高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線在汽車制造中的應(yīng)用研究

[摘 要]隨著汽車行業(yè)向著高效率，低成本，高質(zhì)量方向發(fā)展，其要求越來(lái)越高，其中，高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線作為關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)于提高汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要。文章以汽車制造高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線為重點(diǎn)，從提高生產(chǎn)效率、降低制造成本、改善產(chǎn)品質(zhì)量及提高生產(chǎn)線靈活性和適應(yīng)能力等方面進(jìn)行分析。介紹了構(gòu)成高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線所涉及的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)其在車身結(jié)構(gòu)高效焊接、多樣化車型的快速適應(yīng)和變換、高難度焊接任務(wù)的實(shí)現(xiàn)和整車組裝線高度集成中的應(yīng)用案例進(jìn)行研究，以期對(duì)汽車制造業(yè)發(fā)展起到支持作用。

[關(guān)鍵詞]高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線；汽車制造；生產(chǎn)效率；制造成本

[中圖分類號(hào)]TG409 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2024）06–0041–03

Research on the Application of High Flexibility Automated Welding Production Line in Automotive Manufacturing

LV Qiancheng

[Abstract]With the development of the automobile industry towards high efficiency， low cost and high quality， its requirements are getting higher and higher， among which， the highly flexible automatic welding production line is one of the key technologies， which is crucial to improve the competitiveness of the automobile manufacturing industry. This paper focuses on the high flexibility automatic welding production line of automobile manufacturing， and analyzes the aspects of improving production efficiency， reducing manufacturing cost， improving product quality and improving the flexibility and adaptability of production line. The key technologies of high flexibility automatic welding production line are introduced. The application cases in efficient welding of body structure， rapid adaptation and transformation of diversified models， realization of difficult welding tasks and high integration of vehicle assembly line are studied in order to support the development of automobile manufacturing industry.

[Keywords]high flexibility automated welding production line； automobile manufacturing； production efficiency； manufacturing costs

1 高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線在汽車制造中的優(yōu)勢(shì)

1.1 提高生產(chǎn)效率

利用高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線可顯著提高汽車零部件焊接速度及生產(chǎn)流程。通過(guò)高度集成自動(dòng)化技術(shù)可使生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行，縮短人工換模及調(diào)整設(shè)備所需時(shí)間，使生產(chǎn)效率得到顯著提高。

以焊接機(jī)器人為例，其的使用既可保證焊接作業(yè)連續(xù)完成，又可根據(jù)實(shí)時(shí)生產(chǎn)需要對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而保證生產(chǎn)線不會(huì)因?yàn)榧夹g(shù)調(diào)整出現(xiàn)停滯現(xiàn)象。

1.2 降低制造成本

自動(dòng)化設(shè)備的高效運(yùn)行，可減少對(duì)人工操作的依賴并直接降低勞動(dòng)力成本。同時(shí)機(jī)器人焊接精準(zhǔn)度可極大地減少原材料浪費(fèi)，尤其優(yōu)化焊接時(shí)材料利用率，減少原材料成本。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，自動(dòng)化生產(chǎn)線運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性減少了設(shè)備故障率與維護(hù)成本，并進(jìn)一步擠壓了遠(yuǎn)期運(yùn)營(yíng)成本。另外，智能化的檢測(cè)和反饋機(jī)制保證生產(chǎn)過(guò)程品質(zhì)的一致性，減少了不合格品的輸出，降低了返工或廢品處理所增加的費(fèi)用，進(jìn)而降低了制造成本。

1.3 提升產(chǎn)品質(zhì)量

通過(guò)使用先進(jìn)焊接技術(shù)及精密控制系統(tǒng)保證焊接過(guò)程穩(wěn)定、重復(fù)，使產(chǎn)品一致性、可靠性明顯提高。自動(dòng)化的焊接過(guò)程減少了人為錯(cuò)誤，通過(guò)精確控制焊接參數(shù)（例如，電流，電壓，焊接速度及路徑等），確保焊接質(zhì)量符合最高標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，一體化智能化檢測(cè)和反饋機(jī)制可對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使產(chǎn)品質(zhì)量得到進(jìn)一步提升。

1.4 增強(qiáng)生產(chǎn)線的靈活性與適應(yīng)能力

高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線采用模塊化設(shè)計(jì)與智能控制系統(tǒng)相結(jié)合的方式，可快速滿足不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的需要，達(dá)到快速換模與調(diào)節(jié)的目的。不管是新產(chǎn)品投產(chǎn)速度快，還是原有產(chǎn)品改動(dòng)速度快，均能用最少時(shí)間完成生產(chǎn)線調(diào)整工作，保證生產(chǎn)連續(xù)靈活。同時(shí)，高柔性生產(chǎn)線可根據(jù)訂單需求自動(dòng)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)量，有效地應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求波動(dòng)。

2 高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線在汽車制造中的組成與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 焊接機(jī)器人

焊接機(jī)器人技術(shù)特點(diǎn)及適用范圍直接決定著該生產(chǎn)線性能及效率。機(jī)器人設(shè)計(jì)了高級(jí)機(jī)械臂，裝備了多自由度關(guān)節(jié)并能準(zhǔn)確地在復(fù)雜空間中運(yùn)行，完成多種角度及位置的焊接任務(wù)，以適應(yīng)復(fù)雜汽車零部件焊接需要。焊接機(jī)器人在精密的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)作用下可實(shí)現(xiàn)高精度路徑跟蹤并確保焊接均勻穩(wěn)定，進(jìn)而改善焊接接頭質(zhì)量。焊接機(jī)器人具有智能化程度高等特點(diǎn)，能夠根據(jù)焊接數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)編程以實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程自動(dòng)化與智能化。這樣既大幅提高了生產(chǎn)效率又保證了焊接質(zhì)量一致可靠。同時(shí)，焊接機(jī)器人還可與生產(chǎn)線中其他自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)縫融合，并通過(guò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換及協(xié)調(diào)操作進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)流程，縮短停機(jī)時(shí)間，減少生產(chǎn)延誤事件的發(fā)生。焊接機(jī)器人在使用過(guò)程中還表現(xiàn)出了極強(qiáng)的靈活性，能夠迅速地適應(yīng)各種產(chǎn)品及生產(chǎn)需求變化。

2.2 焊接電源與控制系統(tǒng)

焊接電源及控制系統(tǒng)在高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線中負(fù)責(zé)為焊接過(guò)程提供平穩(wěn)可靠的電源輸出并對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確控制以確保焊接過(guò)程優(yōu)質(zhì)高效地進(jìn)行。焊接電源須有高穩(wěn)定性及寬調(diào)節(jié)范圍才能滿足不同焊接要求及材料特性?，F(xiàn)代焊接電源應(yīng)用先進(jìn)電力電子技術(shù)及控制算法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電流、電壓及功率等參數(shù)的準(zhǔn)確控制，保證焊接時(shí)熱輸入平穩(wěn)，避免出現(xiàn)焊接缺陷等?？刂葡到y(tǒng)在焊接電源與焊接機(jī)器人間起著橋梁作用，其通過(guò)先進(jìn)的算法與用戶界面實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程精確控制與管理。該系統(tǒng)可存儲(chǔ)各種焊接參數(shù)的設(shè)定，并支持快速切換、自動(dòng)調(diào)整等功能，滿足各種焊接任務(wù)及生產(chǎn)需求。該控制系統(tǒng)還有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，能夠?qū)附訝顟B(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，并對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，保證了焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠。另外，焊接電源及控制系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)支持遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷功能，使生產(chǎn)管理人員可實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)線狀態(tài)，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題，提高生產(chǎn)線運(yùn)行效率與可靠性。

2.3 焊接夾具與定位系統(tǒng)

焊接夾具及定位系統(tǒng)在高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線中主要確保被焊接零件的精確定位和固定，從而保障焊接過(guò)程的質(zhì)量和效率。焊接夾具不但要求精確度高，穩(wěn)定性好，能滿足高速，連續(xù)生產(chǎn)的要求，而且還具有靈活性以迅速適應(yīng)各種部件及產(chǎn)品的變化。高度自定義夾具設(shè)計(jì)使每一個(gè)具體部件在焊前均能夠得到精確定位并牢固固定，保證焊接接頭位置精度及最終產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)代焊接生產(chǎn)線夾具系統(tǒng)為增強(qiáng)生產(chǎn)線適應(yīng)性與靈活性，常采用模塊化與可編程設(shè)計(jì)思想，以快速替換夾具組件或調(diào)節(jié)夾具參數(shù)以滿足不同產(chǎn)品需求為手段，以減少產(chǎn)品換型時(shí)間并提高生產(chǎn)效率。定位系統(tǒng)和焊接夾具協(xié)同作業(yè)，利用高精度傳感器及控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)零件精準(zhǔn)定位。這類系統(tǒng)主要由先進(jìn)的定位技術(shù)，如視覺識(shí)別系統(tǒng)和激光掃描系統(tǒng)組成，能夠自動(dòng)確定部件的位置和姿勢(shì)，從而為夾具系統(tǒng)提供精確調(diào)整的指導(dǎo)。

2.4 智能化檢測(cè)與反饋機(jī)制

反饋機(jī)制利用集成的傳感器網(wǎng)絡(luò)、圖像識(shí)別技術(shù)及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)，例如焊接電流、電壓、焊縫溫度和焊縫形成質(zhì)量等。將關(guān)鍵信息反饋至控制系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，在發(fā)現(xiàn)有偏差或質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)或觸發(fā)報(bào)警以確保焊接質(zhì)量一致可靠。智能化檢測(cè)系統(tǒng)可通過(guò)深度學(xué)習(xí)與分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中可能存在的問(wèn)題并對(duì)設(shè)備維護(hù)需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，以便提前采取應(yīng)對(duì)措施避免生產(chǎn)中斷。

3 高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線在汽車制造中的應(yīng)用

3.1 車身結(jié)構(gòu)的高效焊接

就汽車制造而言，車身結(jié)構(gòu)焊接是確保汽車安全性、耐用性及美觀性至關(guān)重要的一環(huán)。高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線以先進(jìn)的工藝與裝備在車身結(jié)構(gòu)焊接中顯示出明顯的優(yōu)越性。該生產(chǎn)線所使用的焊接機(jī)器人可在空間復(fù)雜路徑上準(zhǔn)確運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)車身不同位置和材質(zhì)的精密焊接。同時(shí)，高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線可針對(duì)不同的型號(hào)及設(shè)計(jì)要求對(duì)焊接參數(shù)及焊接路徑進(jìn)行快速的調(diào)節(jié)。這種高靈活性與適應(yīng)性使車身設(shè)計(jì)發(fā)生改變后，生產(chǎn)線能夠不需要進(jìn)行大范圍改造就能滿足新的生產(chǎn)需要，明顯降低生產(chǎn)成本與工期。智能化檢測(cè)和反饋機(jī)制則可對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證每一個(gè)焊點(diǎn)均符合最優(yōu)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，降低缺陷發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)效率。

3.2 多樣化車型的快速適應(yīng)與轉(zhuǎn)換

汽車市場(chǎng)的發(fā)展需要生產(chǎn)線能快速適應(yīng)各種型號(hào)的產(chǎn)品，而高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線采用模塊化設(shè)計(jì)及智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線快速調(diào)節(jié)與變換，可以極短時(shí)間滿足新機(jī)型生產(chǎn)需求。這一快速生產(chǎn)轉(zhuǎn)換能力使汽車制造商能對(duì)市場(chǎng)變化做出及時(shí)反應(yīng)，減少新車型上市周期并增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線中，焊接機(jī)器人及夾具系統(tǒng)能夠通過(guò)簡(jiǎn)單編程與調(diào)節(jié)迅速適應(yīng)各種車身尺寸與結(jié)構(gòu)的焊接要求。這種靈活性對(duì)多樣化車型的生產(chǎn)顯得格外重要，其可有效縮短由于換型而造成生產(chǎn)停滯的時(shí)間，確保生產(chǎn)效率。同時(shí)智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)可根據(jù)訂單需求自動(dòng)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化，保證不同型號(hào)產(chǎn)品高效、有序生產(chǎn)。

3.3 高難度焊接任務(wù)的實(shí)現(xiàn)

汽車制造中難度較大的焊接任務(wù)通常對(duì)焊接技術(shù)與裝備有極高的要求。高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線以其所擁有的先進(jìn)工藝與裝備可有效應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，并完成復(fù)雜且難度較大的焊接任務(wù)。生產(chǎn)線焊接機(jī)器人靈活性高、精確度高，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間位置下準(zhǔn)確焊接作業(yè)，解決了傳統(tǒng)手工焊接難以滿足的精細(xì)焊接需求。尤其在焊接薄壁材料、異種材料連接和高強(qiáng)度材料焊接等方面，高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線可通過(guò)精細(xì)調(diào)整焊接的各種參數(shù)，例如，焊接的速度、電流和電壓，并結(jié)合尖端的焊接方法，如激光焊接或電子束焊接技術(shù)，以確保焊接的穩(wěn)定性和高質(zhì)量，有效地避免了焊接時(shí)產(chǎn)生熱變形及焊接缺陷等問(wèn)題，達(dá)到了高難度焊接任務(wù)質(zhì)量要求。

3.4 整車組裝線的高度集成

將高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線應(yīng)用于整車組裝工藝中，可提高生產(chǎn)效率，降低成本及確保產(chǎn)品質(zhì)量等。該生產(chǎn)線集成性高，可使單個(gè)零部件焊接至整車組裝這一完整生產(chǎn)流程得以高效平穩(wěn)過(guò)渡，大幅縮短生產(chǎn)周期和生產(chǎn)效率。在整車的組裝流程中，高柔性的自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線與其他如自動(dòng)化螺絲擰緊機(jī)、機(jī)器人噴涂設(shè)備和自動(dòng)化裝配機(jī)等自動(dòng)化組裝工具緊密結(jié)合，確保了整個(gè)生產(chǎn)流程的無(wú)縫連接。該高度集成生產(chǎn)線可自動(dòng)識(shí)別各裝配階段要求，并由智能控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍及工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證整車裝配過(guò)程高效平穩(wěn)。同時(shí)在整車組裝線中建立智能化檢測(cè)和反饋機(jī)制，保證高標(biāo)準(zhǔn)組裝質(zhì)量。通過(guò)對(duì)裝配過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)及完成狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與檢測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決，降低缺陷產(chǎn)品輸出，確保整車產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)。該智能化生產(chǎn)方式在提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，也為汽車制造商帶來(lái)了更高的生產(chǎn)靈活性與市場(chǎng)響應(yīng)能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

將高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線應(yīng)用于汽車制造中顯示出了極大潛力與廣闊前景。通過(guò)持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用深化可有效提高汽車制造效率，質(zhì)量及成本控制能力，并進(jìn)一步提高生產(chǎn)線靈活性及適應(yīng)性。隨著汽車行業(yè)對(duì)高效率和高質(zhì)量的不斷追求，高柔性自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線研究和應(yīng)用將繼續(xù)成為該領(lǐng)域中的重要發(fā)展方向，其在促進(jìn)全球汽車制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)方面，將會(huì)起到越來(lái)越大的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 高飛，曹振.自動(dòng)化焊接技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用策略[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（21）：200-201.