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车身焊装工艺规划方法及分析
摘要：焊装工艺规划是焊接同步工程的一项主要工作内容，是焊装生产线设计的基础规划文件。焊装工艺规划是指在产品设计阶段结合车型的生产纲领、自动化率及投资规模等对车身的上件流程、焊点分配、节拍计算等方面进行分析和验证，以达到在保证产品工艺可行性的同时确定出最优化的生产线结构的目的。焊装工艺规划的结果将直接影响到生产线的技术可行性和投资成本。本文主要介绍了焊装工艺规划的意义、流程、方法及主要工作内容。
关键词：车身焊装 工艺规划 方法 分析 中图分类号：U463.82+1.06 文献标识码：B
安徽江淮汽车股份有限公司 杜 坤 魏庆丰 赵 涛 姜海涛
1 焊装工艺规划的重要性及目的
1.1 焊装工艺规划
焊装工艺规划又称焊装工艺设计，是新车型车身开发焊装同步工程工作最重要的一环，是焊装生产线的核心技术。其概念是指结合产品的生产纲领、自动化率、生产方式及投资规模等总体规划要求，结合车身数模对产品的工艺性如上件流程、焊点分配、节拍计算、物流、设备等方面进行分析和验证，在保证产品工艺可行性的同时确定最优化的生产线结构。
焊装工艺规划要求具有明确的输入条件：工艺设计输入如生产纲领及自动化程度等；产品设计输入如零件三维数模、BOM清单、产品结构树等。任何一项输入数据的准确性都会影响到焊装工艺规划的结果。
1.2 焊装工艺规划的作用与意义
焊装工艺规划的作用就是为了使设计具有生产可行性，优化生产线结构，减少投资成本。
a.优化产品设计，提升车身整体质量。b.优化生产线布局，降低开发成本。
c.规范上件流程，平衡节拍，提高生产线效率。d.三维仿真验证，缩短开发周期。
所以，焊接工艺规划对于生产线的设计有着很重要的意义。工艺规划的准确与否将关系到产品的可实现性，以及后期的品质培育工作的难易程度，直接影响车型开发的周期和投资成本。1.3 进行焊装工艺规划应具备的基本素质
开展焊装工艺规划的工作人员应具备以下专业知识［1］。
a.丰富的焊接工艺知识。b.相关工装夹具、检具知识。
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c.相关焊接设备知识。
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e.物流分析报告
对焊装车间物流配送方式、物料存储空间等因素进行综合分析，并结合投资规模确定最优化的物流方案。
f.设备规格书
对满足工位工艺设计要求的设备数量、规格、悬挂高度、传输方向等信息进行描述并结合示意图说明。
g.三维仿真验证报告
通过运用DELMIA、TECNO等软件对上述规划结果进行三维工艺仿真验证，通过数字化模拟仿真来验证工艺规划的合理性，消除干涉，优化工艺布局，最终输出验证报告。
h.平面布局图
综合上述工艺规划文件，综合考虑自动化率、输送方式、公用动力等工艺条件，形成焊装工艺平面布
2 焊装工艺规划主要工作内容及相关说明
2.1 工艺规划的主要工作内容
焊装工艺规划的工作内容见表1。
主要工作范围输入条件
输出文件2.2 相关文件说明
焊装工艺规划工作主要涉及的输出文件的简要说明如下。
a.工艺规划书
焊装工艺规划书是对每个工位的工装、设备、工件、工序内容及节拍进行规划和初步分析统计，是后期制定详细工艺方案及生产工艺编制的基础文件。
b.焊接流程树
综合考虑焊接节拍、焊点干涉、焊接强度等工艺因素，对产品上件顺序进行重新划分，形成具有工序内容、上件信息及上件顺序的工艺分析文件。
c.焊点布局图
焊点布局图是根据焊接流程树规划工位焊点，并将总成的所有焊点表示在二维图中的文件。考虑点定焊点与补焊焊点的区分及节拍是否满足等因素，同时关注总成中每一个焊点的位置、层数及搭接件信息。
d.节拍计算表
根据焊点布局图分配的焊点，对工位整个焊接过程所需的时间进行计算，以验证是否满足节拍要求，对不满足节拍要求的焊点进行重新分配。
局图。
3 焊装工艺规划工作流程及说明
3.1 焊装工艺规划的基本流程
焊装工艺规划主要分为焊接流程分析、焊点布局规划、节拍计算分析、设备规格分析、物流分析及最终制定平面布局图几个阶段，每个阶段的工作都要进行严格的评审，对于不满足工艺要求的步骤要重新设计分析。焊装工艺规划工作流程见图1。3.2 重点步骤说明
3.2.1 焊装工艺规划准备工作
了解和掌握焊装项目概念规划图、概念规划文件，明确车型生产纲领、自动化率等生产信息，同时需要产品设计的相关文件。
（1）工艺设计输入a.车型信息及其变形产品。b.生产纲领。c.各生产线工艺划分。d.生产节拍。
e.设备信息(夹具、检具等)。
对产品上件顺序、工艺流程进行重新划分，形成焊接流程树。
（1）焊接节拍的影响
产品结构树设计一般只考虑零件的上件顺序搭接形式，即满足产品的焊接要求，而焊接流程树是在考虑生产节拍的基础上，对设计总成进行合并或分解。产品结构树和焊接流程树的划分见图2。如节拍能满足要求，可将两个或两个以上设计总成归并到同一个工艺总成（夹具）中进行焊接；如节拍不能满足要求，可将一个设计总成分解至两个或两个以上工艺总成（夹具）中进行焊接。焊接流程树模板见图3。
图2 产品结构树和焊接流程树的划分
（2）生产线信息及约束条件分析分析重点举例如下。
a.前风窗属于主线工位还是地板工位。 b.后围板属于主线工位还是地板工位。c.后轮罩内板属于侧围工位还是地板工位。3.2.3 焊点布局规划
（1）点定焊点的确定
相对复杂总成的焊接，一般需要点定和补焊2个
图1 焊装工艺规划工作流程
焊接工位才能完成。在点定工位，由于生产节拍限制、设备数量布置空间需要及夹具有效空间占用等原因，不能完成全部焊接工作，但必须完成部分关键点的焊接。这部分焊点要保证工件离开夹具时的形状尺寸及强度要求，称为点定焊点，一般情况下点定焊点占总焊接点数的1/3左右［2］。
（2）焊点分组
车身每个总成上都要完成许多焊点，在编制焊点布局图时必须对焊点进行分组，即将1把焊钳在1个工作节拍内完成的焊点分为1个焊点组并用不同的符号加以标记［2］。
f.焊接流程树规划。（2）产品设计输入a.零件三维数模。b.零件清单。c.产品结构树。（3）其它信息FAMA报告3.2.2 焊接流程树规划
根据产品结构树综合考虑焊接节拍、生产线约束条件、焊接干涉、焊接强度、累积公差等工艺因素，
图3 焊接流程树模板
（3）焊钳初步选型
焊点分组工作完成后即可进行焊钳选型，确定焊点组的数量即焊钳的最小数量，根据工件的形状及尺寸确定焊钳的形式（X形、C形）及喉深、开档、行程、电极形状。
通过上述工艺分析可以完成焊点布局图的输出。焊点布局图是焊装线设计、制造的指导性文件，是焊装全部工作的基础，焊点布局图模板见图4。3.2.4 工艺规划书输出
通过初步的节拍计算，评估焊接流程树及焊点布
局规划是否满足生产节拍要求，工艺规划书包含工位示意图、工位基本信息及相关的工装设备规划。对于不满足节拍要求的工位要重新进行流程划分及焊点分配，工艺规划书模板见图5。3.2.5 节拍计算分析
（1）生产节拍
一般生产节拍可按下面公式计算：
T ＝全年工作日×每日班次×每班工时×K1 /年纲领
上式中，T 代表生产节拍；K1为设备利用率，一般取
图4 焊点布局图模板
图5 工艺规划书模板
0.80.9。
如某车型生产线年产量为24万台/年；工
于或等于生产线节拍。工位节拍是从焊接零部件上件开始到完成本工位全部操作并将工件取出的整个过程的时间，同时应考虑设备利用率。工位节拍与操作工人的熟练程度有很大关系，一般准确的工位节拍需要现场实测确定，工艺规划时应使所有工位的工位节拍尽可能相等并接近生产节拍［1］。节拍计算参考标准见表2。
作时间基数：全年工作250天、双班生产、每班8小时；设备开动率85%。则生产节拍T = 250×2×8×60×60×0.85/240 000=51 s/台。
（2）工位规划及工位节拍
工位是构成生产线的基本单元，工位节拍必须小
放件
小支架小板件中等件大件夹具操作
焊接
夹紧松开小总成中等总成大总成自动化手工取件
涂胶/ mm・s-1
CO 2焊/ mm・s-1
植焊自动化手工3.2.6 设备规格书
对满足工位工艺设计要求的设备数量、规格、悬挂高度、传输方向等信息进行描述、说明。
（1）焊机、时控箱布置图
确认焊机、时控箱及相关设备的型号、数量、安装位置、安装方式等内容，供相关各专业设计时使用。
（2）焊钳、平衡器布置图
表示焊钳、平衡器的型号、数量、安装位置、吊挂方式，供安装焊钳时使用。
3.2.7 物流分析报告
对焊装车间物流配送方式、物料存储空间等因素进行综合分析，结合投资规模确定最优化、最合理的物流方案并输出物流分析报告。3.2.8 三维仿真验证
白车身的生产特点要求焊装车间的布局呈现立体化、焊装过程精准化及物流的最优化，二维层面的工艺规划存在一定的弊端，不能真实地反映实际生产情况。三维数字化工艺布局、工艺设计是解决这些问题的最有效途径。
通过DELMIA、TECNO等软件对上述规划结果进行三维工艺仿真验证，包括焊点可达性验证、人机工程验证、夹具运动仿真等。通过数字化模拟仿真来验证工艺规划的合理性、消除干涉、优化工艺布局并最终输出验证报告［2］。
利用预先定义好的焊装工艺规划模板，导入产品树图后，进行实际的焊装工艺规划。规划过程中要同时将各种焊接资源如焊装厂房结构、工艺节拍、工装夹具布局、工艺物流、焊接设备等因素统一考虑，在计算机内形成“真实的”焊装工艺流程，并对焊装生产线的生产能力进行平衡分析。对产品的工艺分配、焊点分配、工位数量、人员分配、工装自动化程度等内容进行不断的优化。实现焊接产品在工位的装配顺序仿真（包括产品上件与卸件过程）、各个工位资源间相互匹配仿真、焊装线及夹具工位的时序分析及仿真验证、焊钳的仿真验证。实现人机工程仿真、机器人焊接装配过程仿真、机构运动仿真、三维工厂的建立。图6为工厂的仿真示意图。
量，是工艺规划的基础工作［1］。
c.生产线的布局及物流的规划要做到精益，使生产线线体之间、工位间输送及与其它车间的衔接尽量快捷、顺畅，以提高生产效率。
d.对于需要凸焊及植焊的分总成其工艺规划应尽量集中布置，以提高设备利用率及降低生产成本。
e.对于焊点的规划要充分识别点定焊点的数量，以保证焊接的强度，尤其对于节拍较高的线体其焊点规划更要慎重。
f.要充分考虑混线生产的可能性，在设备选型及工装设计时尽可能考虑共用化。
g.焊钳的选型工作需要进行三维动态仿真模拟，提高选型准确性，避免在后期造成成本浪费。
h.通过数字化模拟仿真虚拟焊装车间，较早地识别二维设计中不易发现的问题，提高工艺规划的合理性和准确性。
i.工艺规划要考虑质量、进度和成本的因素，对于成本的控制要从细节做起，在流程划分时减少工装的数量，尽量考虑工装及设备的共用。
5 结束语
焊装工艺规划是焊装同步工程的一个重要环节，也是焊装线开发的核心技术。在车型开发阶段同步进行焊装工艺分析、设计，在确保工艺性的同时确定出最优化的生产线结构，并通过三维仿真模拟等工作降
图6 工厂的仿真示意图
低车型的开发成本及缩短开发周期。因此，科学地进行焊装工艺规划工作，使其在产品开发及生产线设计的过程中发挥重要的作用，对推进项目整体有序的运行至关重要，已在各大主机厂广泛推广和应用。
参考文献：
［1］尚校. 焊装工艺规划体系的全面构建. 汽车工艺与材料［J］, 2012, (1) :36-39.
［2］李文忠，高保雷，邵丹. 浅析汽车车身的焊接工艺设计［J］. 汽车工艺与材料, 2006, (2) :18-21.
4 焊装工艺规划注意事项
焊装工艺规划注意事项如下。
a.在进行工艺编排时，要尽量减少在线体上件的数量，尽量简化线体，同时对于共线生产的车型其上件顺序应尽量保持一致。这样有利于降低成本，提高主线在混线生产时的灵活性。
b.车身的分块一般分为侧围模块、发动机舱模块、地板模块、门盖模块等，认真分析各模块搭接处零件的划分。模块的划分决定工艺流程及工装的数