某掛車焊接生產線優化設計

安徽江淮專用汽車有限公司 周庸 代家明 韋朝坤

為了擴產能、提效率，同時提高轎運車產品的質量，某公司擬對焊接生產線各工位進行優化，通過工序調整、工裝配置、工藝路線調整等方式，綜合分析并優化了掛車生產線上的產品制作流水線及生產線平衡，提高了生產線效率及產品質量。

1 前言

在我國掛車領域，以往的轎運車是一種十分特殊的車型。合規的轎運車在這個行業里鳳毛麟角，道路上主流的車型均超過20m。隨著交通運輸部重點治理轎運車市場以及9·21治超新政的嚴格實施和推進，原有商品轎運車市場普遍采用單排超長半掛轎運車、雙排跳等違規行為已經快速根除，整個轎運行業也將向規范化方向發展。根據新GB 1589規定，中置軸商品轎運車產品長度不得超過12m，列車長度不得超過22m，寬度不得超過2.55m，高度不得超過4.2m，主車加掛車最多可裝載8～11輛轎車[1]。因此，中置軸轎運車運輸車安全性高、裝載量大、通過性好等優勢，可有效替換市場上現有超標轎運車，以減少視線盲區，提高車輛通過性，從而降低事故發生率，降低運輸過程中所運輸商品的磕碰，保證單品價值較高的商品車運輸安全[2]。

在這樣的大背景下，某公司著手研發轎運車，但當前日產1臺的產能短板嚴重制約了轎運車的飛速發展，急需擴產能、提效率，同時還需提高產品的質量。針對上述問題，現擬對焊接生產線各工位進行優化，通過工序調整、工裝配置、工藝路線調整等方式，綜合分析掛車生產線上的產品制作流水線及平衡生產線，以提高生產線效率及進一步提升產品質量[3-4]。

2 生產線簡介

某公司現主要生產車型有3種：單胎半掛車、雙胎半掛車和中置軸轎運車。本文以雙胎轎運車在生產線上的工藝路線為例，對生產線現狀進行描述，包括布局、生產方式等。掛車車間現有一條生產線，包括焊接、裝配、調試作業。工藝流程路線如圖1所示。

2.1 焊接作業工位

焊接作業可分為9個工位，分別為：縱梁點固、縱梁焊接、縱梁校正、后平臺焊接、上前平臺/分總成焊接、縱梁拼焊、下平臺拼焊、下平臺上方滿焊、鋪多孔板/鋼絲網/下平臺下方焊接。焊接作業需嚴格執行轎運車焊接作業指導書要求。焊接作業完成后，將各總成轉涂裝，根據《涂裝工藝守則》要求進行涂裝后，再將各總成流轉至生產線上存放區。

2.2 裝配作業工位

裝配作業可分為6個工位，分別為：橋預裝、橋裝配、桁架裝配、上平臺裝配、液壓裝配、制動/電器裝配。裝配作業需嚴格執行轎運車裝配作業指導書要求。

2.3 調試作業工位

調試作業設置1個工位，該工位可并列放置兩臺車，同時進行調試作業。調試工作包括液壓動作調試、各燈具工作調試及制動調試。

經過平衡率分析，如圖2所示，計算可知生產線平衡率為68.45%，瓶頸工序集中于各焊接工位，接下來對各焊接工位進行工序優化。

圖1 工藝流程路線

3 各工位優化

3.1 縱梁點固工位

縱梁總成可分為三段（中置軸掛車）及四段（轎運半掛車）拼焊而成，各段小縱梁均在縱梁點固工位點固。對于直段小縱梁，在現有氣缸壓緊裝置上較易完成，保留現有工藝不做變化；由于原工裝上油缸間距較大且位置固定，對于彎曲段小縱梁難以處理，如圖3所示，且處理后縫隙達5mm，不符合技術要求。新縱梁點固工裝采用限位塊模式，如圖4所示，在現有焊接平臺上按照縱梁外輪廓確定限位板位置。工裝使用時，先定位縱梁上翼面，再采用梯形塊成型，可較好地保證縱梁上、下翼面與腹板貼合（縫隙≤1mm），且腹板與翼板之間垂直度可實時測量進行調整。經測算，使用新縱梁點固工裝后，縱梁點固工位可減少作業人員1名，工位節拍不變。

圖3 彎曲段縱梁

圖4 新縱梁點固工裝

3.2 上平臺焊接工位

前/后上平臺焊接工位節拍分別為112.5min及126min，相比節拍最長工位下平臺焊接工位(149.4 min），該工位時間較為富余，現將表1中零部件調至前/后上平臺焊接工位。工序調整后，生產線平衡率下降3.4%。

表1 各總成工時

3.3 下平臺焊接工位

下平臺總成作為整車受力點集合處，且橋、制動、油路等諸多關鍵零部件附著其上，該工位制作及關鍵特性控制尤其重要?，F就其幾個主要關鍵零部件的優化作業及工裝保證加以介紹。

3.3.1 前后主橫梁焊接

為保證該處諸多焊縫質量，特制作焊縫劃線靠模，對關鍵連接需焊接處先用靠模、石筆劃線，確定焊縫位置、長度（兩端起焊，焊縫長100mm，焊縫間距100 mm，焊縫高3mm），再調整焊接參數（焊接電流140～160 A，22～24 V）。通過該手段保證前后主橫梁焊縫質量及連接可靠性，也避免拉卷尺劃線出現錯誤的隱患。圖5為焊縫劃線靠模及使用靠模后焊縫。

圖5 焊縫劃線靠模

圖6 縱梁夾緊裝置

3.3.2 縱梁壓緊定位

縱梁總成作為下平臺主要受力零部件，其作用是重中之重，因此其組對及位置確定也異常重要。為保證兩根縱梁受力均衡，及下平臺焊接過程中不發生扭曲、翹起、及歪斜狀況，在縱梁吊至焊接平臺確定相對位置后，需對縱梁進行夾緊。

為保證夾緊，特設計制作縱梁間距裝置，如圖6所示。對單側縱梁設置四處夾緊，間距2500mm，縱梁夾緊裝置通過豎向壓緊保證縱梁垂直度，及不發生翹起；橫向夾緊保證縱梁定位尺寸及不發生扭曲。通過縱梁夾緊裝置可良好控制縱梁定位尺寸，及下平臺總成焊接過程變形，最終保證下平臺對角線誤差≤10 mm。

3.3.3 懸架焊接

懸架作為整車與輪胎之間的連接處，是整車關鍵零部件，其定位尺寸、相互之間尺寸及與牽引銷之間的尺寸誤差均是重點尺寸需進行控制。前期懸架定位僅通過卷尺拉尺寸，石筆劃線確定，經對前期制作車輛進行測量，懸架定位尺寸誤差均超出工藝要求。

為保證懸架焊接尺寸，特制作懸架焊接工裝，如圖7所示。將懸架焊接工裝吊至下平臺懸架對應焊接處，現用工裝前后橫梁上左右擋塊及中間橫梁上前后擋塊進行粗定位，再利用中間橫梁上兩個定位基準點量取到牽引銷中心點的距離，進行終定位。工裝定位完成后，用工裝上鎖緊螺栓將工裝與下平臺之間鎖緊，保證其相對位置不發生偏移。再將三組懸架（前懸架、中間懸架及后懸架）分別放置在對應位置，利用各自橫梁及工裝上限位塊定位，將各組懸架點固。

經測量，使用懸架工裝后，各組懸架支架對角線誤差≤2mm，中間懸架與牽引銷中心間距誤差≤5mm，符合圖紙及工藝要求。

下平臺焊接工位使用的工裝均為保證焊接質量，下平臺焊接工位共8名員工，增加工時10min，因該工序為節拍最長工位，導致生產線平衡率下降3.5%。后續對生產線的持續優化中，該工位將作為重點進行分析。

4 桁架焊接工位

桁架焊接工位所涉及的零部件外形尺寸較大（單件最長達4 500 mm），質量較大（單件最重達90 kg），操作不便。在前期作業中，需進行多次吊裝，高空吊裝及組焊，難度大、效率低。

針對該問題，經過分析，可對桁架總成先進行組件在地面拼焊完成后，如圖8所示，再分片整體吊裝，并制作分片拼焊工裝。該工序通過工藝路線的優化，減少該工位工時1 2 0 min，且減少80%的高空組焊作業，極大地提升了效率，降低了安全隱患。

鑒于該工位工時的減少，將下平臺焊接工位的所有小件制作（縱梁加強盒、提升踏板支撐座、旋轉鉸鏈等）調至桁架拼焊工位。經計算后，生產線平衡率提升2.3%。

圖7 懸架焊接工裝

圖8 桁架拼焊組件

5 結語

運用“5W1H”提問技術及ECRS四大原則，對某公司的掛車生產線進行優化，在工藝路線調整及工裝配置兩方面提出新的方案。新方案內容主要包括：a. 對上平臺焊接工位進行工序調整，桁架拼焊工位進行分片上裝；b. 對縱梁點固、下平臺焊接難度較大工位配備新的工裝及裝置，保證焊接質量。本文提出的掛車生產線優化的思路及方法，對生產過程進行分析優化，提升生產線平衡率至84.3%，并將該公司掛車產能由1臺/天提升至2.5臺/天，同時實現了提高各工序產品質量的目的。