焊裝車間電阻點(diǎn)焊質(zhì)量數(shù)字化實(shí)現(xiàn)探索

摘 要：電阻點(diǎn)焊是指通過電極施加壓力，利用電流通過板材的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，形成焊點(diǎn)的焊接方式。旨在探索整車制造企業(yè)焊裝車間電阻點(diǎn)焊業(yè)務(wù)的數(shù)字化實(shí)施路徑，針對焊裝車間電阻點(diǎn)焊業(yè)務(wù)痛點(diǎn)，提出數(shù)字化構(gòu)建思路和實(shí)施方案，用以提高白車身強(qiáng)度品質(zhì)保證能力和提高質(zhì)量效率。

關(guān)鍵詞：智能制造；數(shù)字化；電阻點(diǎn)焊；半破壞檢查

汽車白車身主要是由鍍鋅或者非鍍鋅鋼板制成沖壓件焊接而成，而電阻點(diǎn)焊為白車身中最主要的連接方式。據(jù)統(tǒng)計，一臺轎車或者SUV白車身，總體有4000-6000個電阻焊點(diǎn)，占白車身焊點(diǎn)總量的95%以上。因此，提高電阻點(diǎn)焊的質(zhì)量和效率對白車身品質(zhì)和NVH性能至關(guān)重要[1，2]。

目前，國內(nèi)各大主機(jī)廠都在競相進(jìn)行工業(yè)數(shù)字化的轉(zhuǎn)型，數(shù)字化轉(zhuǎn)型為車企的精細(xì)化管理提供了先進(jìn)的手段，提高了企業(yè)的管理效能，促進(jìn)了降本增效目的達(dá)成[3]。

一汽-大眾焊裝車間，運(yùn)用AI算法對點(diǎn)焊質(zhì)量問題進(jìn)行預(yù)測，填補(bǔ)了行業(yè)空白，實(shí)現(xiàn)了電阻點(diǎn)焊100%監(jiān)控、分析、避免批量點(diǎn)焊缺陷，提前、快速和準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題，節(jié)約維護(hù)或返修的工時、降低焊接設(shè)備或質(zhì)量停線、節(jié)約維修或返修等成本[4]。

馬堅[5]等針對焊裝數(shù)字化轉(zhuǎn)型中面臨的技術(shù)問題和業(yè)務(wù)痛點(diǎn)，結(jié)合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、相關(guān)新技術(shù)應(yīng)用文獻(xiàn)及工廠實(shí)際需求，暢想了以大數(shù)據(jù)平臺為載體構(gòu)建涵蓋焊接過程參數(shù)監(jiān)控和焊點(diǎn)質(zhì)量評價的焊接質(zhì)量實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)成取消諸如超聲波檢查等離線檢查工序、減少焊點(diǎn)返修的數(shù)字化精益生產(chǎn)的目標(biāo)。

梅冬勝[6]通過研究基于以太網(wǎng)絡(luò)的焊裝監(jiān)測技術(shù)開發(fā)了點(diǎn)焊監(jiān)測系統(tǒng)，對點(diǎn)焊過程進(jìn)行在線監(jiān)測，在實(shí)現(xiàn)了焊裝過程信息的可視化管控的同時，大幅度提高了焊裝車間品質(zhì)保證能力。

點(diǎn)焊質(zhì)量數(shù)字化總體規(guī)劃框架

1.點(diǎn)焊質(zhì)量業(yè)務(wù)痛點(diǎn)

廣汽傳祺宜昌分公司焊裝車間，共計設(shè)置五個焊點(diǎn)半破壞檢查崗，兩個焊點(diǎn)超聲波檢查崗，以保證白車身焊點(diǎn)強(qiáng)度。焊點(diǎn)種類繁雜，人工檢查崗位較多，主要痛點(diǎn)可歸納如下。

（1）勞動負(fù)荷大，強(qiáng)度檢查效率低" 現(xiàn)場員工根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書對焊點(diǎn)進(jìn)行半破壞檢查，每臺車需要翻看作業(yè)指導(dǎo)書，核對敲檢焊點(diǎn)位置和數(shù)量，人工敲檢完畢后進(jìn)行逐一紙質(zhì)記錄，查看和填寫存在錯漏風(fēng)險，檢查效率低下。

（2）焊接參數(shù)優(yōu)化效率低" 焊接飛濺削減和焊點(diǎn)品質(zhì)優(yōu)化是提升強(qiáng)度保證能力常見的管理手段。通過焊接試片，驗(yàn)證不同的焊接參數(shù)，再通過拉力試驗(yàn)、超聲波檢測等手段確認(rèn)焊點(diǎn)強(qiáng)度，最終才能選定最優(yōu)的焊接參數(shù)。焊接參數(shù)優(yōu)化后還需要在線進(jìn)行品質(zhì)確認(rèn)，批量驗(yàn)證合格后方能標(biāo)準(zhǔn)化，整體焊接參數(shù)變更效率較低。

（3）車身焊接質(zhì)量數(shù)據(jù)利用率低" 強(qiáng)度焊點(diǎn)半破壞檢查數(shù)據(jù)采用人工填寫紙質(zhì)表格進(jìn)行記錄，由于紙質(zhì)表格數(shù)據(jù)存儲和分析難度大，且焊接過程數(shù)據(jù)離散的存儲在不同線體的各個群控主機(jī)數(shù)據(jù)庫內(nèi)，導(dǎo)致整個焊接質(zhì)量數(shù)據(jù)難以集中把控，數(shù)據(jù)利用率低。因此，無論是檢查質(zhì)量數(shù)據(jù)還是焊接過程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的集成開發(fā)亟待進(jìn)一步挖掘。

2.點(diǎn)焊質(zhì)量數(shù)字化規(guī)劃方案

為了解決以上焊接業(yè)務(wù)痛點(diǎn)，結(jié)合焊裝車間數(shù)字化轉(zhuǎn)型契機(jī)，梳理業(yè)務(wù)需求，開展數(shù)字化業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)。基于搭建的企業(yè)級數(shù)字化平臺，增加新型IoT傳感器、搭設(shè)遍布車間的工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲，依據(jù)業(yè)務(wù)需求高代碼和低代碼開發(fā)使業(yè)務(wù)落地，在提升強(qiáng)度保證能力同時削減了質(zhì)量成本、提升了質(zhì)量效率，達(dá)成了既定的提質(zhì)降本的目標(biāo)，相關(guān)業(yè)務(wù)規(guī)劃如圖1所示。

典型實(shí)施方案

1. 點(diǎn)焊數(shù)字化半破壞檢查

根據(jù)線體初期規(guī)劃，分別在下車體生產(chǎn)線和上車體生產(chǎn)線對應(yīng)位置設(shè)置焊點(diǎn)半破壞檢查關(guān)卡，在線檢查焊點(diǎn)質(zhì)量。白車身分總成或總成到達(dá)對應(yīng)關(guān)卡后，開始半破壞檢查作業(yè)：核對車身VIN，人工翻閱相應(yīng)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書，鑿批檢查焊點(diǎn)并恢復(fù)，手工填寫檢查結(jié)果。

傳統(tǒng)的半破壞檢查步驟繁瑣、自動化程度低，因此檢查效率低，制約線體整體節(jié)拍提升，亟待數(shù)字化升級改造。具體半破壞數(shù)字化檢查業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)主要分為兩個步驟：一是基礎(chǔ)信息數(shù)字化升級；二是數(shù)字化半破化檢查的業(yè)務(wù)實(shí)施。

（1）焊點(diǎn)基礎(chǔ)信息數(shù)字化升級" 依托數(shù)字化平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，分別將不同車型的焊點(diǎn)基礎(chǔ)信息包括板組信息、焊接參數(shù)等進(jìn)行導(dǎo)入，如圖2所示。

然后進(jìn)行高代碼開發(fā)，將數(shù)模圖樣上的焊點(diǎn)二維坐標(biāo)與焊點(diǎn)基礎(chǔ)信息進(jìn)行綁定，如圖3所示。為數(shù)字化半破壞檢查，奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）數(shù)字化半破壞檢查實(shí)施" " 在半破壞檢查關(guān)卡根據(jù)檢查人員增加檢查交互屏，專門設(shè)計人機(jī)交互界面供檢查人員可視化檢查并反饋檢查結(jié)果，檢查結(jié)果與車身VIN綁定；如果，檢查結(jié)果合格則進(jìn)行下一臺檢查；如果出現(xiàn)不良缺陷，檢查人員填寫不良類型及責(zé)任人進(jìn)行返修確認(rèn)、下一臺檢查任務(wù)中增加不良焊點(diǎn)的持續(xù)檢查，待連續(xù)合格后，問題關(guān)閉。

1）強(qiáng)度檢查人機(jī)交互界面，界面顯示檢查工位信息、生產(chǎn)體制、待檢車車型、VIN及MTOC。待檢焊點(diǎn)在界面中心圖樣上高亮、閃爍顯示。界面右側(cè)顯示待檢焊點(diǎn)序列、焊接工位及是否熱成型及鍍鋅并提供結(jié)果反饋按鈕，具體界面如圖4所示。

2）強(qiáng)度檢查作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書。白車身焊點(diǎn)半破壞檢查采取循環(huán)檢查的方式，針對某一檢查關(guān)卡將需要半破壞檢查的焊點(diǎn)，根據(jù)焊點(diǎn)位置和可達(dá)性分配成n組，第一臺車檢查第一組即1-a點(diǎn)、第二臺車檢查第二組即a-b點(diǎn)，依此類推直至檢查到第n臺車，將所有需檢查焊點(diǎn)檢查完畢。根據(jù)檢查規(guī)則，在數(shù)字化平臺制作不同檢查關(guān)卡、不同車型的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書，作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書內(nèi)根據(jù)檢查順序進(jìn)行焊點(diǎn)分組，具體檢作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書如圖5所示。

3）強(qiáng)度檢查結(jié)果與車身VIN綁定。待檢白車分總成或者總成到達(dá)半破壞檢查關(guān)卡時，RFID讀寫頭讀取精定位臺車標(biāo)簽中的車身VIN并傳遞給PLC，數(shù)字化平臺通讀取PLC中的車身VIN并存儲。同時，檢查結(jié)果通過檢查關(guān)卡人機(jī)交互界面反饋至數(shù)字化平臺數(shù)據(jù)庫存儲并與VIN進(jìn)行一一關(guān)聯(lián)、綁定，從而實(shí)現(xiàn)了檢查結(jié)果與車身VIN的綁定，具體實(shí)施路徑如圖6所示。

2.點(diǎn)焊焊接參數(shù)智能變更

焊接參數(shù)優(yōu)化過程中，一般在焊接控制器錄入試片驗(yàn)證合格的參數(shù)后，還需通知強(qiáng)度關(guān)卡進(jìn)行持續(xù)多輪次的在線強(qiáng)度檢查，持續(xù)合格后才能將參數(shù)進(jìn)行固化及存儲。該種優(yōu)化方式，時效性低、檢查效率低下。

依托數(shù)字化平臺，設(shè)計專用的參數(shù)優(yōu)化表單，在表單中填寫待優(yōu)化參數(shù)焊點(diǎn)的焊點(diǎn)號并設(shè)置檢查閾值，平臺根據(jù)焊點(diǎn)號檢索出焊點(diǎn)焊接工位并將焊點(diǎn)的強(qiáng)度檢查任務(wù)智能推送至對應(yīng)的強(qiáng)度檢查關(guān)卡，檢查人員根據(jù)檢查屏幕上的可視化檢查任務(wù)進(jìn)行強(qiáng)度檢查，并通過交互界面反饋檢查結(jié)果，待合格臺數(shù)達(dá)到設(shè)置的閾值時，參數(shù)進(jìn)行線上流轉(zhuǎn)、審批、存儲。具體焊接參數(shù)智能優(yōu)化邏輯示意如圖7所示。

3.點(diǎn)焊焊接參數(shù)智能推薦

依托焊接參數(shù)智能變更，參數(shù)優(yōu)化輪次越多，線上參數(shù)數(shù)據(jù)庫里的參數(shù)越接近于最優(yōu)參數(shù)。新車型導(dǎo)入階段或者下一輪次優(yōu)化參數(shù)時，在線上參數(shù)數(shù)據(jù)庫中錄入對應(yīng)板組信息，數(shù)據(jù)庫輸出現(xiàn)階段最優(yōu)參數(shù)，從而節(jié)省了大量選取參數(shù)時焊接試片、拉力試驗(yàn)等檢測的時間成本和經(jīng)濟(jì)成本，極大的提高了參數(shù)選取效率。具體焊接參數(shù)智能推薦邏輯示意如圖8所示。

4.白車身點(diǎn)焊過程數(shù)據(jù)全過程管控

焊接過程中會產(chǎn)生大量的過程數(shù)據(jù)，離散的存儲在不同的焊接控制器群控主機(jī)中，數(shù)據(jù)利用率低、無法宏觀地通過過程數(shù)據(jù)來來進(jìn)一步的提升焊接品質(zhì)。將這些過程數(shù)據(jù)與車身VIN進(jìn)行綁定，并通過數(shù)字化平臺進(jìn)行上傳、采集、儲存并智能化分析，極大的發(fā)揮了點(diǎn)焊過程數(shù)據(jù)對焊接品質(zhì)的指導(dǎo)、追溯作用，實(shí)現(xiàn)了白車身點(diǎn)焊過程數(shù)據(jù)全過程管控。

（1）焊接過程數(shù)據(jù)與車身VIN綁定" 以VIN為抓手，將焊點(diǎn)號、焊接控制器內(nèi)的焊接序列、焊接過程數(shù)據(jù)（焊接電流、焊接時間、焊接熱量及UIP等）進(jìn)行綁定，具體技術(shù)路線如圖9所示。

由于PLC與機(jī)器人之間、機(jī)器人與焊接控制器之間不傳遞車型信息，PLC又不直接與焊接控制器通信，因此通過PLC將車型信息傳遞給機(jī)器人，再有機(jī)器人傳遞給焊接控制器，群控系統(tǒng)內(nèi)的每一臺焊接記錄均有對應(yīng)的車型信息，具體傳遞車身信息方案如圖10所示。

（2）焊接過程數(shù)據(jù)的采集與存儲" 車間部署工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)，將各線體博世焊接控制器群控主機(jī)與數(shù)字化碼平臺服器進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)采集方案如圖11所示。

博世焊接控制器SST連接到群控主機(jī)PC，群控主機(jī)上的BOS6000數(shù)據(jù)庫存儲焊接參數(shù)、焊接報警及報錯記錄、參數(shù)更改履歷及焊接過程數(shù)據(jù)，其中焊接過程數(shù)據(jù)包括焊接的每個焊點(diǎn)的焊接電壓、焊接電流、焊接飛濺時刻、焊點(diǎn)評分UIP及過程穩(wěn)定性PSF等。群控主機(jī)通過工業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降痛a平臺服務(wù)器進(jìn)行集中存儲。

（3）焊接過程數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 通過數(shù)字化平臺獲取的焊接控制器中的焊接過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行多維度展示、多維度分析，為生產(chǎn)和質(zhì)量管控，提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1）白車身焊接過程數(shù)據(jù)檔案。質(zhì)量人員可以通過篩選，多維度查詢每個焊點(diǎn)的過程數(shù)據(jù)，為質(zhì)量管控和品質(zhì)異常追溯、分析提供數(shù)據(jù)支撐，具體功能界面如圖12所示。

2）焊接飛濺數(shù)據(jù)多維度展示與查詢。常規(guī)飛濺主要采用人工記錄統(tǒng)計，統(tǒng)計效率低下、飛濺識別準(zhǔn)確度差。因此，也導(dǎo)致飛濺優(yōu)化進(jìn)度緩慢、飛濺優(yōu)化效率低。依托數(shù)字化平臺，針對飛濺數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢化管理和多維度分析展示，高效的開展飛濺優(yōu)化工作，具體飛濺分析和展示界面，如圖13所示。

3）焊機(jī)報警數(shù)據(jù)閉環(huán)管理。以故障類別統(tǒng)計焊接控制器報警數(shù)據(jù)，并進(jìn)行閉環(huán)管理，滾動播放表格展示當(dāng)天報警數(shù)據(jù)，科學(xué)管控焊接控制器報警信息，具體管控界面如圖14所示。

4）焊接問題閉環(huán)管理。以焊接不良為統(tǒng)計維度，統(tǒng)計一周內(nèi)的焊接不良并滾動播放、展示不良關(guān)閉詳情，科學(xué)管控焊接不良，具體界面如圖15所示。

結(jié)語

以上案例，為廣汽傳祺汽車有限公司宜昌分公司焊裝車間強(qiáng)度專業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索中的代表項(xiàng)目，通過項(xiàng)目實(shí)施表明：

1）數(shù)字化半破壞檢查實(shí)現(xiàn)，提升了強(qiáng)度檢查效率33.82%，強(qiáng)度檢查人員削減25%，達(dá)成了既定的提質(zhì)增效的目標(biāo)。

2）點(diǎn)焊焊接參數(shù)智能變更，提升參數(shù)優(yōu)化效率40%，參數(shù)變更流程100%實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化管控。

3）點(diǎn)焊焊接參數(shù)智能推薦，削減了參數(shù)選定時焊接試片、拉力試驗(yàn)等試片及時間成本，大幅度提升了參數(shù)優(yōu)化及新車型參數(shù)導(dǎo)入效率。

4）將焊接過程數(shù)據(jù)、強(qiáng)度檢查數(shù)據(jù)與車身VIN進(jìn)行綁定，極大的提升了焊接強(qiáng)度保證能力、實(shí)現(xiàn)了白車身強(qiáng)度質(zhì)量數(shù)據(jù)全過程管控。

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