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导读
汽车的大众消费推动了产业结构的升级，从而推进了工业化、城市化的进程，同时伴随着世界汽车发展的趋势已由大批量生产向多品种、小批量生产转化。为了满足汽车消费者广泛而多样化的需求，适应汽车市场的激烈竞争，必须依赖先进的自动化及智能技术，不断缩短车型变换周期、加快车型的更新。
德国的大众、宝马，日本的本田，瑞典的沃尔沃，美国的克莱斯勒等公司均大量使用了白车身机器人焊装生产线，德国奔驰的Sindelfingen工厂布置有三条车身焊接总装线、三条地板总成线及相应的中地板、前后地板线等，共有焊接机器人1 000余台，自动化率为95%，生产约10个车型，高精度、高效率的焊装自动化设备已成为汽车制造业发展的趋势，因此，推动智能化、柔性化白车身生产线势在必行。
本文以国产车型实际项目案例为基础，对焊装智能柔性化生产线规划相关技术进行分析介绍，文章选自《汽车工艺师》，希望给用户朋友们带来借鉴。
本文作者：宋亮
值周编辑：工智莉
校对编辑：工智娜
来源：汽车工艺师
本文字数：2860字，预计阅读时间：8分钟
本文结合近年来奇瑞汽车焊装新建生产线的实践，浅析智能化焊装工厂设计的前提、范围和主要设计内容。规划前提主要有产能、自制策略、自动化率以及智能制造策略等，决定了厂房及产线设计方向、智能化水平、投资规模及建设周期等，以指导后期设计。
(1) 产能。通常以年产能作为输入，换算出单班节拍。
(2) 自制策略。决定了工艺制造开发的范围、制造加工深度。
(3) 自动化率。即工厂自制部分采用自动化设备的水平。
(4) 智能制造策略。智能化应用范围，如自动化、智能化设备数量、软硬件标准及实施步骤等。
智能焊装对工厂设计的影响
主要体现在以下方面：
(1) CAE分析贯穿产品、工艺开发全过程。运用3DCS等软件模拟焊接和关键装配尺寸的制造公差，后期整车装配问题提前到设计阶段解决。
(2) 如图所示，通过PDPS等模拟焊接生产过程，优化工艺布局、夹具结构和生产节拍。
(3) 通过物流仿真优化物流配送路线，提升配送效率。
(4) 通过离线编程、虚拟调试，缩短产线预集成和调试周期。
(5) 通过智能化MES控制，构建设备、能源、质量及物流等核心要素管理系统。
智能化焊装工厂设计以实现工艺制造为出发点，通过CAE、PDPS、电气及物流仿真，相比传统设计，简化工艺流程、提高设计效率，最大化利用厂房积和空间，物流更合理、便捷。
工艺模块设计
本工艺模块设计，主要包括以下几个方面——生产线所能达到的工艺容量、平面布置、扩展方式以及生产辅助等。
1.工艺容量
通过SE工程、虚拟仿真，核算生产线容纳的零件装配数量、焊点、涂胶等基本参数，体现生产线的能力。
2.生产线平面布置
焊装厂房内的空间，根据工艺、物流、环保以及“公用”等各方面需求进行布置。核心内容为工艺布置，包括分区方式、各工艺区域位置、面积、物流存储以及线路等，另外需考虑配备的厂房柱网、吊点、公用动力及管线等配套设施。工艺布置设计一般过程为，首先依据SE工程和仿真模拟，进行工艺拆序、焊点分配，核算焊接设备及工装数量，然后根据工艺区域面积，核算焊装厂房所需的生产、存储、通道及辅助设施的面积。
3.扩展性设计
扩展性设计主要体现在产能和产品扩展途径，根据产能目标制定产能扩张策略。例如一次性规划分步实施或一次性实施。如图所示，产品的扩展性，主要通过产品设计平台化、产线设备高柔性化，逐步扩展到多车型共线生产。
一级总成生产线 包括下部线、主焊线。下部线主要功能是实现前机舱及前、后地板合拼。涉及三大块定位，定位机构较复杂，下部总成合拼柔性化方式可以采用NC柔性化系统、台车系统、多夹具切换系统等。主焊线将下部总成、左右侧围、顶盖合拼成完整的白车身。主焊柔性化方式可以采用柔性化GATE系统、抓手切换系统等方式。
二级总成生产线 主要有前机舱、后地板、侧围等总成。以前机舱为例，上件合拼主要有前纵梁、前挡板及流水槽等分总成。前机舱合拼工位柔性化方式为台车 切换库或多夹具系统。补焊工位同平台车型夹具改造共用，不同平台车型一般设置夹具库。二级线向一级线输送采用APC、EMS、AGV等，主焊、下部之间采用机器人抓件、滚床滑撬及滚床台车等方式。随着视觉引导、AGV大规模应用，输送实现自动化，并向智能、无人工厂方向发展。
三级总成生产线 一般为自动化焊接，辅之以少量人工补焊，根据自制率与一二级线体匹配设计。
MES 工厂智能化生产制造管理系统（MES），如图所示，将生产计划、上线、交检信息在大屏上实时发布，在生产线布置时要对MES发布点进行详细设置。
4.生产辅助设计
生产辅助包括培训、库房、质量、生活以及班组园地等。其中，培训功能主要有新员工培训室、实操培训区、机器人示教培训区等；库房主要有劳保、生辅材料、备件及维修间等；质量功能如三坐标、蓝光、匹配、AUDIT及车身拆检室等；生活功能主要有卫生间、水房、清洁间及吸烟室等；班组园地具备人员休息、班级管理目视化、现场查询资料等功能。
专项模块设计
1.物流模块设计
焊装物流，依托自动化物流设备、大数据网联等技术，优化人员、场地、设备利用率、物料出入库以及配送通过手持/移动终端下达任务；采用叉车、AGV、牵引车设备、道口分配调度系统及RF无线扫码，通过LES系统传递零件需求信息，定时指导物流配送。
外协件由3PL配送至卸货区，验收合格后入物料缓存区。需整合的零件送至物料分拣区分拣，无需分拣的零件（专用器具）直接进缓存；将整合料车和专用器具配送至对应装配工位。
2.质量监控
焊装生产线质量监控，主要针对焊接强度、尺寸、匹配、涂胶以及包边等质量特性。通过QLS过程质量管理系统，对生产线所有焊机设立工艺参数监控，实时掌握焊接电流等关键参数，并形成数据库，可对焊接质量问题做到精确追溯。
车身尺寸综合运用在线测量、三坐标检测、检具测量、匹配及扫描等手段，对白车身、分总成的尺寸状态进行在线和离线监控。
焊装工厂设计时对各类质量检验点、专用测量设施进行详细布局和统筹考虑。
3.环境控制
焊装工厂污染通常有固废、水废、烟尘及噪声等。固废是生产过程中产生的固体污染物，分为可回收、不可回收、危险废弃物几种。工厂设计时，在各工艺区布置回收点，厂房内设置集中回收和存放的设施，要有安全隔离防护及防渗处理。废水包括生产污水和生活污水，设计分流排放。烟尘主要是焊接过程中产生的气溶胶、悬浮颗粒物和羽烟，来源为气体保护焊、氩弧焊、铝弧焊及激光焊等。烟尘治理主要通过设置焊烟收集并过滤，在达到职业卫生和环境保护法规要求后进行排放。焊装设备都会产生一定的噪声。噪声控制主要采用节能降耗先进设备，同时对重点噪声单体采取隔声防护，从整体上降低噪声输出。
结 语
新建智能化焊装工厂实践表明，产线调试周期较以往缩短10~15天，实际运行中机器人效率提升10%，焊接参数调试效率提升50%，充分体现出智能化产线设计的巨大优势。
智能化焊装工厂的规划涉及面广，各专业设计内容互相制约，在总体方案阶段要统筹考虑总体布置和各分项的关系。具体实施过程中，要紧紧抓住工艺设计这个核心，质量、物流、环保等专项模块在设计时要反复迭代校核，确保按照总体要求，达成焊装工厂设计各项目标。
看完上述文章，小编感觉智能化焊装生产线需要的工控产品太多了，整个规划给工控企业带来很多商机，比如焊装智能化生产线涵盖点焊机器人、搬运机器人、包边机器人、弧焊机器人、全自动转运及输送系统等多种智能化制造设备，可实现多款车型批量切换生产。焊装智能化生产线作为行业领先的智能制造生产线，实现了制造资源的有效整合，合理有效的工艺准备，高效精确的物流管理，及时有效的过程质量控制，严格完整的闭环反馈机制，实了现焊装生产线的高度智能化。智能化焊接制造工程技术实现如图所示。
小编认为除了在上述解决方案，智能柔性化生产线输送方式也可以以滚床滑撬输送系统配置PLC可编程序控制器和计算机系统，能够实现整个生产输送过程完全自动化，先进的模块化技术使滑撬式输送机的柔性化程度更高，易于实现因生产规模、产品切换升级等技术改造，且同步启动率低、噪音小、更有利于土建工程简化和人员及环境保护。
还可以采用EMS空中自行小车输送系统模块化设计，可根据项目需要设定多种运行形式，布置灵活，吊具可根据不同工件和不同工艺自动调节高度，极大地优化了人机工程。具有PLC控制、滑触线供电、总线控制及无线控制、变频调速等特点，具备组织生产、自动输送、空中贮存、自动积放、自动分流及合流、自动认址、精确定位、故障自诊断、远程监控等功能，能够有效保障焊接车身总成在过程输送中的精确性和稳定性。
智能化焊装生产线结合相应生产线的布局，引入先进的管理理念，物流库区以“接近原则”规划，使物流从有序到精益快速推进，并且使物流标准化作业、物流路线、器具等对物流效率的影响受控，策划把“制造物流异常”变成“内部PC物流异常管理”的转变，实现了问题前移；测算物流的配送效率、节拍平衡、人员设备的利用率，实现供应链与生产的高效协同。
工厂生产线及配套设备在实现多车型自动识别、自动调用的同时，同步搭建工厂信息化网络系统，实现生产过程及现场信息的实时监控采集，建立白车身生产过程电子档案，通过后台基础数据的创建、防错逻辑软件的开发应用，采集的数据与标准比对，对异常数据实现实时发布，实现白车身生产全过程数字化智能防错，为汽车生产线的过程效率及质量的提升提供了信息化保障。
通过研究焊装智能柔性化生产线规划工艺流程及智能化设备技术解决方案，基于新型智能柔性化生产线规划平台，开发出针对汽车白车身焊装生产线的智能柔性化系统。
先进的焊装系统要具有如下特点：先进的焊装智能柔性化生产线规划方案将能源和资源进行充分合理利用，提升了利用效率；完善的系统方案带来了更短的创新周期，可制造完成更为复杂的产品类型，拥有更大的数据信息量；利用最新技术、系统高度集成及智能设备实现了个性化大规模生产，积极响应快速变化的市场需求，实现更高的生产效率，提升行业竞争力。
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