王祥，張孝平，桑清宇

（中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司，合肥230601）

1 命題來(lái)源及輸入條件

1.1 命題來(lái)源

命題來(lái)源于中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司承擔(dān)的某裝載機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的園區(qū)整體規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目，本文介紹了結(jié)構(gòu)件焊接車間的主要工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容。

1.2 車間生產(chǎn)任務(wù)

結(jié)構(gòu)件焊接車間主要承擔(dān)3～12t裝載機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件組對(duì)、焊接、整形及焊后機(jī)加工等任務(wù)。其中有前車架總成、后車架總成、動(dòng)臂總成、鏟斗總成以及小總成件等。項(xiàng)目設(shè)計(jì)年產(chǎn)裝載機(jī)4萬(wàn)臺(tái)，這將是裝載機(jī)產(chǎn)品全球最大生產(chǎn)基地。

1.3 工作班次

根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和生產(chǎn)綱領(lǐng)，結(jié)構(gòu)件焊接車間的工作班次為三班制生產(chǎn)，相應(yīng)的設(shè)備和人員將按此進(jìn)行配備。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)難點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括廠房建設(shè)方案（跨度、長(zhǎng)度、軌高、起重量、采光、通風(fēng)、除塵等）、生產(chǎn)工藝選擇、車間物流路線設(shè)計(jì)、設(shè)備選型及布置等。

2.2 主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)

本項(xiàng)目生產(chǎn)性質(zhì)為多品種大量生產(chǎn)，對(duì)于此種生產(chǎn)方式主要存在以下難點(diǎn)：

1）如何將智能化、信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化等先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用到該產(chǎn)品的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，將本項(xiàng)目建設(shè)為國(guó)際一流、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的標(biāo)桿工廠；

2）如何實(shí)現(xiàn)品種多、產(chǎn)量大、重量重的厚板結(jié)構(gòu)件的短流程、快緊湊生產(chǎn)；

3）各工序設(shè)備配置如何實(shí)現(xiàn)既先進(jìn)可靠、又使每條生產(chǎn)線產(chǎn)能合理匹配；

4）如何實(shí)現(xiàn)物流運(yùn)輸環(huán)節(jié)的自動(dòng)化、信息化、準(zhǔn)時(shí)化，同時(shí)避免互相干涉。

3 設(shè)計(jì)成果及設(shè)計(jì)難點(diǎn)的解決措施

3.1 主要工藝設(shè)計(jì)

3.1.1 裝載機(jī)主要結(jié)構(gòu)件工藝流程

1）前車架工藝流程

2）后車架工藝流程

3）鏟斗工藝流程

4）動(dòng)臂工藝流程

3.1.2 設(shè)計(jì)原則

1）設(shè)計(jì)中根據(jù)結(jié)構(gòu)件加工工藝特點(diǎn)，按照結(jié)構(gòu)件種類將車間規(guī)劃為前車架生產(chǎn)單元、后車架生產(chǎn)單元、動(dòng)臂生產(chǎn)單元、鏟斗生產(chǎn)單元、小總成件（搖臂、拉桿擺動(dòng)架等）生產(chǎn)單元以及大噸位結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)單元等，每個(gè)生產(chǎn)單元生產(chǎn)內(nèi)容包括組對(duì)、焊接、機(jī)加工。

2）為提高焊接質(zhì)量以及焊接加工效率，實(shí)現(xiàn)智能化、信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化，結(jié)構(gòu)件焊接主要采用機(jī)器人自動(dòng)焊接生產(chǎn)線，采用RGV自動(dòng)輸送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)操作，每臺(tái)設(shè)備均配備自動(dòng)焊煙除塵系統(tǒng)。

3）焊接工藝措施以防止和減小結(jié)構(gòu)件變形作為貫穿整個(gè)工藝過(guò)程的控制要點(diǎn)。

4）按產(chǎn)品及生產(chǎn)工藝相似性的原則組織流水生產(chǎn)線，工藝路線從組對(duì)—焊接—機(jī)加工—緩存、最后到涂裝體現(xiàn)“一個(gè)流”的思想，并配備相應(yīng)物流輸送起吊設(shè)備，實(shí)現(xiàn)物流機(jī)械化、自動(dòng)化。

3.1.3 主要工藝說(shuō)明

1）拼焊工藝說(shuō)明

總成拼焊采用專用工裝結(jié)合可調(diào)工裝與組合工裝，可方便實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)與小批量多品種生產(chǎn)，及時(shí)滿足市場(chǎng)不同需求。采用快速夾鉗、氣動(dòng)夾具等高效工裝，采用隨行夾具等工裝設(shè)計(jì)理念，提高拼焊質(zhì)量和效率。

2）焊接工藝說(shuō)明

為提高焊接工藝水平，確保結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量，根據(jù)結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)，將外露焊縫較多的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件如前后車架、動(dòng)臂、鏟斗等采用機(jī)器人焊接+變位機(jī)補(bǔ)焊的焊接工藝，焊接機(jī)器人的使用提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的品質(zhì)，改善了工人的勞動(dòng)條件。

裝載機(jī)的結(jié)構(gòu)件多為中厚板件，為減少焊接變形，采用細(xì)絲（φ1.2mm）、多層多道、雙絲氣保焊等工藝，嚴(yán)格控制焊接規(guī)范。CO2（15%）+Ar（85%）混合氣體保護(hù)焊用于低碳、低合金鋼結(jié)構(gòu)件的焊接，可保證焊縫足夠的熔深和接頭強(qiáng)度、良好的焊縫成形，可大大減少焊后打磨工作，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和打磨噪聲。

根據(jù)結(jié)構(gòu)件制作工藝流程，將需焊中機(jī)加工和焊后機(jī)加工的設(shè)備布置在焊接生產(chǎn)線相應(yīng)工序中，可減少結(jié)構(gòu)件車間的物流量和批量生產(chǎn)時(shí)的工件運(yùn)輸量。

3）前車架生產(chǎn)單元

前車架生產(chǎn)單元將前車架拆分成立柱、鉸接架、耳座等小總成件，各小總成以及總成件的拼裝采用高效組對(duì)工裝。

焊接方面，耳座焊接變形較大，采用機(jī)器人焊接，通過(guò)合理編排焊接順序減小焊接變形。前車架及小總成焊接使用焊接機(jī)器人，提高前車架焊接自動(dòng)化程度，前車架內(nèi)腔機(jī)器人不易焊到的焊縫人工補(bǔ)焊。

前車架加工設(shè)備采用專機(jī)形式，提高加工效率和質(zhì)量。

4）后車架生產(chǎn)單元

后車架生產(chǎn)單元將后車架拆分成鉸接架、附支體等小總成件。小總成件采用人工焊接，輔以焊接變位機(jī)翻轉(zhuǎn)。后車架總成采用機(jī)器人焊接，機(jī)器人不易焊到的焊縫人工補(bǔ)焊。

機(jī)加工方面，鉸接架、附支體采用鏜專機(jī)加工，小總成加工到位，總成采用數(shù)控鉆專機(jī)鉆孔、攻絲。

5）動(dòng)臂生產(chǎn)單元

動(dòng)臂生產(chǎn)單元橫梁采用專機(jī)焊接，焊后銑端面，以保證橫梁與動(dòng)臂板無(wú)間隙貼合。搖臂座梁及動(dòng)臂總成焊接采用焊接機(jī)器人，提高焊接質(zhì)量及效率。

動(dòng)臂焊后采用液壓校正工裝進(jìn)行焊接變形校正，提高校正工序效率。搖臂座梁以及動(dòng)臂總成加工采用組合專機(jī)，提高加工效率和質(zhì)量。

6）鏟斗生產(chǎn)單元

鏟斗生產(chǎn)單元生產(chǎn)采用高自動(dòng)化流水線形式，縮短鏟斗加工節(jié)拍。鏟斗鉸接板及法蘭用焊接專機(jī)形成小總成，鏟斗用焊接機(jī)器人焊接，編排合理的焊接順序，減小鏟斗焊接變形。機(jī)器人不易焊到的焊縫人工補(bǔ)焊，輔以焊接變位機(jī)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，鏟斗焊后輸送到鏜專機(jī)進(jìn)行鏜孔加工。

3.2 車間工藝平面布局

根據(jù)設(shè)計(jì)輸入條件和工藝方案，新建結(jié)構(gòu)件焊接車間工藝平面布局如圖1所示，為南北向布置，南邊與涂裝結(jié)構(gòu)件緩存跨垂直，北邊與備料車間垂直，主要物流走向?yàn)樽员毕蚰稀?/p>

圖1 結(jié)構(gòu)件焊接車間工藝平面布局圖

結(jié)構(gòu)件焊接車間由13個(gè)豎向生產(chǎn)跨和2個(gè)豎向天井組成，南北向長(zhǎng)度約160m，東西向長(zhǎng)度約340m，總建筑面積約50 000m2。車間起重機(jī)最大起重噸位為10t，起重機(jī)軌頂標(biāo)高9m。生產(chǎn)輔助用房設(shè)在2個(gè)豎向天井內(nèi)，車間辦公及生活輔助用房布置在最西邊跨內(nèi)。

3.3 物流輸送方案

結(jié)構(gòu)件焊接車間所用板材和型材由北側(cè)備料車間通過(guò)AGV小車成組配送至各生產(chǎn)單元組對(duì)工位。各生產(chǎn)單元物流方案如下：

1）組對(duì)工位及焊接工位采用KBK輕型柔性起重機(jī)；

2）工位間工件轉(zhuǎn)運(yùn)采用RGV小車或低壓電動(dòng)平車；

3）機(jī)加工工位上下工件采用5t或10t橋式起重機(jī)。

4 主要設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

4.1 “一個(gè)流”的設(shè)計(jì)理念

結(jié)構(gòu)件焊接車間與備料車間、涂裝車間垂直布置【1】，完全遵循精益生產(chǎn)“一個(gè)流”的設(shè)計(jì)理念，無(wú)論是零件從備料車間到結(jié)構(gòu)件焊接車間組對(duì)區(qū)，還是經(jīng)組對(duì)、焊接、加工的結(jié)構(gòu)件到涂裝件緩存區(qū)，物流無(wú)交叉、倒流顯現(xiàn)，且物流路線最短，提高了結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)效率。

4.2 焊接機(jī)器人的采用

采用焊接機(jī)器人全面取代人工焊接,通過(guò)離線編程、路徑規(guī)劃、系統(tǒng)仿真功能實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)過(guò)程信息、質(zhì)量信息和數(shù)字化車間管理系統(tǒng)無(wú)縫連接。

焊接機(jī)器人的智能接口對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線檢測(cè)、數(shù)據(jù)管理等，全面實(shí)現(xiàn)車間管理的信息自動(dòng)化，有效提高了生產(chǎn)管理水平。

4.3 鏟斗的自動(dòng)化焊接流水線

鏟斗焊接單元采用高自動(dòng)化流水線形式【2】，焊接流水線由焊接機(jī)器人、焊接變位機(jī)、直角換軌RGV小車組成，直角換軌RGV小車在自動(dòng)模式下通過(guò)區(qū)域控制器可直接與焊接機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行通信，無(wú)須人工參與，自動(dòng)進(jìn)行信息的流轉(zhuǎn)，完成工件的轉(zhuǎn)運(yùn)、上料、自動(dòng)裝夾、焊接等工序，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的柔性化、自動(dòng)化、無(wú)人化。

4.4 高效的物流輸送方式

AGV智能物流配送系統(tǒng)，通過(guò)智能化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從零件自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)排隊(duì)，并按照生產(chǎn)節(jié)拍對(duì)各個(gè)焊接單元組對(duì)工位配送點(diǎn)實(shí)現(xiàn)物料的全自動(dòng)定點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)配送,全面替代傳統(tǒng)的人工分撿+叉車配送的物料供應(yīng)模式。

RGV輸送系統(tǒng)，將多臺(tái)焊接機(jī)器人有機(jī)形成自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的無(wú)人化。

KBK輕型柔性起重機(jī)，組對(duì)及焊接工位采用KBK輕型柔性起重機(jī)方案，相比傳統(tǒng)半龍門起重機(jī)方案，KBK輕型柔性起重機(jī)輕便靈活，工人操作更加方便快捷，且節(jié)約了廠房建設(shè)成本。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)年產(chǎn)4萬(wàn)臺(tái)裝載機(jī)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)件焊接車間工藝布局設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和設(shè)備，工藝物流路線最佳，車間工藝布局合理。本項(xiàng)目自投產(chǎn)以來(lái)，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，其產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短約40%，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件自制率提升約20%，大幅降低了資金占用與生產(chǎn)成本，極大地?cái)U(kuò)大了該企業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)份額，并且提升了產(chǎn)品的國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)能力。