某車(chē)型行李艙蓋區(qū)域工藝方案分析及優(yōu)化

隨著汽車(chē)行業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的白車(chē)身焊裝生產(chǎn)線的工藝方案可能已經(jīng)逐漸顯露出一些局限性，難以滿足日益增長(zhǎng)的訂單需求，并且在質(zhì)量控制方面也存在挑戰(zhàn)。

因此，工藝方案的平面布局如何優(yōu)化工藝方案和生產(chǎn)線節(jié)拍，合理規(guī)劃焊接順序，配置夾具設(shè)備，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)保證焊接質(zhì)量等，一直都是汽車(chē)制造工廠不斷探索突破的重要課題，需要不斷地改進(jìn)和優(yōu)化。

行李艙蓋區(qū)域工藝方案概覽

焊裝車(chē)間的行李艙蓋總成通常由內(nèi)板總成和外板總成通過(guò)折邊工藝拼合而成。而內(nèi)板總成涉及到多個(gè)零件的組合焊接，焊接方式通常為點(diǎn)焊或者激光飛行焊。外板總成分為三個(gè)外板零件，即由上板、中板及下板拼合而成，連接技術(shù)通常使用激光釬焊，既可以保證強(qiáng)度，又可以確保零件外觀面的美觀及較好的密封性。

按照工位的順序來(lái)看，行李艙蓋區(qū)域可以分為外板人工上件工位、外板激光焊接工位、內(nèi)板自動(dòng)上件工位、內(nèi)板組焊工位、涂膠工位、折邊工位、加熱固化工位、質(zhì)量檢查導(dǎo)出工位、在線測(cè)量工位、打磨返修工位及自動(dòng)下件工位等。

(1）外板人工上件工位工人將行李艙蓋外板的上板、中板、下板置于上件臺(tái)上，人工上件口設(shè)有光柵或卷簾門(mén)以確保安全。工人上件后由機(jī)器人抓手抓件轉(zhuǎn)運(yùn)至激光房進(jìn)行焊接。工人在上件前需要對(duì)零件外觀進(jìn)行檢查，是否有臟污、變形、磕碰傷及劃痕等。

(2）外板激光焊工位通常使用激光釬焊焊接。激光釬焊是利用高能激光束加熱并熔化釬料填充焊縫，并通過(guò)熔融釬料的潤(rùn)濕作用連接母材形成永久連接效果的激光焊接技術(shù)。由于該技術(shù)焊縫組織細(xì)小，接頭性能良好，焊接成形好，外觀美觀漂亮，焊接一致性好等優(yōu)點(diǎn)，通常被應(yīng)用于白車(chē)身上對(duì)于焊接變形要求高的工件或?qū)缚p表面質(zhì)量要求高的工件，例如行李艙蓋外板和頂蓋等。圖1所示為激光釬焊工位樣例。

(3）內(nèi)板的自動(dòng)上件工位采用精度料框，由物流叉車(chē)負(fù)責(zé)上件，上件工位擺放雙并料框，抓件時(shí)依靠抓手上的視覺(jué)引導(dǎo)相機(jī)及距離傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓件。這里對(duì)精度料框的加工制造質(zhì)量有一定的要求，需要在一定范圍內(nèi)保證料框的關(guān)鍵尺寸一致性。在生產(chǎn)線前期試裝期間，需要焊裝規(guī)劃部門(mén)與物流、維修、線體商及料框廠家聯(lián)合推動(dòng)，通過(guò)不斷提升料框質(zhì)量及機(jī)器人調(diào)試，實(shí)現(xiàn)較低的抓件報(bào)錯(cuò)率。

(4）內(nèi)板組焊工位目前主要有兩種焊接方式，一種為傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊，另一種為激光掃描焊，也叫激光飛行焊。傳統(tǒng)點(diǎn)焊成本較低，點(diǎn)焊系統(tǒng)通常由焊接控制柜、焊接變壓器和焊鉗組成。激光掃描焊通常應(yīng)用于車(chē)門(mén)窗框、行李艙蓋內(nèi)板、側(cè)圍等零件位置，如果零件結(jié)構(gòu)允許，也可以采用傳統(tǒng)電阻點(diǎn)焊或者阿普拉斯焊代替。

（5）涂膠工位目前焊裝車(chē)間白車(chē)身主要使用的膠水有結(jié)構(gòu)膠、減振膨脹膠及以折邊膠三種。結(jié)構(gòu)膠主要使用在內(nèi)板點(diǎn)焊合拼零件之間，配合焊點(diǎn)起到粘結(jié)作用，受熱固化后強(qiáng)度非常高；減振膨脹膠主要填充在內(nèi)外板之間，起到減弱外板振動(dòng)產(chǎn)生噪聲的作用；折邊膠則是內(nèi)外板合拼折邊處使用，固化后起到粘結(jié)作用。涂膠系統(tǒng)通常集成了涂膠檢測(cè)功能，可以在膠槍工作的同時(shí)對(duì)涂膠狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)發(fā)生位置偏移、斷膠等質(zhì)量問(wèn)題時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修正。

(6）折邊工位目前汽車(chē)廠常見(jiàn)的折邊方式主要有手工折邊、模具折邊、機(jī)器人折邊和專(zhuān)機(jī)折邊。本文中行李艙蓋區(qū)域使用的是機(jī)器人折邊工藝。折邊工藝是白車(chē)身外覆蓋件的重要工藝，可以形成光滑邊緣替代板材毛邊，提升美觀并且提高外覆蓋件的密封性能及尺寸匹配質(zhì)量。折邊工藝通過(guò)外板的邊緣翻邊彎曲變形將內(nèi)板包壓，常見(jiàn)形式有水平折邊、垂直折邊和水滴折邊等，圖2所示為折邊區(qū)域截面示意圖。

（7）加熱固化工位通過(guò)電磁感應(yīng)加熱，對(duì)折邊膠進(jìn)行預(yù)固化，起到固定內(nèi)外板防止竄動(dòng)的作用以保證零件尺寸。這是由于未徹底固化的折邊膠無(wú)法有效連接內(nèi)外板，在后續(xù)的零件轉(zhuǎn)運(yùn)、車(chē)身裝配等工序受到外力作用，并且還會(huì)有零件本身的應(yīng)力釋放，使內(nèi)外板發(fā)生一定程度的變形和位移，導(dǎo)致整車(chē)裝配間隙平順度出現(xiàn)超差問(wèn)題。通常雙組份膠配合加熱固化工藝，也可以使用單邊焊工藝通過(guò)10個(gè)左右的焊點(diǎn)來(lái)固定內(nèi)外板相對(duì)位置。

（8）質(zhì)量檢查導(dǎo)出工位當(dāng)機(jī)器人焊接或涂膠發(fā)生質(zhì)量報(bào)警，零件會(huì)被機(jī)器人抓放到導(dǎo)出轉(zhuǎn)臺(tái)，由人工進(jìn)行二次確認(rèn)。如確定有質(zhì)量問(wèn)題則進(jìn)行返修處理，如果零件質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)題則可以通過(guò)程序控制返回生產(chǎn)線。

(9）在線測(cè)量工位機(jī)器人攜帶檢測(cè)頭對(duì)放置在檢測(cè)工裝上的總成零件進(jìn)行尺寸檢測(cè)，以確保零件尺寸實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整。

（10）打磨返修工位處理零件表面劃傷等問(wèn)題，一般是自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)將零件從線體內(nèi)轉(zhuǎn)出。由于本車(chē)型行李艙蓋零件為鋁件，需要規(guī)劃單獨(dú)的打磨房，以避免鋁粉塵的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。需要注意的是，鋁打磨工位使用的打磨工具不能與鋼打磨工具混用，并且打磨區(qū)域內(nèi)照明需使用防爆燈。

（11）自動(dòng)下件工位與內(nèi)板自動(dòng)上件工位相似，通過(guò)使用精度料框，機(jī)器人將總成零件放入滿框后由人工叉車(chē)或自動(dòng)叉車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)，自動(dòng)上下件工位樣例如圖3所示。

行李艙蓋區(qū)域工藝布局方案分析優(yōu)化

制定行李艙蓋區(qū)域的工藝規(guī)劃布局方案，主要需考慮車(chē)型種類(lèi)數(shù)量、設(shè)計(jì)產(chǎn)能節(jié)拍及后期換代改款等因素。本文中所討論的某車(chē)型行李艙蓋區(qū)域?yàn)閱我卉?chē)型生產(chǎn)線，產(chǎn)能規(guī)劃36件/h，即每小時(shí)可生產(chǎn)36套總成零件下線。

總體上可以分為3個(gè)PLC區(qū)域，即一區(qū)內(nèi)板分總成區(qū)域、二區(qū)外板分總成區(qū)域和三區(qū)總成合拼區(qū)域。

在一區(qū)內(nèi)板分總成區(qū)域，先由機(jī)器人從內(nèi)板大件的精度料框中取件，同時(shí)另一臺(tái)機(jī)器人從小件抽屜中取件。分別轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)板組焊工位進(jìn)行合拼，形成內(nèi)板分總成后轉(zhuǎn)運(yùn)至一區(qū)與三區(qū)之間的緩存區(qū)域。

二區(qū)的外板分總成區(qū)域，則是由人工上件三個(gè)外板零件到手動(dòng)上件臺(tái)，之后由機(jī)器人抓件送到外板激光房進(jìn)行激光釬焊工藝。完成后再組焊一個(gè)小件，之后由轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人將外板分總成轉(zhuǎn)運(yùn)至二區(qū)和三區(qū)之間的緩存區(qū)域。

三區(qū)為總成件合拼區(qū)域，內(nèi)板由機(jī)器人從緩存臺(tái)上抓取進(jìn)行涂膠，即減振膨脹膠。另一臺(tái)機(jī)器人從緩存臺(tái)上抓取外板分總成，放置在折邊工裝上，然后由涂膠機(jī)器人涂雙組份折邊膠，完成后由轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人將內(nèi)板分總成放置到外板上，然后進(jìn)行折邊工藝。多臺(tái)折邊機(jī)器人合作完成折邊工藝后，由七軸轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人從折邊工裝上抓件放置到加熱固化工裝上，進(jìn)行加熱固化工藝，下一步則是由機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)到在線測(cè)量和總成下件工位。圖4為單一車(chē)型行李艙蓋區(qū)域工藝布局示例。

可以看出，該行李艙蓋區(qū)域的工藝方案簡(jiǎn)單清晰，布局合理，預(yù)留了充分的線邊物流區(qū)域。同時(shí)該方案的局限性也比較明顯，主要為以下幾個(gè)方面：

（1）生產(chǎn)靈活性差單一車(chē)型焊裝生產(chǎn)線通常為專(zhuān)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)，僅適用于一種車(chē)型的生產(chǎn)。當(dāng)需要生產(chǎn)其他車(chē)型時(shí)，必須重新規(guī)劃和調(diào)整生產(chǎn)線，包括重新設(shè)計(jì)夾具、調(diào)整設(shè)備布局以及重新調(diào)試工藝參數(shù)等，增加了項(xiàng)目成本，還延長(zhǎng)了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率。

(2）技術(shù)要求高單一車(chē)型焊裝生產(chǎn)線對(duì)工藝和設(shè)備精度要求較高，需要高度定制化夾具。這種設(shè)計(jì)思路限制了生產(chǎn)線的通用性和適應(yīng)性。

(3）重復(fù)投資成本高當(dāng)需要新車(chē)型時(shí)，原有的焊裝車(chē)間生產(chǎn)線無(wú)法直接利用，除了工藝線體本身，還涉及廠房公用動(dòng)力設(shè)施的重復(fù)投資，增加了投資壓力。

(4）占地面積與資源浪費(fèi)單車(chē)型生產(chǎn)線每個(gè)車(chē)型都需要有獨(dú)立的工藝島和相應(yīng)的物流區(qū)，這對(duì)廠房

占地面積的需求也更高。

在考慮后續(xù)車(chē)型項(xiàng)目的規(guī)劃投資效益時(shí)，可以將該工藝區(qū)設(shè)計(jì)成多車(chē)型柔性化生產(chǎn)線。由于不同車(chē)型的行李艙蓋結(jié)構(gòu)基本一致，主要工藝流程不需要做出改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)。

線體內(nèi)的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)共享，不同車(chē)型切換不同程序即可，工裝考慮設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)切換模式，抓手則考慮使用停放站進(jìn)行多車(chē)型切換，自動(dòng)上件的內(nèi)外板精度料框可以共用料庫(kù)。同時(shí)在工裝夾具和抓手上都會(huì)安裝有車(chē)型識(shí)別傳感器，作為防錯(cuò)系統(tǒng)以防不同車(chē)型零件混用。優(yōu)化后的多車(chē)型柔性化行李艙蓋生產(chǎn)線示意如圖5所示。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是可以在一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)三車(chē)型甚至四車(chē)型的行李艙蓋總成零件，極大節(jié)約了新車(chē)型生產(chǎn)線的硬件投資成本。但是需要注意車(chē)型切換對(duì)產(chǎn)能損失的影響、物流區(qū)域的占用，以及不同車(chē)型混線帶來(lái)的項(xiàng)目爬坡瓶頸。當(dāng)新投產(chǎn)車(chē)型進(jìn)行調(diào)試時(shí)，將會(huì)占用一定的在產(chǎn)車(chē)型生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)質(zhì)量?jī)?yōu)化也將是重點(diǎn)需要關(guān)注的問(wèn)題。

相比于單一車(chē)型的生產(chǎn)線，多車(chē)型柔性化生產(chǎn)線具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）降低投資成本。柔性化生產(chǎn)線通過(guò)多車(chē)型共線生產(chǎn)，減少了重復(fù)投資和設(shè)備投入。具體包括廠房用地、廠房能源、線體內(nèi)可以通用的機(jī)器人及焊槍設(shè)備等。在導(dǎo)入新車(chē)型時(shí)只需要依靠預(yù)留的空間進(jìn)行部分改造即可，從而大大降低了設(shè)備及人力成本。

2）縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。柔性化的生產(chǎn)線省掉了項(xiàng)目前期建線的時(shí)間，能快速導(dǎo)入新車(chē)型，改造小、周期短，提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率和市場(chǎng)響應(yīng)速度。

3）提高生產(chǎn)效率和靈活性。通過(guò)快速切換工裝和程序的模塊化設(shè)計(jì)，柔性化焊裝生產(chǎn)線極大地提高了生產(chǎn)效率，高自動(dòng)化率也節(jié)約了人力成本。

4）降低運(yùn)營(yíng)成本。柔性化生產(chǎn)線通過(guò)減少重復(fù)投資，節(jié)省了廠房和能源需求，除了項(xiàng)目初期的投資節(jié)省外，在序列化生產(chǎn)階段也極大地降低了公司的運(yùn)營(yíng)成本。

結(jié)語(yǔ)

本文深入討論了白車(chē)身行李艙蓋區(qū)域工藝方案的內(nèi)容，對(duì)比了單車(chē)型和多車(chē)型的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)思路，也對(duì)各自的優(yōu)缺點(diǎn)做了一定的總結(jié)。未來(lái)會(huì)繼續(xù)探索高效率、低成本的工藝技術(shù)方案與思路，進(jìn)一步做出優(yōu)化改進(jìn)，推動(dòng)汽車(chē)白車(chē)身焊裝專(zhuān)業(yè)的發(fā)展。

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