王立影

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淺析轎車(chē)車(chē)身工藝降本方法

王立影

（上汽通用汽車(chē)有限公司整車(chē)制造工程部，上海 201201）

在介紹白車(chē)身工藝開(kāi)發(fā)工作內(nèi)容及車(chē)身制造過(guò)程的基礎(chǔ)上，探討轎車(chē)車(chē)身工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中在同步工程、工藝規(guī)劃及工裝設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行降本增效的方法，為新車(chē)型項(xiàng)目車(chē)身開(kāi)發(fā)和工藝規(guī)劃提供參考。

降本；車(chē)身工藝

引言

國(guó)內(nèi)各汽車(chē)企業(yè)不斷通過(guò)縮短開(kāi)發(fā)周期，輕量化車(chē)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化制造工藝，以及控制運(yùn)營(yíng)成本等方式降低成本，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。轎車(chē)的白車(chē)身工藝開(kāi)發(fā)作為車(chē)型開(kāi)發(fā)中非常重要一環(huán)，包含同步工程、前期規(guī)劃和新項(xiàng)目詳細(xì)工藝設(shè)計(jì)、招投標(biāo)、項(xiàng)目實(shí)施及在產(chǎn)項(xiàng)目的工藝改進(jìn)、問(wèn)題解決工作等。如何在車(chē)身工藝開(kāi)發(fā)工作中提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率，降低整車(chē)制造風(fēng)險(xiǎn)及制造成本對(duì)于提高車(chē)企的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有重要意義。本文在介紹車(chē)身工藝開(kāi)發(fā)工作內(nèi)容及白車(chē)身制造過(guò)程的基礎(chǔ)上，探討轎車(chē)車(chē)身在工藝開(kāi)發(fā)中在同步工程，工藝規(guī)劃及工裝設(shè)計(jì)等方面實(shí)施降低成本的方法，為新車(chē)型項(xiàng)目車(chē)身開(kāi)發(fā)和工藝規(guī)劃提供參考。

1 白車(chē)身工藝規(guī)劃及制造過(guò)程

轎車(chē)白車(chē)身是指尚未進(jìn)行噴漆的汽車(chē)車(chē)身，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。對(duì)轎車(chē)來(lái)說(shuō)，一般主要包括底板、左側(cè)圍、右側(cè)圍、車(chē)頂、后圍板及前后蓋四門(mén)等車(chē)身部件。白車(chē)身是轎車(chē)的骨架，先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造生產(chǎn)線決定白車(chē)身質(zhì)量水平，產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)線工藝規(guī)劃合理性直接影響著制造成本、制造質(zhì)量與效率。在白車(chē)身進(jìn)行實(shí)際造車(chē)之前，車(chē)身工藝部門(mén)將與產(chǎn)品設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步工程工作[1]，主要進(jìn)行產(chǎn)品的可制造性評(píng)估，同時(shí)針對(duì)該產(chǎn)品設(shè)計(jì)及產(chǎn)能要求進(jìn)行工藝規(guī)劃，包括生產(chǎn)線的布置，設(shè)備投資，人員數(shù)量，投資預(yù)估等工作。在設(shè)備進(jìn)廠前需要聯(lián)合線體供應(yīng)商進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)設(shè)備選型工作，確保工藝方案的可實(shí)施性。

白車(chē)身制造過(guò)程是在車(chē)身焊裝線上，通過(guò)物流將進(jìn)廠級(jí)零件料箱輸送到生產(chǎn)線旁；操作工或機(jī)器人將零件從料箱取出，并搬運(yùn)至制造工位；通過(guò)定位工裝將需要拼合的零件進(jìn)行定位夾緊后，綜合運(yùn)用電阻點(diǎn)焊、涂膠連接、螺栓連接、沖壓鉚接、折邊等工藝將這些分總成零件連接成白車(chē)身總成。各個(gè)分總成和主線間及主線通過(guò)各種機(jī)運(yùn)系統(tǒng)連接。

圖1 白車(chē)身結(jié)構(gòu)

2 車(chē)身工藝降本方法

2.1 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)同步工程

2.1.1 產(chǎn)品可制造性

產(chǎn)品工程在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中需將制造要求予以實(shí)施，以保證整車(chē)的制造質(zhì)量，提高制造效率和降低制造成本[2,3]。車(chē)身工藝在白車(chē)身虛擬評(píng)審過(guò)程中，可根據(jù)制造要求條目，人工在數(shù)模中有針對(duì)性的進(jìn)行逐條檢查，進(jìn)行基準(zhǔn)一致性，焊接可達(dá)性等產(chǎn)品可制造性檢查。如在白車(chē)身制造過(guò)程中，通過(guò)物流將裝有零件的料箱送至生產(chǎn)線旁，然后通過(guò)手工上料或者機(jī)器人搬運(yùn)的方式，將零件放置到工裝上，若零件或零件總成剛度設(shè)計(jì)不足，在搬運(yùn)過(guò)程中容易產(chǎn)生零件塑性變形現(xiàn)象，影響整車(chē)尺寸精度，后道無(wú)法裝配等現(xiàn)象。在白車(chē)身虛擬評(píng)審過(guò)程中，可通過(guò)CAE分析軟件，模擬零件在搬運(yùn)過(guò)程中的受力狀態(tài)，計(jì)算零件的變形量。同時(shí)，可根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)零件搬運(yùn)的抓取點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化，指導(dǎo)工藝設(shè)計(jì)。指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)增加筋，避免后期模具更改。

圖2 車(chē)頂搬運(yùn)變形

2.1.2 基準(zhǔn)一致性

圖3 零件定位基準(zhǔn)

為滿足不同車(chē)型可以在同一工廠進(jìn)行制造，或同一車(chē)型可以在不同工廠制造，制造工程制定了通用基準(zhǔn)定位策略。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)檢查零件設(shè)計(jì)定位特征與通用基準(zhǔn)定位策略要求的一致性，如白車(chē)身分總成的零件定位基準(zhǔn)，基準(zhǔn)位置的典型截面，關(guān)鍵區(qū)域的設(shè)計(jì)間隙等，如圖3所示，確保制造過(guò)程中盡可能實(shí)現(xiàn)工裝設(shè)備共用，從而降低制造成本。

2.1.3 設(shè)備工具共用性

在新產(chǎn)品引入現(xiàn)有工廠時(shí)，在不影響產(chǎn)品性能的前提下，需要考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝可以由工廠現(xiàn)有設(shè)備完成，避免增加新增設(shè)備投資。主要有幾個(gè)方面：（1）連接工藝的一致性，如某車(chē)型側(cè)圍與落水槽連接工藝為電阻點(diǎn)焊，而現(xiàn)有工廠在此處的連接設(shè)備為阿普拉斯焊槍?zhuān)捎秒娮椟c(diǎn)焊將導(dǎo)致側(cè)圍電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)數(shù)量增加，現(xiàn)有焊接設(shè)備無(wú)法滿足產(chǎn)能要求，因此在產(chǎn)品同步工程過(guò)程中需與產(chǎn)品工程交流，在保證產(chǎn)品性能及外觀的條件下更改連接側(cè)圍與落水槽連接工藝，避免因生產(chǎn)線點(diǎn)焊焊點(diǎn)增加造成的設(shè)備投資增加。（2）涂膠零件號(hào)一致性，白車(chē)身設(shè)計(jì)多種涂膠類(lèi)型以滿足車(chē)身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及密封防腐性能要求。在產(chǎn)品同步工程工作中，需要根據(jù)現(xiàn)有工廠及規(guī)劃工位的涂膠工藝設(shè)備，與產(chǎn)品設(shè)計(jì)交流推動(dòng)統(tǒng)一不同車(chē)型的涂膠類(lèi)型，達(dá)到共用涂膠設(shè)備減少設(shè)備投資的目標(biāo)。如某車(chē)型側(cè)圍小支架與側(cè)圍之間原設(shè)計(jì)為密封膠，但工藝規(guī)劃引入工位無(wú)密封膠設(shè)備，但有結(jié)構(gòu)膠設(shè)備，因此與產(chǎn)品設(shè)計(jì)溝通，將密封膠改為結(jié)構(gòu)膠在滿足產(chǎn)品性能的前提下，可減少2套密封膠設(shè)備的投資。（3）車(chē)身安裝螺栓螺母的一致性。在車(chē)身表調(diào)線一般通過(guò)打緊螺栓或螺母安裝轎車(chē)的前后門(mén)鉸鏈，前后門(mén)，前蓋鉸鏈，翼子板支架及前后蓋總成零件，新車(chē)型引入時(shí)可根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)車(chē)型的螺栓螺母型號(hào)輸入給產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并推動(dòng)新老車(chē)型共用螺栓螺母零件以共用表調(diào)線上擰緊槍等動(dòng)力工具，節(jié)省新型號(hào)螺栓的引入導(dǎo)致的動(dòng)力工具投資增加。

圖4 表調(diào)線共用螺栓

2.2 車(chē)身工藝精益規(guī)劃

2.2.1 生產(chǎn)線工藝布局規(guī)劃

車(chē)身工藝規(guī)劃是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段結(jié)合車(chē)型的產(chǎn)能要求、自動(dòng)化率、生產(chǎn)車(chē)間現(xiàn)狀等通過(guò)對(duì)車(chē)身的上件、焊點(diǎn)分配、節(jié)拍計(jì)算等方面進(jìn)行分析，在保證產(chǎn)品工藝可行性的同時(shí)確定出最優(yōu)化的生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，而生產(chǎn)線工藝布局規(guī)劃直接影響到生產(chǎn)線的技術(shù)可行性和投資成本。以某車(chē)型側(cè)圍內(nèi)板分拼線工藝布局為例，基于產(chǎn)能要求及未來(lái)車(chē)型引入預(yù)留需求，初始方案為左右側(cè)圍內(nèi)板焊接工裝分開(kāi)布局，每側(cè)布置兩個(gè)四面轉(zhuǎn)臺(tái)的焊接工位，每側(cè)工位布置兩臺(tái)焊接機(jī)器人和一臺(tái)抓料機(jī)器人，左右側(cè)分別一名操作工進(jìn)行上料工作，如圖5所示。該方案由于左右側(cè)工藝分開(kāi)，人員和設(shè)備對(duì)稱(chēng)布置，布局占地面積大，投資費(fèi)用大。經(jīng)過(guò)分析優(yōu)化，將側(cè)圍內(nèi)板分拼線工藝布局由左右分開(kāi)改為合并在一起，如圖6所示，左右件焊接工裝集成到一個(gè)四門(mén)轉(zhuǎn)臺(tái)的兩面，減少一名操作工、兩個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)、兩臺(tái)機(jī)器人等設(shè)備，縮短操作工行走距離，對(duì)應(yīng)的操作工及工藝占地面積和設(shè)備量均減為原方案的一半，節(jié)省投資和占地面積為后期設(shè)備能力提升預(yù)留更多空間。

（1）工藝布局優(yōu)化前

（2）工藝布局優(yōu)化后

圖5 布局優(yōu)化

Fig.5 Layout optimize

2.2.2 工位工藝優(yōu)化

車(chē)身工藝規(guī)劃中，工位內(nèi)人員與設(shè)備的工藝內(nèi)容分配合理性也將影響人員成本及設(shè)備利用率。以某底板主線為例，現(xiàn)有車(chē)型的門(mén)檻內(nèi)板、后輪罩和后端板均為人工上料且有涂膠工藝，其中一車(chē)型底板骨架與面皮之間存在大量結(jié)構(gòu)膠，因此方案中在后輪罩焊接工位針對(duì)該車(chē)型有專(zhuān)用的涂膠機(jī)器人。初始方案右側(cè)每個(gè)工位各需要一個(gè)操作工，共三名操作工進(jìn)行人工的上料和涂膠操作，而單一車(chē)型專(zhuān)用涂膠機(jī)器人在生產(chǎn)其他車(chē)型時(shí)不工作。通過(guò)詳細(xì)的人工操作時(shí)間分析發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)后輪罩工位改造，將后輪罩上的一部分人工涂膠操作由由涂膠機(jī)器人完成，可減少一名操作工且滿足操作節(jié)拍要求，同時(shí)可提高單一車(chē)型涂膠機(jī)器人的利用率，降低人工成本。

（1）工藝優(yōu)化前

（2）工藝優(yōu)化后

圖6 工藝優(yōu)化

Fig.6 Process optimize

2.3 工裝設(shè)計(jì)柔性化

汽車(chē)車(chē)身焊裝工裝設(shè)計(jì)，是指采用定位塊、導(dǎo)向支架、支座以及夾緊件等附件構(gòu)成，用于定位、夾緊結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械裝置，是整個(gè)車(chē)身焊接生產(chǎn)過(guò)程中最重要的基礎(chǔ)工藝裝備[4]。除了在工藝規(guī)劃前期同步工程時(shí)進(jìn)行基準(zhǔn)一致性確認(rèn)外，在車(chē)型引入的工裝夾具設(shè)計(jì)時(shí)，也要根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)特征盡量實(shí)現(xiàn)多車(chē)型共用或同一車(chē)型的左右件共用的柔性化，以降低工裝成本及占地面地。以側(cè)圍內(nèi)板螺柱螺母焊工位為例，側(cè)圍內(nèi)后輪罩內(nèi)板上左右件均有螺柱和螺母焊工藝，初始方案為左右件焊接工裝分開(kāi)，并通過(guò)滑臺(tái)機(jī)構(gòu)保證螺柱焊和螺母焊工藝在同一工作位進(jìn)行，保證螺柱和螺母焊設(shè)備共用，節(jié)省焊接設(shè)備的投資。經(jīng)詳細(xì)左右零件對(duì)比發(fā)現(xiàn)，左右件螺母位置是對(duì)稱(chēng)布置，將左右零件對(duì)稱(chēng)放置后螺柱位置也基本為對(duì)稱(chēng)布局，即左右零件可以集成在一個(gè)固定工裝上。因此工裝優(yōu)化后，左右零件螺柱螺母焊工裝由滑臺(tái)切換的分體式工裝集成為一個(gè)固定工裝，可節(jié)省滑臺(tái)機(jī)構(gòu)等相關(guān)設(shè)備，節(jié)約設(shè)備投資，節(jié)省占地面積。

圖7 側(cè)圍螺柱螺母焊工裝優(yōu)化

3 結(jié)語(yǔ)

轎車(chē)白車(chē)身工藝開(kāi)發(fā)工作是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括白車(chē)身設(shè)計(jì)同步工程，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可制造性和易制造性；車(chē)身工藝方案規(guī)劃，確保車(chē)身工藝設(shè)計(jì)布置能夠滿足高節(jié)拍需求；車(chē)身工藝實(shí)施，包括工裝設(shè)計(jì)及設(shè)備選型及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，滿足車(chē)身制造質(zhì)量和穩(wěn)定性。在車(chē)身工藝規(guī)劃開(kāi)發(fā)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)中都可以通過(guò)綜合考慮多車(chē)型生產(chǎn)柔性化，設(shè)備共用性和人員數(shù)量?jī)?yōu)化，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率，降低整車(chē)制造風(fēng)險(xiǎn)及制造成本。

[1] 蔣榮斌.基于某車(chē)型的車(chē)身焊裝工藝同步工程方法簡(jiǎn)介.汽車(chē)工藝與材料[J].2010,8:5～7.

[2] 郝明,曹鐵.汽車(chē)車(chē)身制造工藝同步工程淺析[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào),2013, (11):281.

[3]陳錫榮,王立影.車(chē)身工藝虛擬評(píng)審,汽車(chē)制造業(yè)[J].2016.

[4] 程楠,潘起斯.淺析汽車(chē)車(chē)身焊裝夾具的定位.裝備制造技術(shù)[J]. 2010,8.

Analysis on the Cost Reduction Method of Body Process

Wang Liying

( Vehicle Manufacturing Engineering, SAIC-GM limited company, Shanghai 201201 )

Based on introduction of automotive body process developing contents and manufacturing process, the cost reduction method during virtual assessment, process planning and tooling design are analyzed. All the content can be refere -nce for the new product development and body process design in new project initial.

Cost Reduction; Body Process

A

1671-7988(2018)18-246-03

U463.212

A

1671-7988(2018)18-246-03

CLC NO.: U463.212

王立影，女，(1979-)，遼寧鐵嶺人，就職于上汽通用汽車(chē)有限公司，高級(jí)工程師，研究方向：汽車(chē)制造技術(shù)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.085