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白車身焊裝工藝規(guī)劃是焊裝工藝導入前期對車間作業(yè)人員、生產設備、生產物料、工藝路線及生產線進行合理配置，以達成高品質、低成本、高效率、高標準、更安全地生產白車身的目的。前期規(guī)劃做的越充分，后期工作開展越順利，風險更小，并且大大縮短達成量產的時間。工藝規(guī)劃是白車身焊裝工藝導入前期一項復雜的系統(tǒng)工程，此時白車身設計基本定型，需要結合現(xiàn)有生產條件對車身數(shù)據(jù)作全面分析以及工藝仿真，期間可能會遇到各種工藝問題，關鍵是如何做出合理的對策。

       工藝問題可能影響焊接品質、成本控制、節(jié)拍保證、標準化生產、安全生產保證五個方面，合理的對策首先必須滿足高品質的要求，雖然品質是第一要素，但是其他方面同樣需重視，而且要進行層層檢討，有問題分別作對策以及實施，對實施效果進行仿真或驗證。下面從這五個方面入手，充分闡述其思路及方法。

1焊接品質
       工藝規(guī)劃跟品質是息息相關的，不合理的焊接工藝可能導致焊接出錯或產生焊接缺陷，甚至造成工件損壞。

        為節(jié)約白車身焊裝生產線投入，一條生產線將生產好幾款車型，而每種車型的白車身又包含了兩種以上的派生，從而導致派生零件之間焊點數(shù)量及焊點位置的差異，如果沒有對這些差異做出正確的區(qū)分，則很容易造成焊接出錯。焊接出錯是白車身焊接過程中較為嚴重的品質問題，如果不及時發(fā)現(xiàn)加以制止，有可能造成批量不良，還會帶來嚴重的生產損失，甚至造成零件報廢。為了避免焊接出錯，必須加強工序間的檢查及防錯。工序檢查主要是依靠人的目視檢查，工藝規(guī)劃必須確保所焊的工件及焊點的可視性，若可視性不強，則問題很難被發(fā)現(xiàn)。防錯主要有機械防錯和電氣防錯。機械防錯主要針對手工夾具，通過對不正確的操作設置機械障礙，從而無法進行下一步的動作，作業(yè)人員通過反思發(fā)現(xiàn)操作失誤，并立即進行糾正。電氣防錯主要針對自動線夾具，通過特定的傳感器對派生零件的差異點進行檢測，傳感器將信號輸送給PLC，PLC程序對信號進行辨別，一旦出錯則進行報警。工藝規(guī)劃必須考慮在什么工位增加防錯，以便更有效地進行防錯，同時盡量減少這種可能出錯的工位，最好將工位減少為2個，建議其中一個是點定工位，另一個工位是后續(xù)補焊工位。以一款中型SUV車型5座派生（圖1）和7座派生（圖2）為例，7座派生比5座派生多出了第三排座椅安裝支架，增加的支架又導致焊點位置及搭接關系的變化。針對第三排座椅安裝支架這些差異件，可以設立一個專門的點定工位來進行焊接。第三排座椅支架后續(xù)補焊工位，也同樣可以設立一個專門的工位來對應焊接。從而將影響范圍縮小到最小，即使生產中出現(xiàn)問題，也能夠及時發(fā)現(xiàn)，并對問題做出處理。

               圖1 中型SUV車型5座派生                  圖2中型SUV車型7座派生

       隨著汽車產銷量增加，為了在有限的廠房空間提高產能，必須導入更多的機器人及自動化設備，白車身焊接的自動化水平相應得到提高。盡管如此，手工焊接依然是不可或缺的，并且與機器人焊接形成互補，一些自動線無法焊接的焊點可以移到手工線，反之亦然。但手工焊接相對于機器人焊接仍然較容易出現(xiàn)焊接缺陷，甚至將工件打變形。為確保手工焊接品質，首先是確保手工可焊性，其次是確保完成作業(yè)后便于檢查。工藝規(guī)劃的過程中需要著重注意一些人工焊接容易產生半點、焊偏、焊點扭曲、零件變形等缺陷的焊點，在自動線可焊接的前提下，應盡量將這些焊點移到自動線去焊接，當然也有可能必須在手工線焊接，那么要考慮增加焊接導向或采用傀儡焊。通常情況下，這些焊點可能因零件的擺放角度原因，導致無法通過目視找到焊接的準確位置，從而產生半點或者焊偏（圖3）；也有可能因為零件結構復雜，搭接面在一個曲面上（圖4），很難將焊鉗擺到一個垂直的角度進行打點，從而導致焊點扭曲；還有可能焊鉗的電極臂與工件離的太近，容易將工件打變形（圖5），這些問題可以在規(guī)劃前期通過焊接模擬來發(fā)現(xiàn)。手工焊接完之后必須進行檢查，因此要保證手工焊接所有焊點都能夠便于目視檢查，應盡量避免因為品質檢查而耗費太多的時間。

圖3半點或焊偏                    圖4搭接面在曲面上               圖5工件變形

2成本控制
       新車型導入不可避免要發(fā)生費用，通過合理的工藝規(guī)劃，可以對成本進行有效控制。
工藝規(guī)劃實際上是圍繞生產物料這一中心來開展工作。生產物料決定了來件狀態(tài)，同時也決定了主機廠焊裝車間的加工深度。如果加工深度超出車間規(guī)劃的范圍，則一款車型將無法按照設定的節(jié)拍進行生產，可能節(jié)拍嚴重滯后，出現(xiàn)產能不足的問題。反之，如果加工深度低于車間規(guī)劃的范圍，則一款車型的生產可能會導致工時的不均衡現(xiàn)象，帶來等待的浪費。因此，對生產物料進行合理的內外作分工將非常關鍵。合理的內外作分工，要基于車身設計的模塊化以及平臺化。首先車身設計模塊化是最為基本的，一款車型的白車身可以分為下車體、上車體和四門兩蓋；以下車體為例，可以細分成前機艙總成、前地板總成和后地板總成；以前機艙總成為例，還可以細分成左、右前縱梁總成、前壁板總成和前防撞鋼梁總成，這些總成可以由零部件商進行加工，模塊化的設計使得內外作分工更加簡單化和有序化。其次是平臺化設計，白車身設計應盡量參考同平臺成熟車型的結構及焊點數(shù)量，個別零件能夠與舊的車型共用，則盡量共用，從而使得同平臺車型的焊接工藝具有可參考性，大大減小了工藝規(guī)劃的難度。因此，對物料進行內外作規(guī)劃必須要有模塊化和平臺化的概念，盡量參考同平臺現(xiàn)有車型的規(guī)劃方案，避免在人員、設備和生產線上面增加投入。

       作業(yè)人員是一個不穩(wěn)定的要素，可能會因為員工離職或請假導致人員緊張。另一方面，在精益生產思想的指導下，生產現(xiàn)場也在做持續(xù)改善，通過提升效率，達到減員的目的。因此，新車型工藝規(guī)劃必須盡量避免人員增加，否則以往為了減員所做的努力將會大打折扣。避免人員增加最有效的方法就是提高自動化率。將人工無法在規(guī)定的時間完成的作業(yè)內容轉移到自動線，由機器人進一步完成。為了讓機器人焊接更多的焊點，必須提高機器人的焊接效率，焊點的分布對機器人的焊接效率影響是最大的，焊點分布越集中，相鄰兩個焊點間距最短，則機器人行走浪費的時間最短；應盡量避免機器人對焊槍做180°旋轉焊接，旋轉必然會增加3個附加動作——退槍、旋轉、進槍；還要避免相鄰機器人存在干涉等待，原則上是不允許存在這種等待。

       新車型導入的生產設備主要是工裝夾具、焊接設備、涂膠設備和氣動工具等。首先要對導入車型做生產線通過性分析（圖6），確保是否能無障礙通過生產線，并且與現(xiàn)有的通用工裝設備實現(xiàn)共用。通過性分析基于生產線數(shù)字化的基礎上，運用三維軟件導入生產線及白車身數(shù)據(jù)進行仿真驗證。三維軟件能夠很直觀的體現(xiàn)白車身在加工流動過程中是否存在障礙，支撐夾緊面是否跟白車身貼合，定位銷是否對孔等。若存在通過性的問題，應盡量通過變更白車身設計來解決。防止對現(xiàn)有通用工裝設備進行不必要的改造，不僅可以降低成本，而且避免了改造后可能對量產造成不利的影響。接著要開始編制工藝路線，為避免不必要的設備投入，要基于生產線現(xiàn)有設備資源，對工位先后順序編排進行初步規(guī)劃，其中有點定工位、補焊工位、涂膠工位、螺接（鉚接）工位等。其次開始對加工零件做裝配可行性分析，裝配可分為手工裝件和機器人裝件。手工裝件主要考察零件的重量大小是否易于裝件，是否需要輔助吊裝設備，零件是否存在充當?shù)醵慕Y構以利于吊裝。機器人裝件也要考慮工件和抓手的重量是否到達承載極限，以及裝件的路線軌跡是否易于實現(xiàn)。然后最為重要的一步就是對工件的焊接可達性進行分析，也就是驗證現(xiàn)有的焊鉗是否能夠對應所有焊點的焊接。焊接可達性驗證也是通過計算機三維軟件導入焊鉗和工件數(shù)據(jù)，先保證電極桿垂直工件，而電極帽對準焊點，然后檢查焊槍是否會跟工件發(fā)生干涉。焊接可達性分析必須要充分，要求每一把焊鉗對每一個焊點都要做驗證，以便得出哪些點可以焊接，哪些點不可以焊接，而不可焊接的點是否有其他焊鉗可以焊接。當然也可能會存在所有焊鉗都不可焊接的焊點，為盡量避免新增焊鉗，這時候要考慮修改零件搭接結構，或者將點焊改為CO2補焊。最后是根據(jù)生產線的節(jié)拍，設備開動率及工程編程率，編制詳細的工藝指導文件，同時為最終確定的設備清單提供依據(jù)。

圖6 導入車型做生產線通過性分析

3 節(jié)拍保證
       所謂節(jié)拍就是定義生產線連續(xù)加工情況下，每一臺車下線所需的間隔時間。節(jié)拍并不等于每個工位工時的平均值，而是符合短板理論，一條生產線的實際節(jié)拍以這條線作業(yè)時間最長的工位為準，而一個工位的工時又是以作業(yè)時間最長的作業(yè)人員或者機器人為準，而工時較短的作業(yè)人員或機器人則出現(xiàn)了等待。為了達成節(jié)拍，一方面要著眼整條生產線的所有工位，對作業(yè)方式進行優(yōu)化，使其效率最大化；另一方面要對人工及機器人的作業(yè)量進行合理分配，力求人工和機器人的作業(yè)能夠達到均衡化，這里包含了人工與人工，機器人與機器人，人工與機器人的作業(yè)均衡化，最終消除等待的浪費。

        作業(yè)方式依附于現(xiàn)有的生產方式或生產系統(tǒng)，而著眼于每一步動作，它是完成一道工序所要經(jīng)歷的過程。作業(yè)方式的好壞蘊含在作業(yè)的順序以及每一步動作當中。比如為完成一道焊接工序，作業(yè)人員在料架旁取件、裝件、按按鈕夾緊工件、取焊槍進行焊接，焊完后掛焊槍、打開夾具檢查焊點，檢查完后將工件移到下一工位。這個簡單的例子里面包含了作業(yè)的順序及內容，接下來需要考慮如何更方便快捷的完成這些動作，盡量避免諸如彎腰、下蹲、來回移動等附加動作。將上述作業(yè)方式進行持續(xù)優(yōu)化，就形成了現(xiàn)有的生產方式。

        作業(yè)均衡化是基于作業(yè)方式效率最大化的前提下，對作業(yè)量的分配進行優(yōu)化。比如為完成一道工序，作業(yè)人員要取幾次件，裝幾次件，按多少步按鈕，取放焊槍幾次，焊接多少個焊點等，這些數(shù)量就體現(xiàn)了作業(yè)人員的作業(yè)量。同樣對作業(yè)量的分配進行持續(xù)優(yōu)化，就形成了現(xiàn)有的生產方式。

        而對于一款新車型的焊裝工藝規(guī)劃，則更多是考慮焊點的分布（圖7），焊接路徑及焊點數(shù)量。焊點的分布是在確?？蛇_性的前提下，一方面使分配的焊點更加連續(xù)，從而縮小焊接路徑；另一方面使分配的焊點更加集中，從而確保相鄰焊接無干涉區(qū)，從而消除了干涉等待。焊接路徑是確定焊點分布的前提下，優(yōu)化焊接路徑，減少進出槍的次數(shù)，避免焊槍擺動幅度過大，更要避免焊槍旋轉180°打點，從而使得焊接路徑最小化。焊點數(shù)量是在確定焊點分布和焊接路徑的前提下，也就是確保焊接效率最大化的前提下，在工時允許范圍內能夠焊接的點數(shù)，因工時評估存在一定的誤差，為避免后期出現(xiàn)節(jié)拍不達標的風險，規(guī)劃點數(shù)要比目標點數(shù)少1～2個焊點。

圖7 考慮焊點的分布

4標準化生產
       從焊裝工藝規(guī)劃的角度來考慮這個問題，一方面要降低員工作業(yè)強度，減輕作業(yè)疲勞，從而保證作業(yè)質量，畢竟疲勞作業(yè)是做不好的；另一方面還要降低員工作業(yè)難度，減少作業(yè)過程中出錯的風險，使得手工工藝能夠易于熟練和掌握?；谶@個前提下，推進作業(yè)標準化是比較易于實現(xiàn)的。機械手段也是一種非常有效的方法，比如增加焊接導向，提高焊接打點的精準度，或者增加涂膠導向，不僅提高涂膠效率，而且使得膠條更加美觀，尤其對于形狀復雜的搭接邊，效果更加明顯。電子手段不僅可以對作業(yè)好壞進行識別，而且還能提供報警，使得問題及時發(fā)現(xiàn)及時解決，比如使用打點計數(shù)器（圖8）對焊接打點進行計數(shù)和比對，若發(fā)生漏焊，可以及時報警，使得漏焊焊點得到及時補焊，從而保證焊點數(shù)量的一致性。在此，不得不提自動化及機器人作業(yè)，特別是機器人作業(yè)，能夠代替人工承擔高強度、高難度，或更為復雜的作業(yè)。因此，一個工廠的自動化水平，也是其產品一致性的重要保證，自動化水平越高，往往產品一致性更好，作業(yè)標準化貫徹越徹底。

圖8使用打點計數(shù)器

5安全生產保證
       焊裝車間的危險源主要是有毒有害氣體、焊接煙塵、電弧輻射、鈑金件割傷、機械傷害、重物磕碰等。從工藝規(guī)劃的角度，應當盡量避免這些傷害或者對危險源進行有效隔離。比如涂點焊膠后需進行點焊，應當盡量考慮由機器人進行焊接，以免焊接過程中膠受熱產生有毒有害氣體，對員工的身體造成危害。CO2焊接作業(yè)會產生大量的煙塵及有害輻射，必須在專門CO2崗位進行焊接，一方面通過除塵系統(tǒng)吸收有害煙塵，防止煙塵吸入肺部對呼吸系統(tǒng)造成傷害；另一方面通過圍閉隔絕電弧輻射，以免強光對眼睛造成傷害。CO2焊接部位必須先焊接后涂膠，若先涂膠后焊接不僅膠的性能會發(fā)生改變，而且會產生有毒氣體，會對人的呼吸系統(tǒng)造成傷害。物流器具的規(guī)劃要考慮到方便取件和上件，特別是尺寸重量較大的零件應避免空中旋轉或翻轉，以免零件移動過程中對人造成磕碰或者割傷的風險。如果人與機器人存在交叉作業(yè)區(qū)域，則必須在人和機器人的入口處設置光柵，防止人進入交叉區(qū)域作業(yè)時，機器人對人員造成傷害。重物的搬運必須借助搬運工具，10～20kg以內的重物可以采用平衡器進行搬運，20kg以上的重物考慮采用氣動葫蘆進行吊件，或者采用機器人進行搬件。

6 結束語
       焊裝工藝規(guī)劃是一項復雜而又繁重的工作，不僅要有計劃的開展工藝分析與工藝評審，從中提出問題，而且需要上下游多領域通力合作，加強溝通協(xié)調。特別在分析問題的時候，不僅要全面考慮規(guī)劃的要點以及上下游各領域，而且要分層次逐層解決，避免其他問題產生而導致反復。