皮卡車與重型載貨汽車白車身焊接共線生產(chǎn)可行性分析

中圖分類號：U466 文獻標志碼：B DOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20250055

Feasibility Analysis of Co-Line Production of BIW Welding for Pickup and Heavy Duty Truck

Jia Jiangfeng，Chu Xinnan，Zhang Yu，He Zhaojin （Sinotruk Jinan Commercial Vehicle Co.，Ltd.，Jinan ）

Abstract：To reduce production investment，this paper makes feasibilityanalysis of co-line welding production forheavy-duty trucksand pickupBIW from 4aspects： platform compatibility （sharing similar modulararchitectures）， processadaptability（employing compatible welding and gluing techniques），production line flexibility （utilizing highly adaptable robotic systems），and logistics management （leveraging diversified efficient logistics）一 -all demonstrating strong viability for the co-production approach.

Keywords：Co-lineproduction，latformcompatibility，Productionlineflexibility，Logisticsmanagement

1前言

隨著我國對皮卡車限制政策的逐步放寬，皮卡車越來越受到用戶的青睞，其既具有轎車的駕駛體驗，又有較強的載貨能力和越野能力，市場占有量逐漸提高。但皮卡車市場需求量小，單一皮卡產(chǎn)品很難支撐車企的生存和發(fā)展，因此，多數(shù)主機廠將皮卡作為一個產(chǎn)品系列，同時生產(chǎn)和銷售多種其他產(chǎn)品，如SUV、轎車、輕型載貨汽車等。因此，重型載貨汽車企業(yè)可考慮將皮卡車駕駛室焊接工序融入重型載貨汽車駕駛室焊接生產(chǎn)線，既可滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，也可避免過高投資，可待產(chǎn)品市場穩(wěn)定后再考慮建設(shè)高產(chǎn)能的皮卡車生產(chǎn)線。

本文針對皮卡車和重型載貨汽車白車身共線生產(chǎn)可行性進行分析，從多維度進行綜合評估。

2 平臺兼容性

2.1 模塊化架構(gòu)

重型載貨汽車的工作特點決定了其均采用非承載式結(jié)構(gòu)。皮卡車產(chǎn)品存在非承載式、半承載式和承載式結(jié)構(gòu)，以非承載式為主。因此，重型載貨汽車和皮卡車的駕駛室架構(gòu)相似，可以劃分成相似的模塊。

重型載貨汽車車身（又稱駕駛室）的組成結(jié)構(gòu)可分為車門總成、頂蓋總成、左右側(cè)圍總成、地板總成、后圍總成和前圍總成，如圖1所示。

皮卡車車身可分為車門總成、頂蓋總成、翼子板總成、發(fā)動機罩總成、地板總成、前艙總成、左右側(cè)圍總成、后圍總成和貨箱總成，如圖2所示。

從圖1、圖2可知，兩者的共同之處較多，包括地板總成、頂蓋總成、左右側(cè)圍總成、后圍總成和車門總成等，相似的結(jié)構(gòu)可采用相近的生產(chǎn)工藝，為共線生產(chǎn)提供可能。

根據(jù)白車身組成結(jié)構(gòu)特點，并參考業(yè)內(nèi)白車身焊接生產(chǎn)線的建設(shè)經(jīng)驗，工藝流程采用分總成工作站 + 組焊生產(chǎn)線的模式。分總成工作站可滿足重型載貨汽車車身1個分總成的焊接作業(yè)，同時可滿足皮卡車車身1個分總成的焊接作業(yè)。同一個工作站的分總成選擇對設(shè)備選型、工裝夾具配置及物流輸送均有較大影響，如焊接機器人的數(shù)量及型號、抓手類型及數(shù)量、焊槍型號等。合理的分總成組合可提高生產(chǎn)效率、節(jié)約投資、降低生產(chǎn)成本。

通過分析重型載貨汽車和皮卡車結(jié)構(gòu)，可將分總成分為2大類進行組合：一類是相似度較高的，相似維度包括作用、結(jié)構(gòu)、零部件組合工藝等，該類分總成包括車門總成、左右側(cè)圍總成和地板總成；另一類是相似度較低的，該類分總成的組合可綜合考慮產(chǎn)品件的結(jié)構(gòu)和物流去向，總成工作站的下線產(chǎn)品件去向為主焊線和調(diào)整線，考慮將去向相同或相近的分總成組合，可簡化下件物流路線，降低物流壓力。

為確定分總成去向，需提前確定主焊線和調(diào)整線的工藝布局。主焊線的主要任務(wù)為焊接車身駕駛室主體結(jié)構(gòu)，綜合考慮組焊工藝和生產(chǎn)節(jié)拍，主焊線的工位施工內(nèi)容規(guī)劃如表1所示。

主焊線施工內(nèi)容主要是沖壓件定位、點焊、部分弧焊、在線測量等，均由機器人完成，為全自動化生產(chǎn)線，但部分工作機器人不能完成或由機器人完成成本偏高，如門的安裝、通過鉸鏈將門固定在車身骨架上、小支架焊接等，因此，需建設(shè)一條調(diào)整線，主要用于駕駛室總成弧焊補焊、門蓋類零件的裝調(diào)、駕駛室精整等，調(diào)整線的工位施工內(nèi)容規(guī)劃如表2所示。

皮卡車的貨箱無法與重型載貨汽車駕駛室共線生產(chǎn)，完成上述設(shè)計任務(wù)后需單獨焊接組裝。貨箱分為貨箱后門和貨箱總成，完成2個總成的裝配后與駕駛室配對，輸送至涂裝車間。

根據(jù)上述分總成的去向位置，可對重型載貨汽車和皮卡車分總成進行如下組合：

a.重型載貨汽車前圍內(nèi)板總成和皮卡車后地板總成組合為一個工作站，上述2個總成件下線后均運送至主焊線工位1，物流去向相同。

b.重型載貨汽車風窗上骨架總成和皮卡頂蓋總成組合為一個工作站，下線后均運送至主焊線，差異為重型載貨汽車總成送至工位3，皮卡車總成送至工位5，物流去向有重合，差異較小。

c.重型載貨汽車前圍模塊總成和皮卡車發(fā)動機罩總成組合為一個工作站，下線后均運送至調(diào)整線工位9，物流去向相同。

d.重型載貨汽車后圍總成和皮卡車的后圍及貨箱組合為一個工作站，后圍均運至主焊線，物流去向相同。貨箱運至單獨裝配區(qū)。

e.重型載貨汽車頂蓋總成和皮卡車翼子板總成組合為一個工作站，下線后均運送至調(diào)整線工位8，物流去向相同。

經(jīng)過不同維度分析設(shè)計，完成工作站的建設(shè)，如表3所示。

2.2材料一致性

重型載貨汽車與皮卡車的駕駛室均由沖壓件組焊完成，重型載貨汽車沖壓件材料主要有冷軋低碳鋼（如前圍內(nèi)板內(nèi)層，材料代號為DC05，厚度為 1.5mm ）、低合金高強鋼（如螺紋板，材料代號為GB/T709/Q420B-GB/T3274，厚度為 8mm ）、冷軋高強度低合金鋼（如縱梁中部加強板總成，材料代號為HC260LA-2.5-Q/BQB419，厚度為 2.5mm ）。

皮卡車沖壓件材料主要有冷軋低碳鋼 + 鍍鋅（如前圍板本體，材料代號為 DC51D+Z-0.8-QBQ403 ，厚度為 0.8mm ）無間隙原子高強度冷軋鋼（如前地板，材料代號為170P1，厚度為 0.7mm ）、冷軋高強度低合金鋼（如左前橫梁加強板，材料代號為HC340LAD+Z-2.0-Q/BQB419，厚度為 2.0mm ）汽車結(jié)構(gòu)鋼（如門檻內(nèi)板后段內(nèi)加強板，材料代號為Q/BQB310SAPH440-2.0PT.A，厚度為 2.0mm ）。

經(jīng)統(tǒng)計，重載貨汽車和皮卡車沖壓件使用材料均為鋼材，材料類型相同或相似，為共線生產(chǎn)提供可能。

3 生產(chǎn)工藝適配性

3.1焊接工藝

重型載貨汽車駕駛室白車身以點焊與弧焊為主要焊接方式1。在點焊過程中，利用電極施加壓力，通過瞬間強電流在焊件接觸點形成電阻熱，使接觸點金屬迅速熔化結(jié)晶形成焊點，實現(xiàn)金屬部件的連接。弧焊時，以電弧為熱源，使焊絲熔化填充焊縫，從而完成焊接。皮卡車駕駛室白車身同樣采用點焊和弧焊。

通過對比2類車型焊接工藝參數(shù)，雖然在具體數(shù)值上存在一定差異，但點焊和弧焊的工藝原理高度一致，且參數(shù)波動區(qū)間存在重合。因此，對焊接設(shè)備參數(shù)進行精準調(diào)控與優(yōu)化后，同一生產(chǎn)線能夠滿足重型載貨汽車和皮卡車駕駛室白車身的焊接工藝要求。

3.2 涂膠工藝

在重型載貨汽車和皮卡車的生產(chǎn)過程中，部分沖壓件在焊接前需涂覆功能性膠。以車門外板與內(nèi)板總成的制造為例，重型載貨汽車和皮卡車均需在貼合前涂覆折邊膠和膨脹膠。折邊膠的主要作用為增強折邊處的連接強度，防正因應(yīng)力集中導致的開裂；膨脹膠則具有優(yōu)良的彈性和高膨脹率，能夠有效吸收和緩解沖擊能力，填充間隙，有效提升駕駛室的密封性和舒適性。皮卡車后圍外板和內(nèi)板總成貼合前需涂點焊膠，點焊膠能夠在點焊過程中優(yōu)化焊點質(zhì)量，增強焊接部位的強度和密封性。

經(jīng)統(tǒng)計，重型載貨汽車和皮卡車的分總成組焊工藝涉及點焊膠、膨脹膠、結(jié)構(gòu)膠和折邊膠的涂刷。不同類型的膠具有不同的工藝參數(shù)，如涂膠量、涂膠速度、固化溫度和固化時間等。由于沖壓件和縫隙的尺寸不同，重型載貨汽車和皮卡車的產(chǎn)品件涂膠量存在差異；由于生產(chǎn)節(jié)拍不同，重型載貨汽車和皮卡車涂膠速度存在差異，但上述2個參數(shù)均可通過自動涂膠設(shè)備的程序調(diào)整進行控制，以滿足不同車型的生產(chǎn)需求。在固化條件上，兩者通常均采用自然固化。

綜上所述，重型載貨汽車和皮卡車功能性膠的使用種類、設(shè)備兼容性等方面具備諸多相似性，具備共線生產(chǎn)的可行性。

4生產(chǎn)線柔性化能力

4.1 設(shè)備靈活性

隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，焊接線自動化率越來越高[2-3]。為滿足白車身的生產(chǎn)，需配置的主要設(shè)備和工裝器具有機器人、焊槍、抓手等。根據(jù)重型載貨汽車和皮卡車產(chǎn)品件的質(zhì)量、尺寸及工作范圍要求，可選擇滿足要求的機器人，分別編制動作程序，根據(jù)產(chǎn)品件調(diào)用對應(yīng)程序，實現(xiàn)2種車型的快速切換。機器人配置快換盤可快速更換焊槍和抓手。隨著計算機圖形處理技術(shù)、機器人視覺識別技術(shù)、焊接自動追蹤技術(shù)的發(fā)展，未來的焊裝生產(chǎn)線將更加智能[4-5]。從設(shè)備支持多車型程序切換的靈活性角度分析，重型載貨汽車和皮卡車具備共線生產(chǎn)的可行性。

4.2 夾具柔性切換

夾具是確保沖壓件焊接質(zhì)量、效率和一致性的核心裝置。夾具結(jié)構(gòu)越簡單，穩(wěn)定性越高，質(zhì)量越小。重型載貨汽車和皮卡車的平臺不同，為保證駕駛室焊接精度的同時減少夾具的種類和數(shù)量，考慮同平臺車型的夾具共用，不同平臺車型的夾具不共用。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，重型載貨汽車夾具與皮卡車夾具需要經(jīng)常切換，能否實現(xiàn)夾具快速切換直接影響焊接工作站的生產(chǎn)效率，因此，需要設(shè)計高效的夾具切換系統(tǒng)。

本文中生產(chǎn)線采用“小庫 + 大庫”的形式。“小庫”為工作站內(nèi)的夾具庫，存放2～3個車型的定位夾具，用于待產(chǎn)車型和第三車型的提前導入，保證車型切換在一個生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)完成，“大庫”為集中的夾具立體庫，存放其他車型的定位夾具，位于焊裝車間公共區(qū)域，“大庫”與“小庫”的連接采用自動導引車（AutomatedGuidedVehicle，AGV）背負夾具形式。其中，工作站內(nèi)“小庫\"主要由移載機構(gòu)、固定滾床和可升降滾床構(gòu)成，通過自動控制程序快速完成不同車型夾具的切換。“大庫”為夾具立體庫，位于車間內(nèi)，解決了夾具存放問題，同時通過舵機實現(xiàn)自動存取夾具，如圖3、圖4所示。

上述夾具快速切換系統(tǒng)，可實現(xiàn)重型載貨汽車和皮卡車夾具在一個生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)的切換，從車輛換型角度分析，具備共線生產(chǎn)的可行性。

5 物流管理

5.1 物料配送系統(tǒng)

為保證生產(chǎn)線的高效運行，物流規(guī)劃的合理性至關(guān)重要，線體內(nèi)工位間轉(zhuǎn)運、總成裝配單元間轉(zhuǎn)運、物流配送等均離不開物流輸送系統(tǒng)的支持，在滿足多種產(chǎn)品混線生產(chǎn)的同時也減少多余庫存浪費和物流運輸浪費。隨著工業(yè)智能制造技術(shù)的發(fā)展，物料輸送自動化率不斷提升。

焊接生產(chǎn)線常用輸送方式有AGV輸送、滾床滑撬輸送、積放式懸掛輸送機輸送和摩擦輸送。不同輸送方式的工作原理和特點不同，可單獨使用，也可配合使用，實現(xiàn)了物流規(guī)劃的高效性和智能性。

沖壓件從存放區(qū)輸送至總裝工作站、總成沖壓件從總成工作站輸送至主焊線或調(diào)整線均采用AGV托運精度料框輸送方式。精度料框與AGV配合采用通用機構(gòu)，實現(xiàn)不同AGV與不同精度料框的柔性組合；精度料框根據(jù)產(chǎn)品件設(shè)計成不同的結(jié)構(gòu)，滿足重型載貨汽車和皮卡車產(chǎn)品的存放要求。從主焊線到調(diào)整線輸送的產(chǎn)品和調(diào)整線下線輸送到涂裝車間的產(chǎn)品均為組焊成型的駕駛室，體積較大，采用滾床滑撬輸送方式。其中，滾床為通用部分，滑撬支撐點根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，將不同支撐點融合在同一個滑撬上，可實現(xiàn)重型載貨汽車和皮卡車產(chǎn)品的混線運輸。

從物料配送角度分析，重型載貨汽車和皮卡車具備共線生產(chǎn)的可行性。

5.2庫存策略

需要庫存的物料主要有重型載貨汽車和皮卡車的沖壓件和夾具，需要占用較大空間。為減小占地面積并提高存取效率，建設(shè)了沖壓件立庫和夾具立體庫。夾具立體庫可與AGV進行交互，實現(xiàn)重型載貨汽車和皮卡車夾具的自動切換。當需要切換夾具時，由中控系統(tǒng)下發(fā)指令，AGV將夾具運至夾具立體庫，自動切換為待用夾具，然后將夾具運至相應(yīng)目的地。沖壓件立體庫調(diào)度系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)進行交互，可實現(xiàn)沖壓件按照生產(chǎn)順序自動出庫，然后通過AGV運送至不同的工位。

6結(jié)束語

基于柔性制造體系的跨平臺車型共線生產(chǎn)已成為現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢。本文首先對重型載貨汽車和皮卡車駕駛室組成進行解構(gòu)，從模塊架構(gòu)上分析了2種車型共線生產(chǎn)的可行性；其次從工藝適配性和生產(chǎn)設(shè)備柔性化方面分析了2種車型共線生產(chǎn)的技術(shù)可行性；最后從物流配送系統(tǒng)分析了2種車型共線生產(chǎn)的物流支持可行性。經(jīng)過系統(tǒng)分析，重型載貨汽車和皮卡車駕駛室共線生產(chǎn)具有較強可行性。

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