王立影

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淺析轎車車身工藝降本方法

王立影

（上汽通用汽車有限公司整車制造工程部，上海 201201）

在介紹白車身工藝開發(fā)工作內(nèi)容及車身制造過程的基礎(chǔ)上，探討轎車車身工藝開發(fā)過程中在同步工程、工藝規(guī)劃及工裝設(shè)計等方面進行降本增效的方法，為新車型項目車身開發(fā)和工藝規(guī)劃提供參考。

降本；車身工藝

引言

國內(nèi)各汽車企業(yè)不斷通過縮短開發(fā)周期，輕量化車型結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化制造工藝，以及控制運營成本等方式降低成本，提升市場競爭力。轎車的白車身工藝開發(fā)作為車型開發(fā)中非常重要一環(huán)，包含同步工程、前期規(guī)劃和新項目詳細工藝設(shè)計、招投標、項目實施及在產(chǎn)項目的工藝改進、問題解決工作等。如何在車身工藝開發(fā)工作中提高產(chǎn)品開發(fā)效率，降低整車制造風(fēng)險及制造成本對于提高車企的市場競爭力有重要意義。本文在介紹車身工藝開發(fā)工作內(nèi)容及白車身制造過程的基礎(chǔ)上，探討轎車車身在工藝開發(fā)中在同步工程，工藝規(guī)劃及工裝設(shè)計等方面實施降低成本的方法，為新車型項目車身開發(fā)和工藝規(guī)劃提供參考。

1 白車身工藝規(guī)劃及制造過程

轎車白車身是指尚未進行噴漆的汽車車身，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。對轎車來說，一般主要包括底板、左側(cè)圍、右側(cè)圍、車頂、后圍板及前后蓋四門等車身部件。白車身是轎車的骨架，先進的產(chǎn)品設(shè)計及制造生產(chǎn)線決定白車身質(zhì)量水平，產(chǎn)品設(shè)計及生產(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。在白車身進行實際造車之前，車身工藝部門將與產(chǎn)品設(shè)計在產(chǎn)品開發(fā)的不同節(jié)點進行同步工程工作[1]，主要進行產(chǎn)品的可制造性評估，同時針對該產(chǎn)品設(shè)計及產(chǎn)能要求進行工藝規(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)備進廠前需要聯(lián)合線體供應(yīng)商進行工裝設(shè)計設(shè)備選型工作，確保工藝方案的可實施性。

白車身制造過程是在車身焊裝線上，通過物流將進廠級零件料箱輸送到生產(chǎn)線旁；操作工或機器人將零件從料箱取出，并搬運至制造工位；通過定位工裝將需要拼合的零件進行定位夾緊后，綜合運用電阻點焊、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身總成。各個分總成和主線間及主線通過各種機運系統(tǒng)連接。

圖1 白車身結(jié)構(gòu)

2 車身工藝降本方法

2.1 產(chǎn)品開發(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)計過程中需將制造要求予以實施，以保證整車的制造質(zhì)量，提高制造效率和降低制造成本[2,3]。車身工藝在白車身虛擬評審過程中，可根據(jù)制造要求條目，人工在數(shù)模中有針對性的進行逐條檢查，進行基準一致性，焊接可達性等產(chǎn)品可制造性檢查。如在白車身制造過程中，通過物流將裝有零件的料箱送至生產(chǎn)線旁，然后通過手工上料或者機器人搬運的方式，將零件放置到工裝上，若零件或零件總成剛度設(shè)計不足，在搬運過程中容易產(chǎn)生零件塑性變形現(xiàn)象，影響整車尺寸精度，后道無法裝配等現(xiàn)象。在白車身虛擬評審過程中，可通過CAE分析軟件，模擬零件在搬運過程中的受力狀態(tài)，計算零件的變形量。同時，可根據(jù)計算結(jié)果對零件搬運的抓取點位置進行優(yōu)化，指導(dǎo)工藝設(shè)計。指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計增加筋，避免后期模具更改。

圖2 車頂搬運變形

2.1.2 基準一致性

圖3 零件定位基準

為滿足不同車型可以在同一工廠進行制造，或同一車型可以在不同工廠制造，制造工程制定了通用基準定位策略。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，通過檢查零件設(shè)計定位特征與通用基準定位策略要求的一致性，如白車身分總成的零件定位基準，基準位置的典型截面，關(guān)鍵區(qū)域的設(shè)計間隙等，如圖3所示，確保制造過程中盡可能實現(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，在不影響產(chǎn)品性能的前提下，需要考慮產(chǎn)品設(shè)計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。主要有幾個方面：（1）連接工藝的一致性，如某車型側(cè)圍與落水槽連接工藝為電阻點焊，而現(xiàn)有工廠在此處的連接設(shè)備為阿普拉斯焊槍，而采用電阻點焊將導(dǎo)致側(cè)圍電阻點焊焊點數(shù)量增加，現(xiàn)有焊接設(shè)備無法滿足產(chǎn)能要求，因此在產(chǎn)品同步工程過程中需與產(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)線點焊焊點增加造成的設(shè)備投資增加。（2）涂膠零件號一致性，白車身設(shè)計多種涂膠類型以滿足車身結(jié)構(gòu)強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)計交流推動統(tǒng)一不同車型的涂膠類型，達到共用涂膠設(shè)備減少設(shè)備投資的目標。如某車型側(cè)圍小支架與側(cè)圍之間原設(shè)計為密封膠，但工藝規(guī)劃引入工位無密封膠設(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）車身安裝螺栓螺母的一致性。在車身表調(diào)線一般通過打緊螺栓或螺母安裝轎車的前后門鉸鏈，前后門，前蓋鉸鏈，翼子板支架及前后蓋總成零件，新車型引入時可根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)車型的螺栓螺母型號輸入給產(chǎn)品設(shè)計，并推動新老車型共用螺栓螺母零件以共用表調(diào)線上擰緊槍等動力工具，節(jié)省新型號螺栓的引入導(dǎo)致的動力工具投資增加。

圖4 表調(diào)線共用螺栓

2.2 車身工藝精益規(guī)劃

2.2.1 生產(chǎn)線工藝布局規(guī)劃

車身工藝規(guī)劃是指在產(chǎn)品設(shè)計階段結(jié)合車型的產(chǎn)能要求、自動化率、生產(chǎn)車間現(xiàn)狀等通過對車身的上件、焊點分配、節(jié)拍計算等方面進行分析，在保證產(chǎn)品工藝可行性的同時確定出最優(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)能要求及未來車型引入預(yù)留需求，初始方案為左右側(cè)圍內(nèi)板焊接工裝分開布局，每側(cè)布置兩個四面轉(zhuǎn)臺的焊接工位，每側(cè)工位布置兩臺焊接機器人和一臺抓料機器人，左右側(cè)分別一名操作工進行上料工作，如圖5所示。該方案由于左右側(cè)工藝分開，人員和設(shè)備對稱布置，布局占地面積大，投資費用大。經(jīng)過分析優(yōu)化，將側(cè)圍內(nèi)板分拼線工藝布局由左右分開改為合并在一起，如圖6所示，左右件焊接工裝集成到一個四門轉(zhuǎn)臺的兩面，減少一名操作工、兩個轉(zhuǎn)臺、兩臺機器人等設(shè)備，縮短操作工行走距離，對應(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)有車型的門檻內(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該車型有專用的涂膠機器人。初始方案右側(cè)每個工位各需要一個操作工，共三名操作工進行人工的上料和涂膠操作，而單一車型專用涂膠機器人在生產(chǎn)其他車型時不工作。通過詳細的人工操作時間分析發(fā)現(xiàn)，通過對后輪罩工位改造，將后輪罩上的一部分人工涂膠操作由由涂膠機器人完成，可減少一名操作工且滿足操作節(jié)拍要求，同時可提高單一車型涂膠機器人的利用率，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)計柔性化

汽車車身焊裝工裝設(shè)計，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)零件的機械裝置，是整個車身焊接生產(chǎn)過程中最重要的基礎(chǔ)工藝裝備[4]。除了在工藝規(guī)劃前期同步工程時進行基準一致性確認外，在車型引入的工裝夾具設(shè)計時，也要根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計特征盡量實現(xiàn)多車型共用或同一車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，并通過滑臺機構(gòu)保證螺柱焊和螺母焊工藝在同一工作位進行，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)詳細左右零件對比發(fā)現(xiàn)，左右件螺母位置是對稱布置，將左右零件對稱放置后螺柱位置也基本為對稱布局，即左右零件可以集成在一個固定工裝上。因此工裝優(yōu)化后，左右零件螺柱螺母焊工裝由滑臺切換的分體式工裝集成為一個固定工裝，可節(jié)省滑臺機構(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

轎車白車身工藝開發(fā)工作是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括白車身設(shè)計同步工程，確保產(chǎn)品設(shè)計的可制造性和易制造性；車身工藝方案規(guī)劃，確保車身工藝設(shè)計布置能夠滿足高節(jié)拍需求；車身工藝實施，包括工裝設(shè)計及設(shè)備選型及現(xiàn)場實施，滿足車身制造質(zhì)量和穩(wěn)定性。在車身工藝規(guī)劃開發(fā)過程中各個環(huán)節(jié)中都可以通過綜合考慮多車型生產(chǎn)柔性化，設(shè)備共用性和人員數(shù)量優(yōu)化，提高產(chǎn)品開發(fā)效率，降低整車制造風(fēng)險及制造成本。

[1] 蔣榮斌.基于某車型的車身焊裝工藝同步工程方法簡介.汽車工藝與材料[J].2010,8:5～7.

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

[3]陳錫榮,王立影.車身工藝虛擬評審,汽車制造業(yè)[J].2016.

[4] 程楠,潘起斯.淺析汽車車身焊裝夾具的定位.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有限公司，高級工程師，研究方向：汽車制造技術(shù)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.18.085