汽車焊裝生產(chǎn)線改造的探索與應(yīng)用

高 勇

汽車焊裝生產(chǎn)線改造的探索與應(yīng)用

高 勇

（廣汽本田汽車有限公司，廣東 廣州 510700）

對(duì)于當(dāng)前汽車制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，汽車生產(chǎn)技術(shù)日新月異，運(yùn)用自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化技術(shù)能夠有效降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。面臨行業(yè)轉(zhuǎn)型，一些老舊生產(chǎn)線的升級(jí)改造將成為多數(shù)主流主機(jī)廠的課題。文章將以焊裝生產(chǎn)線升級(jí)改造為案例，提出在0損失的前提下，通過(guò)開(kāi)展新建生產(chǎn)線、柔性化、自動(dòng)化、智能化改造，升級(jí)改造老舊焊裝生產(chǎn)線，強(qiáng)化生產(chǎn)體質(zhì)，為同行業(yè)的其他生產(chǎn)線升級(jí)改造提供新思路。

汽車焊裝生產(chǎn)線；0損失改造；自動(dòng)化改造；柔性化產(chǎn)線

近二十年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，主流汽車廠一般都具有多條生產(chǎn)線，由于各條生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)理念和制造年代存在較大差異。因此，普遍存在生產(chǎn)線柔性差、各生產(chǎn)線生產(chǎn)能力不均衡的現(xiàn)象。如何提升生產(chǎn)柔性，減少資源浪費(fèi)和成本支出，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力是擺在主機(jī)廠和下級(jí)供應(yīng)商面前一個(gè)亟待解決的課題。

2000年前后的車間一般存在廠房面積小、規(guī)劃產(chǎn)能低、自動(dòng)化程度低和設(shè)備通用性差等特點(diǎn)，在20年后的今天，隨著應(yīng)用新技術(shù)的新車型不斷導(dǎo)入，自動(dòng)化技術(shù)不斷升級(jí)，從而出現(xiàn)了廠房面積制約發(fā)展的情況?；谶@種情況，結(jié)合汽車焊裝工藝和技術(shù)整體發(fā)展趨勢(shì)以及公司的發(fā)展規(guī)劃，本項(xiàng)目組將以某主機(jī)焊裝車間希望通過(guò)工藝布局優(yōu)化結(jié)合自動(dòng)化改造，降本增效，改善車間安全及作業(yè)環(huán)境，打造高效柔性的焊裝生產(chǎn)線。

1 焊裝車間現(xiàn)狀調(diào)研

在十三五初期，本項(xiàng)目組開(kāi)展了廣泛的行業(yè)調(diào)研。通過(guò)對(duì)行業(yè)內(nèi)主流車企（一汽大眾、上汽通用、東風(fēng)日產(chǎn)、廣汽乘用車等10余家），大部分投產(chǎn)年限均在8年以上，建廠年限久，如圖1所示。同時(shí)，還面臨設(shè)備老舊、廠房空間限制、工藝限制等共通性課題。

圖1 部分主流車企建廠年限

經(jīng)過(guò)調(diào)研總結(jié)，建廠20年以上的焊裝車間普遍存在以下問(wèn)題：

1）生產(chǎn)線柔性較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)車型靈活調(diào)劑。由于各條生產(chǎn)線建設(shè)年代不同，產(chǎn)線布局、設(shè)備規(guī)格等均存在差異，導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)不同車型的兼容生產(chǎn)，以至于需要靈活調(diào)配車型生產(chǎn)時(shí)形成課題，造成生產(chǎn)資源浪費(fèi)，成本增加。如果要調(diào)劑車型，往往需要大拆大建才能實(shí)現(xiàn)。

2）受制于廠房面積，現(xiàn)有生產(chǎn)線無(wú)法對(duì)應(yīng)新技術(shù)車型。由于滾動(dòng)發(fā)展，老舊廠房普遍存在規(guī)劃產(chǎn)能低，廠房面積小的問(wèn)題，如圖2所示，一些新技術(shù)的導(dǎo)入常常受制于廠房基礎(chǔ)而難以開(kāi)展，設(shè)備改造也沒(méi)有空間進(jìn)行，成為生產(chǎn)體質(zhì)提升的瓶頸。

圖2 老舊焊裝生產(chǎn)線布局

3）人員效率及自動(dòng)化水平落后。老舊廠房普遍是以人工作業(yè)為主體，自動(dòng)化、數(shù)字化技術(shù)程度很低，面臨當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)的普遍應(yīng)用，應(yīng)用新技術(shù)的車輛會(huì)越來(lái)越多。同時(shí)隨著勞務(wù)成本的逐年上漲，不利于公司的長(zhǎng)久發(fā)展。使用自動(dòng)化設(shè)備代替人工，不僅能削減人工成本，也能提升生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品品質(zhì)、提升品牌競(jìng)爭(zhēng)力。

2 焊裝車間改造思路

基于舊生產(chǎn)線存在的以上問(wèn)題，對(duì)焊裝生產(chǎn)線進(jìn)行升級(jí)改造的規(guī)劃思路從0損失、建設(shè)柔性化產(chǎn)線、提高技術(shù)水平角度出發(fā)。

2.1 老舊生產(chǎn)線改造“0”損失思路

建設(shè)新線或改造舊線，應(yīng)當(dāng)保證生產(chǎn)不受影響或影響最小化。為保證新舊產(chǎn)線銜接順暢、不影響量產(chǎn)生產(chǎn)，不影響新車型投產(chǎn)，不造成投資浪費(fèi)。因此，把握車型信息是首要一環(huán)，結(jié)合車型信息，對(duì)總體規(guī)劃決定最優(yōu)方案。其次，滾動(dòng)規(guī)劃管理，分多步走，通過(guò)生產(chǎn)線拆舊建新，錯(cuò)位安裝，如圖3所示，新線量產(chǎn)穩(wěn)定后再拆舊線確保改造安裝，確保在前提不明情況下推進(jìn)工作的方法。

圖3 錯(cuò)位安裝示意圖

2.2 以“五化”為方向，建設(shè)高效柔性焊裝生產(chǎn)線

1）產(chǎn)線柔性化：柔性化，是指生產(chǎn)線能夠兼容多種車型生產(chǎn)，不改造或輕微改造就能實(shí)現(xiàn)不同車型的調(diào)劑生產(chǎn)，即最大限度地滿足全部車型的生產(chǎn)。柔性化的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)線的利用率最高，能夠靈活應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，從而減少因?yàn)檐囆褪袌?chǎng)遇冷造成生產(chǎn)線停滯的浪費(fèi)。

2）布局合適化：規(guī)劃產(chǎn)線過(guò)程中，應(yīng)遵循盡量減少設(shè)備干涉區(qū)，使各個(gè)工位的物流距離最短，減少地面物流，打造布局合理，井井有條的生產(chǎn)線。

3）設(shè)備通用化：設(shè)備通用化是指導(dǎo)入設(shè)備能夠在多個(gè)崗位應(yīng)用，面對(duì)突發(fā)情況時(shí)，可快速對(duì)應(yīng)變化，通用性好使得不需要大拆大建，改造投資小、時(shí)間短，見(jiàn)效快。

4）效率最優(yōu)化：通過(guò)優(yōu)化工藝編排，導(dǎo)入自動(dòng)化設(shè)備，提升自動(dòng)化水平，削減勞務(wù)成本，提升人員效率。

5）焊接、打膠自動(dòng)化：推進(jìn)焊裝車間生產(chǎn)線的焊接及打膠作業(yè)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，提升焊裝生產(chǎn)線自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)焊接和打膠自動(dòng)化是必不可少的。

2.3 應(yīng)用新技術(shù)，降成本，提品質(zhì)

1）導(dǎo)入自適應(yīng)等焊接技術(shù)。自適應(yīng)焊接技術(shù)能夠保證每個(gè)焊點(diǎn)的強(qiáng)度，在焊接過(guò)程中，實(shí)時(shí)記錄焊接強(qiáng)度，焊點(diǎn)品質(zhì)可追溯，同時(shí)由于焊接過(guò)程平滑柔順，減少了焊接飛濺，降低煙塵濃度，能耗削減20%。

2）導(dǎo)入涂膠自動(dòng)化和視覺(jué)檢測(cè)，提升涂膠品質(zhì)和效率。目前視覺(jué)檢查技術(shù)發(fā)展較為成熟，視覺(jué)相機(jī)對(duì)涂膠過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行拍照，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)（Computer Vision, CV）技術(shù)以及視覺(jué)人工智能（Artificial Intelligence, AI）技術(shù)，能夠比較準(zhǔn)確地判斷涂膠品質(zhì)，保證涂膠位置準(zhǔn)確和長(zhǎng)度精準(zhǔn)，涂膠品質(zhì)形成追溯，檢測(cè)精度達(dá)到±1 mm。對(duì)于涂膠品質(zhì)不合格的產(chǎn)品，能夠及時(shí)報(bào)警處理，提高了品質(zhì)異常的檢出率，提升了品質(zhì)保證能力。

3）設(shè)備備件采用最新規(guī)格，盡量使備件通用化，庫(kù)存靈活化。在生產(chǎn)線升級(jí)改造過(guò)程中，注意盡量采用通用化備件，降低專用備件的數(shù)量，使備件的庫(kù)存降低，降低企業(yè)成本，使備件庫(kù)存靈活化。

4）導(dǎo)入電極自動(dòng)修磨更換一體機(jī)。減輕員工更換電極次數(shù)和強(qiáng)度，提高作業(yè)安全程度；減少冷卻水浪費(fèi)，改善現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。

5）裝件夾具快速切換。當(dāng)前預(yù)裝夾具插拔快數(shù)量多，切換夾具時(shí)耗費(fèi)較多時(shí)間，涂膠旋轉(zhuǎn)臺(tái)半徑過(guò)大，導(dǎo)致維修便利性也較差。更換為涂膠工位使用整體式滑臺(tái)切換夾具，非涂膠位使用機(jī)器人抓手直裝，安全系數(shù)高，錯(cuò)插風(fēng)險(xiǎn)低。

3 思路引領(lǐng)，提出方法

3.1 舊車間面積不足，新建車間

舊車間一般存在面積不足的難題，需要新建廠房以滿足設(shè)備安裝的面積需求，新建廠房要注意以下幾個(gè)方面：

1）廠房選址：為便于管理，一般需要接近老車間，以保證生產(chǎn)銜接順暢。此時(shí)要注意改善廠房周邊的環(huán)境（物流、排洪等），在報(bào)建前先行進(jìn)行改造。

2）廠房設(shè)計(jì)要件：首先要制定投產(chǎn)推進(jìn)計(jì)劃，確保按時(shí)完工；其次確定設(shè)計(jì)要件，滿足法規(guī)和生產(chǎn)要求；最后在廠房的具體要件上，如廠房采用單層建筑還是多層建筑，采用門(mén)式鋼架還是鋼桁架，廠房墻面采用夾芯板還是鋼板，屋面采用單層柔性屋面系統(tǒng)或者是巖棉夾芯板，這里都要根據(jù)實(shí)地條件慎重確定。以及水、電、氣、消防等設(shè)施的參數(shù)配置，一般建議廠房及配套按工期短、施工難度小、防水耐久及維護(hù)性好、安全、節(jié)能環(huán)保、預(yù)留未來(lái)發(fā)展來(lái)設(shè)計(jì)和建設(shè)。特別是在消防物流通道優(yōu)化設(shè)計(jì)、排煙設(shè)施、車間照明等細(xì)節(jié)方面要考慮到未來(lái)使用時(shí)的便利性和環(huán)保效果，表1為廠房設(shè)計(jì)的DA分析，包括了多種要件的對(duì)比分析。

表1 廠房建筑DA分析

廠房建筑DA分析法方案1：鋼桁架方案2：網(wǎng)架 序號(hào)MUST要件要件規(guī)格適用規(guī)格得分適用規(guī)格得分 1柱距12 m6～12 m012～48 m0 2最大跨度24 m18～36 m028～65 m0 3屋架吊載4.5 t/吊點(diǎn)≤6 t/吊點(diǎn)0≤6 t/吊點(diǎn)0 4抗震要求7度≥7度0≥7度0 領(lǐng)域WANT要件要件規(guī)格信息得分信息得分 Q質(zhì)量控制焊接少桿件全部焊接/錨栓連接16桿件管件焊接/螺栓連接16 C施工造價(jià)鋼材用量少75 kg/m21585 kg/ m212 D施工速度120天120天15150天12 M施工安裝簡(jiǎn)便1～2臺(tái)車吊裝152～4臺(tái)車吊裝12 S人工作業(yè)點(diǎn)少6處/跨2010～30處/跨12

3.2 通過(guò)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線柔性化

在車型生產(chǎn)上，由于自動(dòng)化設(shè)備兼容性較好，從小車型到中大車型，生產(chǎn)線均能滿足生產(chǎn)條件，由于滿足全部車型的生產(chǎn)，極大提升了產(chǎn)線的柔性化。

將內(nèi)骨架夾具由14M調(diào)整為16M，使得夾具可以兼容大中小車型，夾具切換時(shí)間從20分鐘下降至6分鐘，如圖4所示。

圖4 INNER FRM柔性化改造

通過(guò)大量導(dǎo)入自動(dòng)化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)100%自動(dòng)焊接、打膠，使人員效率提升32%，可生產(chǎn)車型種類從4種提升至8種，大幅削減人員勞務(wù)成本，如圖5所示。

圖5 焊接自動(dòng)化改造

3.3 優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，布局合適化

1）輸送線體整體優(yōu)化。空中物流最大化，避免交叉，提升物流效率，減少占地面積，如圖6所示。

圖6 輸送線布局

2）工件投入搬出優(yōu)化。分總成搬出和地板總成搬出工位采用工件自動(dòng)傳送結(jié)合最大化使用機(jī)器人搬運(yùn)，減少升降機(jī)搬運(yùn)，削減了3臺(tái)升降機(jī)設(shè)備和2臺(tái)機(jī)器人及抓手，削減了投資金額75萬(wàn)元和250萬(wàn)元，如圖7、表2所示。

圖7 優(yōu)化搬運(yùn)方式

表2 方案優(yōu)化效果

工位過(guò)往方案方案優(yōu)化削減設(shè)備/投資 分總成搬出3臺(tái)RB+3臺(tái)機(jī)器人3臺(tái)RB-3臺(tái)升降機(jī)-750 kg 地板總成搬出2套R(shí)B+2套抓手利舊活用現(xiàn)有設(shè)備-2臺(tái)RB-2套抓手-2 500 kg

3）優(yōu)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，設(shè)備通用化。將總拼夾具由人工改為伺服自動(dòng)切換，切換時(shí)間減低67%，提升了夾具對(duì)位精準(zhǔn)度。搬送采用往復(fù)及伺服定位，適用所有車型，提升了通用效果。

圖8 優(yōu)化總拼夾具

4）優(yōu)化設(shè)備及工藝，效率最優(yōu)化。通過(guò)夾具庫(kù)和整體切換、伺服化、通用及自動(dòng)切換，安全、高效，比原來(lái)插拔塊切換形式工時(shí)削減了25%，切換人員削減了2人，如圖9所示。

圖9 優(yōu)化設(shè)備及工藝

5）采用小型高速化機(jī)器人及輕量化高壓力焊槍，效率提升。

6）導(dǎo)入帶自診斷機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，結(jié)合大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警，達(dá)成0停機(jī)。

通過(guò)以上一系列措施，生產(chǎn)達(dá)成率提升至100%，焊接及涂膠自動(dòng)化率提升至100%。

3.4 通過(guò)工藝革新，提升設(shè)備的品質(zhì)保證能力

通過(guò)設(shè)備硬軟件優(yōu)化升級(jí)，提升設(shè)備品質(zhì)保證能力，主要的措施和內(nèi)容：

1）定位、搬送分離導(dǎo)致定位精度差，車身精度低。通過(guò)定位搬送一體化，提升重復(fù)精度和焊接質(zhì)量；定位搬送一體化、伺服切換、提升夾具剛性。對(duì)焊裝領(lǐng)域的關(guān)鍵工序（地板總成、內(nèi)骨骼、總拼等）設(shè)備更新?lián)Q代。如圖10所示。

圖10 定位搬送一體化

2）人工作業(yè)品質(zhì)波動(dòng)，可能造成漏水。通過(guò)焊接、涂膠全自動(dòng)化，降低品質(zhì)波動(dòng)，精準(zhǔn)控制涂膠和焊接品質(zhì)。

3）GW/INNFRM/部分臺(tái)車人工切換，停鏈損失時(shí)間長(zhǎng)，可能存在換錯(cuò)情況。采用伺服切換技術(shù)，安全，定位精度高，防誤裝，切換時(shí)間短1倍。

4）高壓力焊槍少，780 MPa以上板材易發(fā)生虛焊，導(dǎo)入多臺(tái)高壓力焊槍，提升高強(qiáng)度板材焊接質(zhì)量。同時(shí)也滿足高強(qiáng)度板材生產(chǎn)，新建線全部實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)焊接參數(shù)保證強(qiáng)度。如圖11所示。

圖11 自適應(yīng)焊接技術(shù)

5）質(zhì)量檢查以人工檢查為主，存在漏檢或誤判的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)入超聲波探傷技術(shù)、視覺(jué)識(shí)別檢測(cè)技術(shù)、AI技術(shù)、零件防錯(cuò)裝技術(shù)，可通過(guò)趨勢(shì)管理提升未然防止能力。

4 項(xiàng)目效果和收益

1）廠房建設(shè)：通過(guò)本項(xiàng)目的推進(jìn)，建立了車身領(lǐng)域廠房及生產(chǎn)線建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化流程指引，編寫(xiě)了多份施工培訓(xùn)教材，從廠房建設(shè)的前期準(zhǔn)備階段到規(guī)劃實(shí)行階段，包括總體布局和工藝規(guī)劃等內(nèi)容，均形成標(biāo)準(zhǔn)化流程。項(xiàng)目在當(dāng)前主流汽車廠改造中具有參考價(jià)值，同時(shí)具有可觀的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，具備較大的推廣意義及應(yīng)用價(jià)值。

2）建設(shè)高效柔性的生產(chǎn)體質(zhì)：在推進(jìn)焊裝車間生產(chǎn)線升級(jí)改造過(guò)程中，優(yōu)化了焊裝重大設(shè)備選型參照表；建立了焊裝“五化”的規(guī)劃方向；制定了布局規(guī)劃“六原則”，為焊裝生產(chǎn)線升級(jí)改造提供了新思路。

3）電動(dòng)化轉(zhuǎn)型準(zhǔn)備：通過(guò)縮短物流通道，削減人員工時(shí)，設(shè)備集約化，取消分總成物流使生產(chǎn)工位緩沖數(shù)提升了52%；通過(guò)改造INNER FRAME，GW由人工切換轉(zhuǎn)換為伺服切換，車型切換時(shí)間由原來(lái)的20 min縮短至3 min，稼動(dòng)率提升至90%，節(jié)拍提升至44.5 s，生產(chǎn)能力達(dá)到1 050臺(tái)體制，滿足了電動(dòng)化轉(zhuǎn)型生產(chǎn)電動(dòng)車型的硬件要求。

4）提升了人員效率水平：推動(dòng)了自動(dòng)焊接和自動(dòng)打膠技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)入視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，提高了不良檢測(cè)效率，導(dǎo)入視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)，提升視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用水平。利用集約化和自動(dòng)化規(guī)劃，直接提升了人員效率水平，即達(dá)到0.141。

5）品質(zhì)保證，源流改善：通過(guò)新集約設(shè)備提升了焊接精度水平達(dá)到92%；通過(guò)新式自適應(yīng)焊接控制器，削減飛濺降低粉塵濃度，提高焊接品質(zhì)，使全拆解合格率達(dá)到99.9%；使用集約夾具削減配合精度不良，使單臺(tái)不良件數(shù)下降至0.012 9。

5 焊裝生產(chǎn)線改造的趨勢(shì)和出路

當(dāng)前的汽車行業(yè)發(fā)展瞬息萬(wàn)變，輔助駕駛、智能座艙、智慧出行，以及能源革命等技術(shù)正在進(jìn)化中。汽車制造同樣面對(duì)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化、信息化革新，為了追上時(shí)代的步伐，汽車生產(chǎn)線將不斷朝著柔性化、集約化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，而老舊生產(chǎn)線的升級(jí)改造路線也將越來(lái)越清晰，新廠房建設(shè)、工藝和設(shè)備的布局、自動(dòng)化技術(shù)的導(dǎo)入、品質(zhì)保證技術(shù)的應(yīng)用、安全舒適的工作環(huán)境，同時(shí)還要預(yù)留改造的空間，這些設(shè)計(jì)愿景將越來(lái)越有章可循。

焊裝生產(chǎn)線的改造升級(jí)改造普遍將以0損失、集約化、柔性化、自動(dòng)化、智能化為目標(biāo)，在機(jī)器人技術(shù)、視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù)、自適應(yīng)焊接技術(shù)、視覺(jué)檢查技術(shù)等加持下，打造高效的生產(chǎn)模式，助力生產(chǎn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提升，在變化的時(shí)代中，強(qiáng)化對(duì)抗風(fēng)險(xiǎn)的體質(zhì)。

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Exploration and Application of the Transformation of Automobile Welding Production Line

GAO Yong

( Guangqi Honda Automobile Company Limited, Guangzhou 510700, China )

For the current automobile manufacturing industry, the automobile production technology is changing with each passing day. The use of automation, intelligence and digital technology can effectively reduce production costs and improve product competitiveness. In the face of industrial transformation, the upgrading and transformation of some old production lines will become the subject of most mainstream main engine plants. This paper will take the upgrading and transfor- mation of the welding production line as a case, and propose that under the premise of zero loss, through the new production line, flexible, automated and intelligent transformation, upgrade and transform the old welding production line, strengthen the production physique, and provide new ideas for the upgrading and transformation of other production lines in the same industry.

Automobile welding production line; 0 loss transformation; Automation transforma- tion; Flexible production line

U466

A

1671-7988(2023)10-181-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.037

高勇（1973—），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槠囍圃旒吧a(chǎn)線規(guī)劃，E-mail:GAOY@ghac.cn。