解放J7高端重卡焊裝線規劃與實踐

■ 朱西產，王洪杰

1. 數字化設計應用

在激烈的市場競爭環境下，汽車產品更新換代越來越快，傳統的白車身工藝規劃技術已不能滿足汽車生產周期縮短的要求。隨著計算機輔助工程和仿真技術的逐漸成熟，以數字化工廠技術實現產品生命周期中的設計、制造、裝配等功能，并對其生產過程進行仿真、評估和優化，這促使汽車制造企業從傳統制造模式向數字化制造模式轉變，實現產品的快速、低成本和高質量的制造。

（1）廠房3 D數字化設計 應用BIM軟件建立建筑、結構、公用管線和公共設備三維模型，主要解決干涉碰撞問題以及介質管道優化排布問題。通過漫游巡視，輔助設計師進行空間視角的優化。

人員，輸出干涉問題33項，干涉點1000多個，圖樣問題33項。針對干涉檢查出的問題，設計人員對干涉位置進行設計調整，避免現場施工時返工和出現重大設計變更，如圖1、圖2所示。

（2）工藝3D設計與仿真 按照現場實際集成情況，將生產線中機器人、夾具、鋼結構、控制柜等所有設備在三維軟件中1:1繪制3D平面圖，提高規劃準確率，提高現場集成效率，避免因現場出現設備干涉而造成返工，如圖3、圖4所示。

圖1 現實與虛擬廠房設計

圖2 3D干涉檢查輸出表

主焊線、地板線和車門線自動區所有焊接機器人、搬運機器人和涂膠機器人使用ROBCAD進行仿真設計；頂蓋線自動區焊接機器人、搬運機器人和涂膠機器人首次使用PS進行仿真設計。通過建立自動區各個工位的虛擬模型，搭建虛擬仿真環境，結合規劃提供的焊點信息和焊接軌跡，實現了焊點可達性、焊接路徑和多個機器人焊接干涉的仿真；輸出了機器人離線程序，導入現場機器人，實現機器人自動調試；輸出工位操作時序的Gantt圖和生產節拍表，驗證了焊接工序和機器人規劃的合理性。

（3）詳細規劃線纜線槽 形成了J7項目線槽標準，按實際集成1:1規劃線槽、線纜、水氣管，明確每種設備每根電纜的走向，明確線體內水氣管路，詳細到接頭三通，提高了前期提料的準確率，減少了線槽、線纜、水氣管路的浪費。規劃位置、數量準確，減少了返工時間，提高了施工效率，如圖5所示。

2. 焊裝線工藝亮點

作為汽車制造過程的四大工藝之一，汽車焊裝生產線向自動化、柔性化和省人化發展是必然趨勢。

J7駕駛室焊裝線秉承高自動化、高柔性化和省人化的原則進行工藝設計。J7駕駛室焊裝線自動化率為61%，比J6駕駛室焊裝線高93.5%；預留了駕駛室長/短、寬/窄和高/矮變化的規劃；同J6駕駛室焊裝線相比省人30%。

（1）自動化程度高 J7駕駛室共由169種零件裝配而成。白車身共有3822個焊點，加工深度100%。焊裝線采用67個機器人，完成焊接、搬運、涂膠、螺柱焊和滾邊等工藝，焊點自動化率達到61%。

主焊線、地板線、頂蓋線和車門線自動化率為100%。其中作為國內首條全自動金屬高頂頂蓋線，機器人搬運代替傳統輸送形式；全線應用電伺服焊鉗，實現綠色制造；焊接和涂膠自動化率100%，如圖6所示。

3.2 光滑面Keyes記分 大鼠牙光滑面齲損只觀察到E級、Ds級，Dm、Dx級均未觀察到。E級齲損、Ds級齲損中紫地榆不同提取物組與蒸餾水組比較，差異均有統計學意義（P＜0.05）。但紫地榆不同提取物組與NaF組比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；紫地榆不同提取物組間比較，差異均沒有統計學意義（P＞0.05）。且NaF組未觀察到Ds級齲損。見表2。

圖3 J7主焊線3D平面圖

圖4 J7頂蓋線3D平面圖

圖5 線纜線槽3D設計

圖6 虛擬與現實J7頂蓋線

（2）柔性化程度高 主線主拼采用框架夾具形式，產品柔性高，夾具結構簡單，如圖7所示。主焊線輥床臺面寬度設計為780mm，為可能存在的窄車作主定位空間變換預留。主焊線上的焊接主定位已預留切換空間，可通過增加定位切換實現不同車型的定位焊接。

（3）省人化設計 凸焊工作量：左地板凸焊18個螺母（Q36408）；右地板凸焊11個螺母（Q36408）和4個螺栓（Q1980820）。左/右地板重量為25.7kg，若采用傳統的人工凸焊需要5名操作者，其中4名操作者抬著零件，1名操作者操作凸焊機。

這種傳統的人工凸焊工藝，工作效率低且工作強度大。為了改善這一情況，我們采用了自動凸焊的方案。

左/右地板自動凸焊區工作內容：左/右地板凸焊螺母、螺栓。凸焊區的主要設備及工裝：1臺搬運機器人、2臺固定凸焊機、1臺螺母輸送機、1臺螺栓輸送機和2套上/下料臺。零件上/下件方式為人工操作吊具上/下件，如圖8所示。

通過上述工藝改善，我們單班節省了3名操作者，同時降低了勞動強度。

3. 綠色與安全設計

汽車制造產業要適應時代潮流，在汽車的整個生命周期內，要綜合考慮資源節約和環境友好的理念，實施綠色制造。國家制定了相關政策，汽車制造企業要實現可持續發展，必須轉變發展方式，走綠色制造之路。作為考核企業的第一指標，國家法規明確了安全生產的具體內容。我們在焊裝線設計時考慮主動安全和被動安全兩個方面，讓我們的員工能在安全的環境下進行生產。

（1）綠色設計 J7駕駛室焊裝線的焊接機器人全部采用伺服焊接技術，與氣動焊鉗相比，伺服焊鉗不使用壓縮空氣，節省了空壓站的經濟投入以及制氣的電能消耗，同時降低了焊鉗產生的噪聲。

所有機器人應用中頻焊接技術，與工頻焊接技術相比節約電能60%。應用廠房整體除塵及工位除塵相結合的方式，消除傳統焊裝煙霧繚繞的景象，如圖9所示。

（2）安全設計 通過對生產進行風險區域的識別，懸掛警示標牌。風險區域分為三個等級：綠色區域為無危險區，可以一直有人存在；粉色區域為經常或者持續有人存在，需要采取特殊的安全措施；黃色區域為危險區，不允許有人進入。

圖7 J7主焊線框架夾具

圖8 地板自動凸焊區

圖9 廠房整體排煙除塵裝置

對于存在安全風險的區域，我們通過安全圍欄、安全門鎖、光柵和激光掃描器的組合進行安全防范，保證異常情況下操作人員的安全，如圖10所示。

4. 智能焊裝設計

（1）智能目標 J7駕駛室焊裝線智能設計的目標為計劃管理與生產跟蹤、設備運行狀態與實時監控、設備全生命周期管理、質量管理、庫存及物流管理、能源管理和智能統計分析，如圖11所示。

（2）功能模塊 ERP生產計劃轉化成MES系統生產計劃，下發至機器人，形成生產作業工單，制造環節開始，在制造過程中，有能源、物流、質量、設備、實績等模塊將收集的過程數據進行統計分析，支撐相關人員的技術、管理工作。制造完成后，物流管理模塊對于半成品、成品等信息進行統計反饋至庫存管理，最終反應到生產計劃。

圖10 安全設備的組合應用

圖11 J7智能焊裝設計目標

5. 結語

隨著汽車駕駛室的多樣化和復雜化以及生產周期的快速更替，未來汽車車身制造將會在機器人自動化、柔性化和省人化方面繼續發展。結合焊接技術發展的先進方向，一汽解放新一代卡車J7駕駛室廣泛采用新工藝和新技術，提高自身的制造過程能力。

一汽力求發展自主品牌的研發與制造，未來將圍繞一汽自主品牌J7駕駛室的系列產品，秉承安全、優質和高效的原則，不斷完善焊接工藝技術，不斷提高焊接質量和工藝水平，同時也為行業積累寶貴經驗。

汽車工業的發展水平代表了一個國家的綜合技術水準，汽車工業的發展必將帶動其他行業的發展。車身作為汽車重要的組成部分，其焊接技術的發展及其應用必將推動汽車乃至各行各業的飛速發展。一汽解放將以積極的姿態為汽車行業發展和中國智能制造做出更多的貢獻。

[1] 曾魁. 基于數字化工廠的車身地板焊裝線工藝規劃及仿真[D]. 大連交通大學，2011.

[2] 邵蕊. 汽車焊裝走向智能化[J]. 汽車工藝師，2015，（06）：8.

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[4] 吳勁浩. 長安汽車智能制造探索與實踐[J]. 汽車工藝師，2016，（03）：20-24.