場實(shí)際集成情況，將生產(chǎn)線中機(jī)器人、夾具、鋼結(jié)構(gòu)、控制柜等所有設(shè)備在三維軟件中1:1繪制3D平面圖，提高規(guī)劃準(zhǔn)確率，提高現(xiàn)場集成效率，避免因現(xiàn)場出現(xiàn)設(shè)備干涉而造成返工，如圖3、圖4所示。

圖1 現(xiàn)實(shí)與虛擬廠房設(shè)計(jì)

圖2 3D干涉檢查輸出表

主焊線、地板線和車門線自動(dòng)區(qū)所有焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人和涂膠機(jī)器人使用ROBCAD進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)；頂蓋線自動(dòng)區(qū)焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人和涂膠機(jī)器人首次使用PS進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。通過建立自動(dòng)區(qū)各個(gè)工位的虛擬模型，搭建虛擬仿真環(huán)境，結(jié)合規(guī)劃提供的焊點(diǎn)信息和焊接軌跡，實(shí)現(xiàn)了焊點(diǎn)可達(dá)性、焊接路徑和多個(gè)機(jī)器人焊接干涉的仿真；輸出了機(jī)器人離線程序，導(dǎo)入現(xiàn)場機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)調(diào)試；輸出工位操作時(shí)序的Gantt圖和生產(chǎn)節(jié)拍表，驗(yàn)證了焊接工序和機(jī)器人規(guī)劃的合理性。

（3）詳細(xì)規(guī)劃線纜線槽 形成了J7項(xiàng)目線槽標(biāo)準(zhǔn)，按實(shí)際集成1:1規(guī)劃線槽、線纜、水氣管，明確每種設(shè)備每根電纜的走向，明確線體內(nèi)水氣管路，詳細(xì)到接頭三通，提高了前期提料的準(zhǔn)確率，減少了線槽、線纜、水氣管路的浪費(fèi)。規(guī)劃位置、數(shù)量準(zhǔn)確，減少了返工時(shí)間，提高了施工效率，如圖5所示。

2. 焊裝線工藝亮點(diǎn)

作為汽車制造過程的四大工藝之一，汽車焊裝生產(chǎn)線向自動(dòng)化、柔性化和省人化發(fā)展是必然趨勢。

J7駕駛室焊裝線秉承高自動(dòng)化、高柔性化和省人化的原則進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。J7駕駛室焊裝線自動(dòng)化率為61%，比J6駕駛室焊裝線高93.5%；預(yù)留了駕駛室長/短、寬/窄和高/矮變化的規(guī)劃；同J6駕駛室焊裝線相比省人30%。

（1）自動(dòng)化程度高 J7駕駛室共由169種零件裝配而成。白車身共有3822個(gè)焊點(diǎn)，加工深度100%。焊裝線采用67個(gè)機(jī)器人，完成焊接、搬運(yùn)、涂膠、螺柱焊和滾邊等工藝，焊點(diǎn)自動(dòng)化率達(dá)到61%。

主焊線、地板線、頂蓋線和車門線自動(dòng)化率為100%。其中作為國內(nèi)首條全自動(dòng)金屬高頂頂蓋線，機(jī)器人搬運(yùn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)輸送形式；全線應(yīng)用電伺服焊鉗，實(shí)現(xiàn)綠色制造；焊接和涂膠自動(dòng)化率100%，如圖6所示。

3.2 光滑面Keyes記分 大鼠牙光滑面齲損只觀察到E級(jí)、Ds級(jí)，Dm、Dx級(jí)均未觀察到。E級(jí)齲損、Ds級(jí)齲損中紫地榆不同提取物組與蒸餾水組比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。但紫地榆不同提取物組與NaF組比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；紫地榆不同提取物組間比較，差異均沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。且NaF組未觀察到Ds級(jí)齲損。見表2。

圖3 J7主焊線3D平面圖

圖4 J7頂蓋線3D平面圖

圖5 線纜線槽3D設(shè)計(jì)

圖6 虛擬與現(xiàn)實(shí)J7頂蓋線

（2）柔性化程度高 主線主拼采用框架夾具形式，產(chǎn)品柔性高，夾具結(jié)構(gòu)簡單，如圖7所示。主焊線輥床臺(tái)面寬度設(shè)計(jì)為780mm，為可能存在的窄車作主定位空間變換預(yù)留。主焊線上的焊接主定位已預(yù)留切換空間，可通過增加定位切換實(shí)現(xiàn)不同車型的定位焊接。

（3）省人化設(shè)計(jì) 凸焊工作量：左地板凸焊18個(gè)螺母（Q36408）；右地板凸焊11個(gè)螺母（Q36408）和4個(gè)螺栓（Q1980820）。左/右地板重量為25.7kg，若采用傳統(tǒng)的人工凸焊需要5名操作者，其中4名操作者抬著零件，1名操作者操作凸焊機(jī)。

這種傳統(tǒng)的人工凸焊工藝，工作效率低且工作強(qiáng)度大。為了改善這一情況，我們采用了自動(dòng)凸焊的方案。

左/右地板自動(dòng)凸焊區(qū)工作內(nèi)容：左/右地板凸焊螺母、螺栓。凸焊區(qū)的主要設(shè)備及工裝：1臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人、2臺(tái)固定凸焊機(jī)、1臺(tái)螺母輸送機(jī)、1臺(tái)螺栓輸送機(jī)和2套上/下料臺(tái)。零件上/下件方式為人工操作吊具上/下件，如圖8所示。

通過上述工藝改善，我們單班節(jié)省了3名操作者，同時(shí)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3. 綠色與安全設(shè)計(jì)

汽車制造產(chǎn)業(yè)要適應(yīng)時(shí)代潮流，在汽車的整個(gè)生命周期內(nèi)，要綜合考慮資源節(jié)約和環(huán)境友好的理念，實(shí)施綠色制造。國家制定了相關(guān)政策，汽車制造企業(yè)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，走綠色制造之路。作為考核企業(yè)的第一指標(biāo)，國家法規(guī)明確了安全生產(chǎn)的具體內(nèi)容。我們?cè)诤秆b線設(shè)計(jì)時(shí)考慮主動(dòng)安全和被動(dòng)安全兩個(gè)方面，讓我們的員工能在安全的環(huán)境下進(jìn)行生產(chǎn)。

（1）綠色設(shè)計(jì) J7駕駛室焊裝線的焊接機(jī)器人全部采用伺服焊接技術(shù)，與氣動(dòng)焊鉗相比，伺服焊鉗不使用壓縮空氣，節(jié)省了空壓站的經(jīng)濟(jì)投入以及制氣的電能消耗，同時(shí)降低了焊鉗產(chǎn)生的噪聲。

所有機(jī)器人應(yīng)用中頻焊接技術(shù)，與工頻焊接技術(shù)相比節(jié)約電能60%。應(yīng)用廠房整體除塵及工位除塵相結(jié)合的方式，消除傳統(tǒng)焊裝煙霧繚繞的景象，如圖9所示。

（2）安全設(shè)計(jì) 通過對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的識(shí)別，懸掛警示標(biāo)牌。風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分為三個(gè)等級(jí)：綠色區(qū)域?yàn)闊o危險(xiǎn)區(qū)，可以一直有人存在；粉色區(qū)域?yàn)榻?jīng)?；蛘叱掷m(xù)有人存在，需要采取特殊的安全措施；黃色區(qū)域?yàn)槲ｋU(xiǎn)區(qū)，不允許有人進(jìn)入。

圖7 J7主焊線框架夾具

圖8 地板自動(dòng)凸焊區(qū)

圖9 廠房整體排煙除塵裝置

對(duì)于存在安全風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域，我們通過安全圍欄、安全門鎖、光柵和激光掃描器的組合進(jìn)行安全防范，保證異常情況下操作人員的安全，如圖10所示。

4. 智能焊裝設(shè)計(jì)

（1）智能目標(biāo) J7駕駛室焊裝線智能設(shè)計(jì)的目標(biāo)為計(jì)劃管理與生產(chǎn)跟蹤、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與實(shí)時(shí)監(jiān)控、設(shè)備全生命周期管理、質(zhì)量管理、庫存及物流管理、能源管理和智能統(tǒng)計(jì)分析，如圖11所示。

（2）功能模塊 ERP生產(chǎn)計(jì)劃轉(zhuǎn)化成MES系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃，下發(fā)至機(jī)器人，形成生產(chǎn)作業(yè)工單，制造環(huán)節(jié)開始，在制造過程中，有能源、物流、質(zhì)量、設(shè)備、實(shí)績等模塊將收集的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，支撐相關(guān)人員的技術(shù)、管理工作。制造完成后，物流管理模塊對(duì)于半成品、成品等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)反饋至庫存管理，最終反應(yīng)到生產(chǎn)計(jì)劃。

圖10 安全設(shè)備的組合應(yīng)用

圖11 J7智能焊裝設(shè)計(jì)目標(biāo)

5. 結(jié)語

隨著汽車駕駛室的多樣化和復(fù)雜化以及生產(chǎn)周期的快速更替，未來汽車車身制造將會(huì)在機(jī)器人自動(dòng)化、柔性化和省人化方面繼續(xù)發(fā)展。結(jié)合焊接技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)方向，一汽解放新一代卡車J7駕駛室廣泛采用新工藝和新技術(shù)，提高自身的制造過程能力。

一汽力求發(fā)展自主品牌的研發(fā)與制造，未來將圍繞一汽自主品牌J7駕駛室的系列產(chǎn)品，秉承安全、優(yōu)質(zhì)和高效的原則，不斷完善焊接工藝技術(shù)，不斷提高焊接質(zhì)量和工藝水平，同時(shí)也為行業(yè)積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

汽車工業(yè)的發(fā)展水平代表了一個(gè)國家的綜合技術(shù)水準(zhǔn)，汽車工業(yè)的發(fā)展必將帶動(dòng)其他行業(yè)的發(fā)展。車身作為汽車重要的組成部分，其焊接技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用必將推動(dòng)汽車乃至各行各業(yè)的飛速發(fā)展。一汽解放將以積極的姿態(tài)為汽車行業(yè)發(fā)展和中國智能制造做出更多的貢獻(xiàn)。

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