焊裝車間電阻點焊質量數字化實現探索

摘 要：電阻點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域產生的電阻熱，形成焊點的焊接方式。旨在探索整車制造企業焊裝車間電阻點焊業務的數字化實施路徑，針對焊裝車間電阻點焊業務痛點，提出數字化構建思路和實施方案，用以提高白車身強度品質保證能力和提高質量效率。

關鍵詞：智能制造；數字化；電阻點焊；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，而電阻點焊為白車身中最主要的連接方式。據統計，一臺轎車或者SUV白車身，總體有4000-6000個電阻焊點，占白車身焊點總量的95%以上。因此，提高電阻點焊的質量和效率對白車身品質和NVH性能至關重要[1，2]。

目前，國內各大主機廠都在競相進行工業數字化的轉型，數字化轉型為車企的精細化管理提供了先進的手段，提高了企業的管理效能，促進了降本增效目的達成[3]。

一汽-大眾焊裝車間，運用AI算法對點焊質量問題進行預測，填補了行業空白，實現了電阻點焊100%監控、分析、避免批量點焊缺陷，提前、快速和準確地發現問題，節約維護或返修的工時、降低焊接設備或質量停線、節約維修或返修等成本[4]。

馬堅[5]等針對焊裝數字化轉型中面臨的技術問題和業務痛點，結合工業物聯網、相關新技術應用文獻及工廠實際需求，暢想了以大數據平臺為載體構建涵蓋焊接過程參數監控和焊點質量評價的焊接質量實時監控系統，達成取消諸如超聲波檢查等離線檢查工序、減少焊點返修的數字化精益生產的目標。

梅冬勝[6]通過研究基于以太網絡的焊裝監測技術開發了點焊監測系統，對點焊過程進行在線監測，在實現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保證能力。

點焊質量數字化總體規劃框架

1.點焊質量業務痛點

廣汽傳祺宜昌分公司焊裝車間，共計設置五個焊點半破壞檢查崗，兩個焊點超聲波檢查崗，以保證白車身焊點強度。焊點種類繁雜，人工檢查崗位較多，主要痛點可歸納如下。

（1）勞動負荷大，強度檢查效率低" 現場員工根據作業指導書對焊點進行半破壞檢查，每臺車需要翻看作業指導書，核對敲檢焊點位置和數量，人工敲檢完畢后進行逐一紙質記錄，查看和填寫存在錯漏風險，檢查效率低下。

（2）焊接參數優化效率低" 焊接飛濺削減和焊點品質優化是提升強度保證能力常見的管理手段。通過焊接試片，驗證不同的焊接參數，再通過拉力試驗、超聲波檢測等手段確認焊點強度，最終才能選定最優的焊接參數。焊接參數優化后還需要在線進行品質確認，批量驗證合格后方能標準化，整體焊接參數變更效率較低。

（3）車身焊接質量數據利用率低" 強度焊點半破壞檢查數據采用人工填寫紙質表格進行記錄，由于紙質表格數據存儲和分析難度大，且焊接過程數據離散的存儲在不同線體的各個群控主機數據庫內，導致整個焊接質量數據難以集中把控，數據利用率低。因此，無論是檢查質量數據還是焊接過程數據，數據的集成開發亟待進一步挖掘。

2.點焊質量數字化規劃方案

為了解決以上焊接業務痛點，結合焊裝車間數字化轉型契機，梳理業務需求，開展數字化業務實現。基于搭建的企業級數字化平臺，增加新型IoT傳感器、搭設遍布車間的工業5G網絡進行數據采集、傳輸、存儲，依據業務需求高代碼和低代碼開發使業務落地，在提升強度保證能力同時削減了質量成本、提升了質量效率，達成了既定的提質降本的目標，相關業務規劃如圖1所示。

典型實施方案

1. 點焊數字化半破壞檢查

根據線體初期規劃，分別在下車體生產線和上車體生產線對應位置設置焊點半破壞檢查關卡，在線檢查焊點質量。白車身分總成或總成到達對應關卡后，開始半破壞檢查作業：核對車身VIN，人工翻閱相應的作業標準書，鑿批檢查焊點并恢復，手工填寫檢查結果。

傳統的半破壞檢查步驟繁瑣、自動化程度低，因此檢查效率低，制約線體整體節拍提升，亟待數字化升級改造。具體半破壞數字化檢查業務的實現主要分為兩個步驟：一是基礎信息數字化升級；二是數字化半破化檢查的業務實施。

（1）焊點基礎信息數字化升級" 依托數字化平臺進行數據建模，分別將不同車型的焊點基礎信息包括板組信息、焊接參數等進行導入，如圖2所示。

然后進行高代碼開發，將數模圖樣上的焊點二維坐標與焊點基礎信息進行綁定，如圖3所示。為數字化半破壞檢查，奠定數據基礎。

（2）數字化半破壞檢查實施" " 在半破壞檢查關卡根據檢查人員增加檢查交互屏，專門設計人機交互界面供檢查人員可視化檢查并反饋檢查結果，檢查結果與車身VIN綁定；如果，檢查結果合格則進行下一臺檢查；如果出現不良缺陷，檢查人員填寫不良類型及責任人進行返修確認、下一臺檢查任務中增加不良焊點的持續檢查，待連續合格后，問題關閉。

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

2）強度檢查作業標準書。白車身焊點半破壞檢查采取循環檢查的方式，針對某一檢查關卡將需要半破壞檢查的焊點，根據焊點位置和可達性分配成n組，第一臺車檢查第一組即1-a點、第二臺車檢查第二組即a-b點，依此類推直至檢查到第n臺車，將所有需檢查焊點檢查完畢。根據檢查規則，在數字化平臺制作不同檢查關卡、不同車型的作業標準書，作業標準書內根據檢查順序進行焊點分組，具體檢作業標準書如圖5所示。

3）強度檢查結果與車身VIN綁定。待檢白車分總成或者總成到達半破壞檢查關卡時，RFID讀寫頭讀取精定位臺車標簽中的車身VIN并傳遞給PLC，數字化平臺通讀取PLC中的車身VIN并存儲。同時，檢查結果通過檢查關卡人機交互界面反饋至數字化平臺數據庫存儲并與VIN進行一一關聯、綁定，從而實現了檢查結果與車身VIN的綁定，具體實施路徑如圖6所示。

2.點焊焊接參數智能變更

焊接參數優化過程中，一般在焊接控制器錄入試片驗證合格的參數后，還需通知強度關卡進行持續多輪次的在線強度檢查，持續合格后才能將參數進行固化及存儲。該種優化方式，時效性低、檢查效率低下。

依托數字化平臺，設計專用的參數優化表單，在表單中填寫待優化參數焊點的焊點號并設置檢查閾值，平臺根據焊點號檢索出焊點焊接工位并將焊點的強度檢查任務智能推送至對應的強度檢查關卡，檢查人員根據檢查屏幕上的可視化檢查任務進行強度檢查，并通過交互界面反饋檢查結果，待合格臺數達到設置的閾值時，參數進行線上流轉、審批、存儲。具體焊接參數智能優化邏輯示意如圖7所示。

3.點焊焊接參數智能推薦

依托焊接參數智能變更，參數優化輪次越多，線上參數數據庫里的參數越接近于最優參數。新車型導入階段或者下一輪次優化參數時，在線上參數數據庫中錄入對應板組信息，數據庫輸出現階段最優參數，從而節省了大量選取參數時焊接試片、拉力試驗等檢測的時間成本和經濟成本，極大的提高了參數選取效率。具體焊接參數智能推薦邏輯示意如圖8所示。

4.白車身點焊過程數據全過程管控

焊接過程中會產生大量的過程數據，離散的存儲在不同的焊接控制器群控主機中，數據利用率低、無法宏觀地通過過程數據來來進一步的提升焊接品質。將這些過程數據與車身VIN進行綁定，并通過數字化平臺進行上傳、采集、儲存并智能化分析，極大的發揮了點焊過程數據對焊接品質的指導、追溯作用，實現了白車身點焊過程數據全過程管控。

（1）焊接過程數據與車身VIN綁定" 以VIN為抓手，將焊點號、焊接控制器內的焊接序列、焊接過程數據（焊接電流、焊接時間、焊接熱量及UIP等）進行綁定，具體技術路線如圖9所示。

由于PLC與機器人之間、機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器人，再有機器人傳遞給焊接控制器，群控系統內的每一臺焊接記錄均有對應的車型信息，具體傳遞車身信息方案如圖10所示。

（2）焊接過程數據的采集與存儲" 車間部署工業5G網絡，將各線體博世焊接控制器群控主機與數字化碼平臺服器進行連接，數據采集方案如圖11所示。

博世焊接控制器SST連接到群控主機PC，群控主機上的BOS6000數據庫存儲焊接參數、焊接報警及報錯記錄、參數更改履歷及焊接過程數據，其中焊接過程數據包括焊接的每個焊點的焊接電壓、焊接電流、焊接飛濺時刻、焊點評分UIP及過程穩定性PSF等。群控主機通過工業5G網絡，將數據傳輸到低代碼平臺服務器進行集中存儲。

（3）焊接過程數據統計與分析 通過數字化平臺獲取的焊接控制器中的焊接過程數據，進行多維度展示、多維度分析，為生產和質量管控，提供數據依據。

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

2）焊接飛濺數據多維度展示與查詢。常規飛濺主要采用人工記錄統計，統計效率低下、飛濺識別準確度差。因此，也導致飛濺優化進度緩慢、飛濺優化效率低。依托數字化平臺，針對飛濺數據進行趨勢化管理和多維度分析展示，高效的開展飛濺優化工作，具體飛濺分析和展示界面，如圖13所示。

3）焊機報警數據閉環管理。以故障類別統計焊接控制器報警數據，并進行閉環管理，滾動播放表格展示當天報警數據，科學管控焊接控制器報警信息，具體管控界面如圖14所示。

4）焊接問題閉環管理。以焊接不良為統計維度，統計一周內的焊接不良并滾動播放、展示不良關閉詳情，科學管控焊接不良，具體界面如圖15所示。

結語

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度專業數字化轉型探索中的代表項目，通過項目實施表明：

1）數字化半破壞檢查實現，提升了強度檢查效率33.82%，強度檢查人員削減25%，達成了既定的提質增效的目標。

2）點焊焊接參數智能變更，提升參數優化效率40%，參數變更流程100%實現了數字化管控。

3）點焊焊接參數智能推薦，削減了參數選定時焊接試片、拉力試驗等試片及時間成本，大幅度提升了參數優化及新車型參數導入效率。

4）將焊接過程數據、強度檢查數據與車身VIN進行綁定，極大的提升了焊接強度保證能力、實現了白車身強度質量數據全過程管控。

參考文獻：

[1] 袁少波，童彥剛.點焊技術在汽車工業中的應用[J].電焊機，2005（2）：26-30.

[2] 曹鍵，陳關龍，李永兵，等.轎車車身點焊信息計算機管理系統的開發[J].機械制造，2004（8）：66-68.

[3] 鄭春暉.整車廠焊裝車間設備互聯及數字化[J].機電技術，2022（4）：44-47.

[4] 王東林，李森，趙飛，等.焊裝過程質量數字化提升方法探索[J].汽車制造業，2024（5）：14-17.

[5] 馬堅，彭惠平.數字化汽車焊裝智能制造轉型研究和思考[J].汽車工藝師，2022（10）：16-19.

[6] 梅冬勝.基于以太網的點焊過程質量監測方法與系統研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2013.