现代化汽车工厂设计是一项复杂的系统工程。作为整车四大工艺中较为典型的焊装厂，既涉及工艺、设备、工程及物流等专业，又要满足产品多样化、个性化趋势下的柔性化、高节拍、节能环保等需求。2015年中国发布了《智能制造2025》规划，促进了装备智能化、数字化的高速发展，也深刻影响着汽车工厂设计规划方式。
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。
- 产能。通常以年产能作为输入，换算出单班节拍。
- 自制策略。决定了工艺制造开发的范围、制造加工深度。
- 自动化率。即工厂自制部分采用自动化设备的水平。
- 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：
- 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。
- 如图1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。
- 通过物流仿真优化物流配送路线，提升配送效率。
- 通过离线编程、虚拟调试，缩短产线预集成和调试周期。
- 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2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3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。
来源：汽车工艺师公众号
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