智能制造在汽车车身焊接的应用

智能制造在汽车车身焊接的应用

张磊

城汽车整车事业部 河北省保定市 071000

摘要：电子信息及计算机技术的发展，加快了焊接工艺研究的进程，新的工艺方法和新的工艺手段不断在生产实际中得到实现。本文探讨汽车车身焊接的智能化与自动化的现状及发展趋势。

关键词：自动控制；汽车制作；焊接技术；机器人驱动。

引言

《中国制造2025》，是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。要求紧密围绕重点制造领域关键环节，开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用。要求依托优势企业，紧扣关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制、供应链优化，建设重点领域智能工厂/数字化车间。要求在基础条件好、需求迫切的重点地区、行业和企业中，分类实施流程制造、离散制造、智能装备和产品、新业态新模式、智能化管理、智能化服务等试点示范及应用推广。建立智能制造标准体系和信息安全保障系统，搭建智能制造网络系统平台。按规划到2020年，制造业重点领域智能化水平显著提升，试点示范项目运营成本降低30%，产品生产周期缩短30%，不良品率降低30%。到2025年，制造业重点领域全面实现智能化，试点示范项目运营成本降低50%，产品生产周期缩短50%，不良品率降低50%。在轿车整车制造行业，四大工艺车间中的车身车间的生产线自动化程度比较高，设备比较先进，具有良好的制造智能化升级条件。

1焊接技术的自动化

焊接自动化技术的应用，能够突破人类的生理局限，不受时间和环境等因素的控制，有效提高生产效率和焊接质量，节约日益增高的人工成本。一般而言，在年产量达10万台以上的汽车生产厂，焊接自动化率可达75%；年产量达15万以上的汽车生产厂，焊接自动化率可达90%以上；年产20万台的汽车生产厂，焊接自动化率均达到100%。随着国家经济的发展既人民生活水平的提高所带动的汽车消费升级也使得焊接自动化智能化有巨大的市场前景：（1）经济适用价格低廉已经不再是汽车市场的主流，而边际利润更高的中高档车逐渐成为汽车的主要市场，使得汽车生产厂在做生产线规划选择时不用考虑焊接自动化和智能化所带来的设备成本问题。（2）持续增长中高档车的消费市场，对生产效率的要求上升到主导位置，更快的占领市场满足市场需求是各大汽车生产厂的经营策略，无疑焊接自动化智能化都成为更好的选择。（3）中高档汽车的品质要求，汽车轻量化所带动的有色金属材料的使用，也要求焊机自动化及智能化在实际生产中要得到更为广泛的应用。

2智能制造在汽车车身焊接过程中存在的问题

2.1车身结构在使用焊接夹具进行设计时，三维图像难以实现构图

汽车车身本身的结构较为复杂，其内部较大的元件与较多的拉延壳体件相互连接，造成了车身在使用焊接夹具时的困难。因此，车身形状复杂程度较高时，焊接夹具的设计会出现三维图像的成像困难，在进行构图时，图纸的设计数据需要极其精准，否则在后期的制造过程当中，一旦出现数据偏差，将会导致夹具不能使用。

2.2车身的刚性性能较差导致在焊接过程中车身出现变形

一般来说，由于汽车车身本身尺寸较大，在进行设计时，需要考虑车身整体的稳定性能，在进行实际的设计时，需要考虑车身一定的刚度。避免在使用焊接夹具的过程当中，出现冲剪破坏，车身本身的刚度如果无法承受较大的承载力，也会导致车身出现变形。

2.3设计人员本身的工艺技能较低，不能满足汽车车

身焊装夹具工艺需求由于汽车车身焊装夹具的设计本身需要结合车身进行设计，在进行设计时需要精准的控制车身的内部元件各项数据，在进行焊接夹具设计时，部分设计人员在图纸上难以实现精准的数据标注，且部分的设计人员本身职业技能水平较低，在设计时不能够结合实际的车身进行夹具设计，最终导致车身在焊接装配过程中出现问题。

3焊接工艺智能化的应用措施

3.1焊接过程控制智能化。

自动化一体调节焊接参数的智能化技术出现时，将整个操作都更加简单化和便捷化，智能化程度也越来越高。在汽车生产中，焊接自适应系统能够根据动态电阻的变化输出与之相符的焊接参数，很好的消除焊接过程中产生的飞溅或由于其他因素导致的虚焊等质量缺陷。尤其是对于焊接过程更为复杂的有色金属焊接，焊接自适应控制系统更能发挥强度的作用，确保焊接质量的可靠性。焊接过程控制智能化的发展相对成熟，无论是人工电阻焊的控制设备还是自动焊的控制设备均由较为普遍的使用。带有自适应模块的焊接控制设备的价格是普通焊接控制设备的价格2～3倍，从一定程度上限制了新技术的推广。

3.2车身车间智能焊接系统的搭建

基于边缘计算架构，搭建了如图5所示的智能焊接系统网络架构。焊接系统智能化，除了焊接设备的输入输出数字化、焊接过程的电流、电压、压力也需要采集并数字化。智能化前的焊接过程变量，只有当前焊点数据，需要增加数据采集器进行采集存储，形成大数据。边缘层的工业电脑，进行当前焊接数据的分析处理判断，输出焊接质量报警等信号，通过PLC控制生产线的运作，提示人工干预或者报警停线。大数据服务器用来存储边缘计算的原始数据以及输出数据，通过离线编程、数据挖掘，可以优化更新焊接预设参数，优化边缘计算的判断规则（算法），形成知识库。

3.4搅拌摩擦焊及搅拌摩擦点焊

搅拌摩擦焊（Frictionstirwelding，FSW）是由快速旋转的钻头与钣金件摩擦产生的热量作为热源熔化局部的被焊材料，在钻头的挤压下被焊材料形成致密的固相焊缝。与其他形式的焊接技术比，FSW不需要消耗焊条、保护气等材料，无飞溅、无烟尘、能有效避免气孔及显微裂纹，且因为需要的热源热量低，不受异种材料物理化学性质晶体结构的影响，在焊接铝、镁合金及钢-铝异种金属时具有较大优势。

3.5利用计算机来辅助，完成制图夹具设计

伴随着中国互联网技术的不断发展，计算机逐渐进入制造业，通过计算机辅助来进行夹具设计目前成为我国最常用的一种设计方法，利用计算机的便捷性与强大的运算能力能够完成车身焊接夹具设计当中庞大的数据计算，传统的夹具设计需要设计人员自己完成数据运算，但是由于车身一般庞大，各种内部元件数据测量数据量庞大，仅仅依靠设计人员进行计算，耗费时间较长，且部分的图纸只能依靠人工手绘，耗费周期长，选择计算机进行辅助设计，利用计算机当中的数据成像功能，将车身的数据进行存储，利用软件实现前期的图纸演算，保证图纸的精准度，能够明显的缩短设计周期。

4汽车车身焊接技术的发展趋势

从整个汽车行业的焊接现状来看，发展自动化柔性生产系统是整个汽车工业的焊接发展趋势，更加符合自动化的规划路径。发展焊接技术自动化和智能化，需要注意可持续发展理念以及环境保护的观念。焊接行业的耗能较为突出，坚持可持续发展是必然选择，也是长远打算所在。在焊接方面可以推广清洁化生产，在一些高温噪声的环境中，坚持焊接自动化生产，可以有效减少对环境的污染。为了促进技术的发展，也可以引进发达国家的制造技术，在借鉴先进技术让焊接自动化系统更好地更新换代。

结束语

我国焊接技术的智能化和自动化是行业发展的主要趋势，可以通过对焊接技术的优化来适应新型材料的使用，也可以通过焊接机器人的推广来提高技术的精确度，推动整个生产线自动化和柔性化发展等，都可以进一步优化焊接技术，也是为了将焊接技术推广到其他行业的必然要求，是促进国家制造业进步的重要措施。

参考文献

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