白车身焊接自动化生产线设计研究

白车身焊接自动化生产线设计研究

吴龙华

广州瑞松北斗汽车装备有限公司   广东广州510535

摘要：工业制造项目中针对白车身焊接工艺，优化设计焊接自动化生产线，是践行增效提质生产目标的重要途径。本文立足焊接自动化生产线设计优势总结设计要点，从装焊设计、工装设计、顶盖胶型及焊接故障诊断设计部分着手，保证白车身在新生产线中改善焊接质量，以自动化设计原理赋能车企得以壮大发展，促进自动化技术与焊接工艺深度融合。

关键词：白车身；焊接工艺；自动化生产线；工装设计；装焊设计；顶盖胶型

前言：结合公安部相关数据显示：2023年我国机动车数量多达4.35亿辆，驾驶员有5.23亿人，其中白车身作为汽车市场主要参与者，占据8.1%的份额，由此表明加强白车身焊接优化设计，是顺应时代发展趋势，巩固白车身汽车产品竞争优势的重要事项，焊接设计人员理应利用自动化技术加速自动化生产线的构建，以展现白车身在多应用领域中的实践价值，实现汽车制造业高质量发展。

1、焊接自动化生产线设计优势

1.1高效生产与低成本

焊接自动化生产线设计事项，能进一步提高生产效率，有效缩减生产成本。以往需单纯依靠机械设备、人工完成生产任务。而新生产线的形成，能利用焊接机器人充分替代焊接人员岗位，以此在不间断焊接作业下加快生产速度。通常可形成1:3的替代比例，生产效率可增加500%。至于成本投入选用焊接机器人后，投入费用仅以维修、采购成本为主，基本呈现价格略微波动趋势[1]。相比人力成本持续高涨情况，显然焊接自动化生产线更易辅助车企达成增效省本目标。

1.2安全环境与高质量

焊接期间易产生烟尘、弧光等有害物质，导致某些焊接人员频发职业病，继而耽误正常焊接秩序。而焊接机器人则不会在复杂环境下遭受危害，以此减轻人员工作负担，维护生产安全。另外，随着焊接环境的优化调整，焊接机器人还能在良好条件下增加焊接精准度，严控焊接参数达标率，就此降低焊接缺陷事件发生率，提高产品焊接合格水平。据此，焊接自动化生产线具备突出优势。

2、白车身焊接自动化生产线设计要点

2.1车身装焊设计

白车身作为汽车产品中常见车身，其主要类别包含冷冲压、烫金、辊压成型等，在轻型商用车、电动汽车等多领域中均发挥着重要作用。而此次研究专为白车身焊接场景设计自动化生产线，其中最为主要的是设立装焊部分，兼顾白车身焊接范围、焊接作业对应白车身变化趋势等实施精准补焊，保证经过自动化装焊处理后的白车身，切实合乎焊接标准。而且装焊环节对白车身实施自动化设计期间，务必优选具备自动化特色的焊接方法。既要加强对白车身焊接结构完整度的保护，又要保持高效焊接状态，故此提出在该生产线中，合理设置二氧化碳装焊区间，以此通过此法抑制白车身焊接后过度变形。另外，还需注重装焊时配置的焊接工具，以往仅依靠焊工发挥焊具作用。然而新生产线中则要强调焊具连接紧密性和定位精准度，使焊具对应的白车身焊接部位，都能开展焊接夹具自动化夹紧操作，避免受人为因素或设备因素影响降低焊接部位装焊精度。

2.2车身工装设计

白车身焊接自动化生产线设计期间，务必在装焊设计基础上，改善工装焊接环节，保证白车身焊接时各部件均能得到完好应用。其中较为关键的是，设计人员需要保证自动化生产线上配置的工装设备，始终能满足不同车身结构的焊接条件。常见的有横纵梁与板簧支架部件。设计人员先行保证在生产线上的白车身纵梁能在气缸辅助下降低偏移风险。而后利用定位块校准纵梁位置，使内外腹面均能完全暴露于指定装配区间内。

至于横梁则需要对照白车身宽度参数自动化调节横梁焊接范围，待确定好焊接位置后予以精准点焊。最后则设计人员需保证白车身板簧支架在吊耳孔指引下自动化定位。随着对多方位白车身结构进行针对性工装焊接，即可提升焊接有效性，规避补焊及漏焊风险。经由自动化工装处理，有利于抑制白车身类型的汽车出现安全事故，因此注重自动化生产线中工装设计效果。

2.3顶盖胶型优化设计

焊接自动化生产线在实际运行中，除了要实现白车身各部件焊接质量的自动化控制外，还需利用视觉系统细化顶盖胶型生产工序。一方面，要求在该生产线中需单独开设自动化抓取顶盖外板部分，使顶盖外板能具备自动化冲压功能，减少人为调节物料成型实施可能性。而且宜设置自动化卡槽，提升抓取路径标准度。即在视觉系统辅助下进行顶盖图像一致性分析，只有与原定顶盖物料图像相匹配，才能开启自动化抓取功能。而且要求将该工序操作时间控制在3min左右，以此提高整体生产效率。另一方面，顶盖胶型操作环节，自动化生产线可依靠视觉系统校对涂胶位置，随时调节涂胶平台上白车身焊接涂胶方位，以焊接涂胶点位计算结果自动化判断准确度。常用的有对象法，根据精准分析对象点规则计算点位平均值，参考自动化输出数据认定白车身焊接结果是否达标，达标后方可通过此工序进入顶盖固定步骤中。具体可在焊接自动化生产线中使用新一代人工智能机器人，一般每分钟能完成4.62次的车型自动切换频率，每秒三维立体空间内可达到719.1mm、1458.5mm、414.3mm的焊接成套焊接速度，精度为0.1mm，在顶盖涂胶生产线上应用自动化技术，基本能提高至少30%的生产效率，因而需加大应用力度，积极引入性能优良的先进机器人，以突破传统生产线实践束缚

[2]。

2.4焊接故障诊断设计

焊接自动化生产线要想达到既定自动化发展效果，还需引进故障诊断专家系统，实时检验故障率，之后建立典型故障层次分析模型，从中评估自动化焊接作业故障发生风险，以降低焊接缺陷事件发生率。通常在自动化焊接故障诊断优化设计中，要求参考下列两项关键指标测定故障状况[3]。

  （1）

式（1）中表示焊接自动化生产线设备首次故障事件；表示x概率分布函数；P表示x在 时间内焊接故障发生概率。

  （2）

式（2）中表示瞬时故障率；t表示工作时刻；dt表示微分函数。

此外，在检验焊接缺陷风险的同时，还可对自动化生产线中使用的焊接机器人故障情况予以检测，以延长维修周期，以自动化机器人平均故障温度、维修费用、湿度及运行负荷等指标确定故障发生时，白车身焊接作业环节所受影响程度（X）。

即：  （3）

式（3）中表示i预测周期内自动化机器人第i次维修所需费用；表示自动化机器人故障时生产线暂停成本。经过自动化故障诊断有助于贴合优化标准，提升白车身焊接总体质量，为今后白车身焊接工作的开展创造自动化焊接条件。

结论：综上所述，焊接自动化生产线本身具备高效生产、低成本、安全环境、高质量生产等实践优势，故此设计人员理应在装焊、工装、顶盖胶型、焊接故障诊断等设计事项上提出优化建议，旨在白车身汽车产品在新生产线助力下得以有效焊接，消除焊接不良风险，以突显同期竞品推广优势，满足汽车多元化应用需求。

参考文献：

[1]谢黎明. 汽车车身焊接技术现状以及发展趋势探究[J]. 内蒙古煤炭经济, 2021, (12): 161-162.

[2]邹俊，新一代人工智能机器人汽车焊接自动化生产线的研究与开发.浙江省，余姚市亿荣自动化科技有限公司，2020-08-27.

[3]张猛.面向焊接自动化生产线的动态预防性维护方法设计与实现[D].电子科技大学,2016.