基于白車身裝配焊接的零件防錯設計研究

李寧　王書勤　陳瀟穎

摘 要：防錯技術是利用防錯結構、裝置減少制造缺陷的一種工程技術。防錯技術在白車身制造中的應用，有效的降低了出現產品質量問題的風險。針對白車身裝配焊接的零件防錯設計中經常遇到的問題，進行綜合分析，并簡要介紹了研究白車身裝配焊接零件防錯設計的現實意義、白車身裝配焊接零件的防錯設計原則，如通用性、差異性、唯一性、相容性原則等，提出白車身裝配焊接的零件防錯設計優化要點，希望能夠給相關設計人員提供有效的建議和幫助。

關鍵詞：白車身；裝配焊接防錯；通用性；差異性；唯一性

1 引言

白車身總體生產質量的好壞，對車輛的各項性能影響較大，影響白車身質量的因素比較多，部分因素埋藏在白車身于設計環節，增加了以后的更改難度，也增加更改成本。由于白車身內部零件特別多，大約在300到400個左右，這么多的零件，在焊接的過程之中，很容易出現錯用，增加返工時間，甚至會引起出現機械故障，零件報廢的事故。鑒于此，本文主要分析白車身裝配焊接零件防錯設計要點。

2 研究白車身裝配焊接零件防錯設計的現實意義

將車身裝配防錯設計理念運用到白車身設計環節，能夠減少焊接缺陷的出現，真正實現零缺陷目標。在ISO/TS 16949當中，防錯的定義為防止不合格產品的制造而進行的產品和制造過程的設計與開發，APQP以及FMEA參考手冊當中明確指明要采取防錯技術，其是實現產品質量前期策劃以及潛在失效和后果分析所不可缺少的一種技術。近幾年來，防錯技術的應用范圍不斷擴大，已經逐漸成為建立零缺陷質量控制體系的重要途徑，從防錯角度來分析，面對白車身制造設計，能夠將不同的設計理念進行完美融合，對原有的設計方案起到有效補充。在設計階段，設計人員通過運用防錯設計理念，能夠減少其他零件與設備發生錯用現象，降低制造成本。

3 白車身裝配焊接零件的防錯設計原則

3.1 通用性

白車身的生產規模比較大，通常采用大批量模式進行生產，亦或是多車型共線生產模式。因為零件類型與數量均比較多，外形類似的零件也特別多，焊接人員在裝配焊接的過程之中，通過簡單的目視不易完全區分零件間的異同，經常出現焊接位置錯誤現象。即便是焊接過后能夠發現問題，很多零件仍然會出現取放反復現象，對白車身的生產效率產生影響。故在設計的過程當中，設計人員需要遵守通用性設計原則，將結構、尺寸比較接近的焊接零件，盡可能的做成通用件，保持零件間的通用性[1]。

3.2 差異性

與通用性原則不同，在設計白車身焊接零件時，如果發現近似的兩個零件不能設計成通用件，設計人員則需要結合差異性原則，將兩個零件間的差異不斷放大，讓焊接人員經過初步判斷或者防錯設施，能夠準確區分零件。通過改變兩個相似零件的結構，在局部位置增加其顯著特征，不斷提升兩個或者三個相似零件之間的差異性，保證零件得到更好識別。例如，在白車身兩側的對稱零件當中，由于這兩個零件的相似性較強，焊接人員很難區分，設計人員可以在其中一個零件某個部位添加三角筋，焊接人員能夠準確區分。

3.3 唯一性

在白車身裝配過程之中，大部分零件誤裝均是因為零件裝配時選用的零件不準確，錯誤的將其他零件焊接在該部位，雖然零件匹配度較差，但是，焊接人員或者檢驗人員很難發現問題。另外，如果焊接角度不同，即使是正確的零件，也會影響其焊接質量。因為零件具有一定的相似性，焊接人員在取件時，很容易出現錯誤，而正確的零件，由于旋轉角度不同，雖然能夠有效滿足夾具的裝夾功能，也非常容易出現錯誤焊接現象。因此，在設計零件時，設計人員需要加強對夾具的設計，讓特定的零件能夠在工裝夾具上實現唯一放置，杜絕零件裝配錯誤放置現象的發生[2]。

3.4 相容性

將零件放置在工裝夾具之上，焊接人員不必考慮零件位置，不管怎樣放置零件，對其正常使用功能不會產生任何影響，對零件的焊接位置也沒有明確要求。在焊接中心軸對稱零件時，該項原則能夠更好體現。在零件設計時，由于零件自身具有良好的對稱性能，將其直接放到夾具裝夾之上，焊接人員可以隨意旋轉放置零件，由于零件屬于軸對稱，其功能仍然能夠正常發揮。

4 白車身裝配焊接的零件防錯設計優化

4.1 防錯標識

白車身裝配焊接的零件防錯設計中，設計人員需要設計科學的防錯標識，一般來講，防錯標識主要分為兩種，分別是硬防錯（物理防錯）與軟防錯（工人目視）。其中，硬防錯主要指的是運用物理防錯理念，加強零件定位孔設計，不同的焊接零件，其定位孔大小各不相同，包括零件的錯位特征，

與硬防錯標識不同，軟防錯途徑更為多樣化。下面先介紹軟防錯的種類：

第一，利用數字進行標識，將其編號為1、2、3，主要用于頂蓋上部的頂梁。

第二，利用箭頭方式（→），主要用于區別安裝方向。

第三，在零件上增加其他記號，比如在零件左右兩側標識英文字母，L、R，L代表左側，R代表右側；或者增加配置記號，LV0，LV1，用于區別不同配置的零件。

第四，可以在零件上印好零件號[3]，通過查看零件號來確認零件的準確性。

4.2 防錯結構

與防錯標識不同，防錯結構的特征更為顯著，屬于主動防錯的一種，需要產品設計與工裝設計相結合，它能在軟防錯的基礎上對零件防錯提供更安全的保障。

4.2.1 定位孔

如下圖，對于結構外觀基本一致的零件，如果定位孔位置也一致，則可以設計采用不同的尺寸定位孔，如果選用的零件或者安裝方向不正確，則零件無法裝配進入定位孔內。

4.2.2 定位缺口

在零件某個部位設置缺口，工裝夾具擋塊能夠填充缺口，則確保零件安裝到位。

4.2.3 防錯臺階

功能與定位缺口類似，在焊接零件時，選擇的零件不正確或者安裝方向不正確，則臺階會與定位工裝干涉，出現無法安裝的情況。

零件設計時采用防錯結構，能夠幫助焊接人員全面了解零件裝配位置，充分體現了零件裝配位置的唯一特性，設計人員需要根據定位孔的間距與大小，對相應零件進行中心對稱面偏距設計。定位孔防錯結構如圖1所示。

實例：頂蓋上的橫梁包含三種防錯方式，數字防錯用于區別頂梁之間彼此的區別，箭頭防錯用于識別安裝方向，定位孔防錯用于工人目視出錯時的另一重保障，左右定位孔徑不一致，方向裝錯，則無法裝配到位。

4.3 防錯工裝

防錯工裝指的是利用工裝夾具，包括車間中的輔助工具，達到零件防錯目的。

常用的防錯裝置主要有限位開關、定位銷、失控報警、計數器以及傳感器、光電開關、圖像識別等。應用實例：

4.3.1 定位銷：一些不同車型的總成零件外形十分相近，針對裝配零件的外形以及夾具的構造特征，在裝配后的總成處安裝分類定位銷，以此來防止不同車型裝錯的現象。

4.3.2 利用車型配置不同、沖壓件狀態差異，增加電磁傳感器用于防錯：如廠內某車型和其升級款車型側圍總成分拼在同一工裝上焊裝，生產時車型批次切換比較頻繁，為預防出現裝錯而造成側圍報廢問題，在工裝上零件差異處增加電磁傳感器（如圖2、圖3），當電磁閥感應零件狀態與程序設定不一致時就會停止夾具工作（升級款車型無感應特征），只有當側圍外板均正確安裝時夾具才能正確裝夾，杜絕了零件錯裝問題。

4.3.3 導向定位塊：一些車型零件本體同加強板焊接位置處于零件的背面，導致無法保證焊點的位置，在夾具上增加導向定位塊，能夠有效解決焊接位置難以保證的問題。

4.3.4 焊點計數器：在車身焊接時焊點數量較多的工位，由于各方面因素的影響，容易出現焊點漏焊的問題，對車身強度造成很大的影響。采用焊點計數器，配以相應的程序，可有效的防止漏焊點的問題。

4.3.5 圖像識別技術：在白車身生產制造過程中，往往涉及到很多孔洞，利用零件上孔洞的差異，從而區別零件的差異。視覺傳感器在光源的配合下抓取合適大小的圖片，通過檢測工具來判斷有無孔的存在，最終判定零件有無裝錯。

除此之外，設計人員可以安裝防錯傳感器，焊接人員利用該傳感器，能夠在規定的時間內探測零件特征，并做好識別工作，進一步了解各個零件的高低配置，結合零件高低配差異，在指定的位置進行零件焊接。對于設計人員來說，通過遵守通用性原則，將兩個比較相似的零件設計成通用零件，減少誤取現象的出現。對于相似度較大的零件，由于其功能不同，設計人員需要遵守差異性原則，將其設計成差異較大的零件，保證各項焊接零件更好區分[4]。

5 結束語

綜上所述，在白車身制造前期，注重在設計過程中融于防錯設計的思想，結合生產線的車型特點，通過全面的了解白車身裝配焊接的零件防錯設計優化途徑，科學設計和使用防錯標識、防錯結構、防錯工裝等等，能夠保證白車身裝配焊接的零件防錯效果得到更好提升，減少誤取誤裝現象的發生。對于設計人員而言，要樹立正確的零件防錯設計意識，結合工藝工裝區域提出的建議，對原有的零件防錯設計方案進行改進，并遵守防錯設計原則，從而有效提升公司產品的質量，同時能更有效的降低因制造誤差產生的成本。

參考文獻：

[1]門平.白車身焊接裝配的質量控制方法[J].工程技術研究，2016，（05）：163+172.

[2]曾超，劉堅，李蓉.基于MEWMA控制圖的車身焊接裝配尺寸偏差控制研究[J].中國機械工程，2014，25（05）：692-697.

[3]吳劍.CATIA柔性子裝配模擬車身焊接夾具運動的設計方法[J].汽車工藝與材料，2013，（04）：13-16.

[4]劉步豐，朱文峰.從電阻點焊（RSW）到摩擦點焊（FSW）——鋁合金車身焊接裝配新工藝[J].科技資訊，2015，（08）：18-19.