汽車車身焊裝工藝方案設(shè)計的一般思路

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)計是為了實現(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說，工藝方案的設(shè)計更是如此。設(shè)計人員既要有機械、電控、設(shè)備、工裝、動力、通訊及環(huán)保等方面的理論知識，還要具有一定的實踐經(jīng)驗。焊裝工藝方案設(shè)計的好壞，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)高性價比焊裝生產(chǎn)線的前提。

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

1 焊裝工藝方案設(shè)計的輸入條件

焊裝工藝方案設(shè)計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，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設(shè)備，替換現(xiàn)場的生產(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。包括廠房柱頂標高、屋架承載能力、車間行車的數(shù)量及噸位、電力和動力介質(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)線的自動化程度。自動化率=（機器人焊點數(shù)+自動焊鉗焊點數(shù)）/全車身焊點總數(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，就可以進行工藝方案設(shè)計了。

2 總體工藝方案設(shè)計

2.1 生產(chǎn)設(shè)備能力計算

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

（2）標準生產(chǎn)能力= 標準生產(chǎn)時間×JPH×綜合開工率；標準生產(chǎn)時間=251 d×7.67 h×班次。

（3）最大生產(chǎn)能力=最大生產(chǎn)時間×JPH×綜合開工率；最大生產(chǎn)時間=251 d×7.67 h×班次+36 h×12月×班次。（4）標準負荷=生產(chǎn)綱領(lǐng)/標準生產(chǎn)能力。（5）最大負荷=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，進行產(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；然后在補焊調(diào)整工位進行司機門、乘客門、發(fā)動機蓋、后倉門、前保險杠、后保險杠安裝。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)的直接擴散，對自制件需要做進一步的工藝分析。

2.4 焊點分析

（1）統(tǒng)計計算自制分總成以及總成合攏時的所有焊點數(shù)量，CO2焊的焊縫條數(shù)及長度；

（2）確定定形焊點。焊接過程一般通過組裝、焊接、補焊完成整個過程。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，不可能在一個工位完成所有焊點，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，這部分焊點就是定形焊點。一般占總焊點數(shù)的1/3 左右。

（3）焊點分組，把一把焊鉗可以完成的焊點分為一組，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零件，這樣才能有較準確均衡的工位劃分。

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)的主要場地，如何合理地布置生產(chǎn)線，按時、按質(zhì)和按量地進行生產(chǎn)，經(jīng)濟地使用人力資源、機械設(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，氣動，電動的原則，各種動作方式占的比例；

（2）明確工位間的輸送吊運方式及零件的上、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 組建項目開發(fā)團隊

（1）建立項目團隊，以項目的方式進行運作管理。一般結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 組織結(jié)構(gòu)圖

（2）分別對各個崗位進行職責(zé)定義，使各個模塊各司其職。

2.9 預(yù)算編制

針對工藝方案，分項進行預(yù)算編制，使決策層在決策時對費用的投入一目了然，能夠很快做出判斷和取舍。

2.10 計劃編制

根據(jù)焊裝生產(chǎn)線開發(fā)的客觀規(guī)律，并結(jié)合項目的總體要求，編制詳細工作計劃。此計劃一般按下面各個階段制定：總體開發(fā)方案書編制階段，工裝方案設(shè)計階段，工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，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)過審核批準后，正式予以發(fā)布。之后根據(jù)項目團隊的分工，進入各個具體工位拚臺的方案設(shè)計階段。此階段工作既是對前面總體方案的細化，也是一種驗證微調(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

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，并詳細標明零件圖號、零件名稱與零件數(shù)量即可。

3.2 焊點分布圖

把總體方案書中的焊點在各個工位產(chǎn)品圖中詳細標出，并計算出數(shù)量和CO2焊縫長度，對能用相同焊接設(shè)備焊接的焊點進行分組。完成后還要根據(jù)時間節(jié)拍計算表的計算結(jié)果，把焊點向前后工位進行增減分配。

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，一般參考兩個標準：

（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 時間節(jié)拍計算表

根據(jù)工人取件、裝夾、焊接、吊運的操作順序，一步步進行計算。計算時注意工人之間的協(xié)作時間，工人的等待時間等。單人操作最長的時間，就是本工位的節(jié)拍時間。

3.5 拚臺方案圖

在拚臺方案圖中，需要標明焊接高度，拚臺的大概形式，有無工作踏臺，工作踏臺的形式及高度等信息。

3.6 夾具方案圖

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

3.7 操作說明書

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

4 結(jié)束語

汽車焊裝生產(chǎn)線工藝方案的設(shè)計，是一項非常復(fù)雜的工作，只有在設(shè)計中反復(fù)和產(chǎn)品設(shè)計人員、工裝設(shè)計人員、現(xiàn)場生產(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，使隨后的工裝夾具設(shè)計更簡潔，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[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)計制作[J].焊接技術(shù)，1996，（4）：42-43.