汽车焊装工艺规划模型初探

刘林 陈雷

摘要：为了定量评价汽车焊装工艺规划方案的优劣，叙述了工艺规划的几个主要方面，标准工艺、虚拟设计等，并选取几个代表性车间进行评价方法的验证，验证结果是焊装工艺规划SQTC评价方法合理可行，结论是可以应用SQTC评价方法进行工艺规划方案的定量评价。

关键词：工艺规划标准工艺虚拟设计平面布局

在汽车工厂中，焊接生产线相对于涂装线和总装线来说，刚性强，多品种车型的通过性差，每更新换代1种车型，必然带来大份额的投资改造。因此，焊装工艺规划受到国内外汽车制造业的广泛重视。

1工艺规划对标

选取有代表性3家车企的焊装车间进行对标，针对工艺规划重要度高、影响大的规划技术指标进行分析。

对标发现，世界一流车企的产品平台模块化程度非常高，与之对应的工艺规划易于实现标准化，形成标准工艺，并且其标准工艺经过多个生产地的不断实践和验证，其白车身质量的一致性好，市场不良反应少。虚拟设计在工艺规划中的应用高，生产准备流程中包含数字化验证的时间节点。平面布局有固定的模式，区域划分合理，布局紧凑，物流交叉少。对标基础上，从标准工艺、虚拟工艺设计和平面布局3个方面对工艺规划进行分析，进而提炼工艺规划的主要影响因素。

2标准工艺

标准工艺的重要性在于：通过标准化设计、标准化设备、标准化工艺流程和标准化质量控制，实现高效的资源配置，提高产品质量，提升工作效率，缩短生产准备周期，降低成本。如通过对伺服焊钳结构进行优化，工艺方案设计中控制焊钳种类，并分析焊钳选型对焊点质量的影响，项目前期定义合适的焊钳库，在工艺设计时合理分配焊点，通过提前进行计算校验及焊接参数计算后选择焊钳压力，有效控制特殊焊点，可显著减少焊钳种类及相关备件数量，降低投资成本，缩短焊接质量优化时间，提高生准效率。标准工艺包括标准设备、非标设备、工艺装备、工位器具和质量标准等。

不同车企的标准工艺不同，成熟度也不相同。日本跨国汽车公司标准工艺性能价格比高，比如全球车身装焊GBL线（GlobalBodyLine）实现在全球的生产设备、生产工艺流程和质量管理3个标准的统一。将产品不合格率降低到了最低限度，提高全球竞争力。迅速应对市场变化，跟上消费者的需求；GBL能够导入动态生产计划，这种根据需求多少适量安排生产的方式，减少库存，降低成本。能够短期内追加、替换、补充世界水平的车种，可以确保丰田的全球名牌品质；维修成本低，生产运营管理简单。

3虚拟设计

3.1虚拟制造技术

建立数字化制造管理平台，实现主数据在工艺开发（SE、CAE等）、数字化车间设计、生产制造各阶段的同源共享。数字化虚拟制造是关联数字化车间与实物车间的关键途径，缩短生准周期、降低成本、提高质量是搭建数字化制造管理平台的主要目的，其利用计算机技术虚拟仿真产品生命周期中的设计、制造、装配、质量控制和检测等过程，可在计算机虚拟环境中对整个生产过程进行仿真、评估和优化，从而实现产品在虚拟环境中由设计到制造的转化过程。利用数字化工艺平台检验生产制造过程中的可行性，规划生产设计方案，提前发现并解决实际生产中可能出现的问题，提高生准规范设计方案的可靠性，从而实现产品的快速、低成本和高质量的生产制造。通过建立逼真的虚拟现场环境，对生产线和单个生产工位的每个操作、工作内容、工装设备等进行整体工艺规划，实现生产工艺过程的优化。

建立数字化虚拟制造体系要开展以下工作：

①建立软件平台；②立数字化工艺规划标准；③建立各专业工艺资源数据库模型；④开展工艺规划软件应用；⑤建立虚拟试生产实验体系。

3.2虚拟制造过程

在项目前期，利用软件平台进行焊装工艺规表1标准工艺举例划，涉及的关键技术主要包括：

1工艺结构化，支持产品、工艺、产线、资源相关联；2具备检查产品零件是否全部分配到装配工艺结构的分析功能,并可在三维环境中快速显示差异零件；3工艺结构可利用典型工艺模板或过去类似产品工艺快速建立；4设备、工装可快速从资源库中检索，并添加至指定工位或操作；5基于工时分析，对工艺顺序进行优化，灵活调整工艺顺序；6结构化工艺继承产品配置信息，可根据产品配置过滤出对应的工艺；7三维环境下进行生产线布局设计；8开发后的结构化工艺，可直接加载至仿真工具，进行工艺的动态验证、优化编辑。

仿真后的工艺优化结果，可存储并更新原有工艺。利用软件平台文件作为招标介质进行项目招标，整个过程均实现统一的全数字化的数据交换。招标完成后，进入设计制造正式启动阶段。按照技术任务要求进行详细工艺规划，这个阶段同样需利用数字化工艺规划平台系统来开展工作。进行详细工艺规划的工作目标是要结合开发车型的生产纲领、节拍、自动化程度、投资预算等对白车身的上件工艺顺序、焊点分配、节拍计算、工艺设备布局、物流等方面进行分析和验证，同时利用相关仿真软件平台对生产线、工装设备、机器人等进行详细的模拟仿真、验证、优化，以满足焊装制造工艺的可行性，优化生产线平面布局，优化产品物流传递，实现焊装高效率生产及高品质制造。

4工艺规划模型

对标与分析，建立工艺规划要素集，打造车身极致工艺平台，如图3所示。建立由47个要素组成的工艺规划模型，分为基础、标准工艺、虚拟设计、平面布局4大部分。基础部分包含产品平台模块化、安全、JPH等10个要素；标准工艺部分包含工艺流程、标准设备、非标设备等13个要素；虚拟设计部分包含软件、数模、设计规范等11个要素；平面布局部分包含外物流出入、内物流方式、工序流程图等13个要素。

5评价方法

在安全、质量、效率和投资4大类众多影响工艺规划的指标中，选取6个主要要素建立定量分析模型，按照其重要程度分配权重百分比，创建SQTC工艺规划评价法，其指数Pe系列公式如下：

分项公式： （2）

式中，Ns为安全要素个数，包含设备安全、安全设施、消防安全、环境保护、职业卫生、人车分离、安全标识、安全通道和安全距离，共9个要素，故安全要素标准值为9。

（3）

式中，Pc为白车身精度对比率；Pb为白车身精度。

Rc=（1-Ro）×100%（4）

式中，Rc为离线返修正向修正率；Ro为离线返修率。

（5）

式中，Ic为虚拟设计覆盖率；Nv为虚拟设计要素个数，包含虚拟设计要素：软件平台、设计规范、资源库、数据库、变更管理、人机工程、三维平面布局、模拟仿真、虚拟调试和协同设计，共10个要素，故虚拟设计要素标准值为10。

Stc=St0.95×100%（6）

式中，Stc为总开动对比率；St为总开动率。

Cc=IwX×100%（7）

式中，Cc为每焊接当量工艺投资对比率；Iw为每焊接当量工艺投资，单位是元；X为投资标准值，单位是元，标准值以世界先进车企为标杆选取数据，其目的是发现差距，促进行业进步。

综合公式：Pe=Sc×30%+Pc×15%+Rc×15%+Ic×10%+Stc×10%+Cc×20%（8）

式中，Pe为工艺规划评价指数，是综合性分析安全、质量、效率和投资4方面的评价指标。工艺规划评价指数Pe系列公式相辅相成，综合公式反映工艺规划的全貌，分项公式反映某一方面的情况。

为了应用SQTC工艺规划评价法判断哪个工艺规划方案更好，创建了工艺规划评价指数Pe合理性区间，划分成3个区域：A区域为工艺规划合理区，Pe系列指标在此区间为合理；B区域为工艺规划风险区，Pe系列指标在此区间时，规划存在风险；C区域为工艺规划危机区，Pe系列指标在此区间时，规划存在危机，应该修改规划。

6结束语

综上所述，汽车焊装工艺在我国的发展仍然需要进一步的努力，但是，随着一些先进新材料、新设备、新工艺和新技术的逐渐成熟，性能价格比的不断提高，需要将其加入标准工艺，实现标准工艺的更新换代。工业互联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术与制造业深度融合，必然带来虚拟设计和平面布局的进步，促进工艺规划模型的升级，进而为我国汽车行业的发展提供思路。

参考文献：

[1]李文忠,徐赫唯,李享泰.浅析汽车焊装制造技术指标的合理性[C]//2018中国汽车工程学会年会.2018.

[2]钟丽慧,孔淑华,姜维军,等.数字化工厂技术在一汽-大众焊装规划中的应用[C]//2014中国汽车工程学会年会.2014.

[3]丁琦,钟丽慧,矫洪智,等.白车身焊接用伺服焊钳结构标准及种类优化[J].汽车工艺与材料,2018(5):68-73.