白车身焊装工艺规划过程中需要解决很多问题,这些问题囊括了焊接品质、成本控制、节拍保证、标准化生产、安全生产保证五个方面(QCDMS)。本文详细介绍了这五个方面可能遇到的常规问题,有针对性地分析了这些问题,并提出问题解决的思路及方法,为工艺人员提供参考
所谓节拍就是定义生产线连续加工情况下,每一台车下线所需的间隔时间。节拍并不等于每个工位工时的平均值,而是符合短板理论,一条生产线的实际节拍以这条线作业时间最长的工位为准,而一个工位的工时又是以作业时间最长的作业人员或者机器人为准,而工时较短的作业人员或机器人则出现了等待。为了达成节拍,一方面要着眼整条生产线的所有工位,对作业方式进行优化,使其效率最大化;另一方面要对人工及机器人的作业量进行合理分配,力求人工和机器人的作业能够达到均衡化,这里包含了人工与人工,机器人与机器人,人工与机器人的作业均衡化,最终消除等待的浪费。
作业方式依附于现有的生产方式或生产系统,而着眼于每一步动作,它是完成一道工序所要经历的过程。作业方式的好坏蕴含在作业的顺序以及每一步动作当中。比如为完成一道焊接工序,作业人员在料架旁取件、装件、按按钮夹紧工件、取焊枪进行焊接,焊完后挂焊枪、打开夹具检查焊点,检查完后将工件移到下一工位。这个简单的例子里面包含了作业的顺序及内容,接下来需要考虑如何更方便快捷的完成这些动作,尽量避免诸如弯腰、下蹲、来回移动等附加动作。将上述作业方式进行持续优化,就形成了现有的生产方式。
作业均衡化是基于作业方式效率最大化的前提下,对作业量的分配进行优化。比如为完成一道工序,作业人员要取几次件,装几次件,按多少步按钮,取放焊枪几次,焊接多少个焊点等,这些数量就体现了作业人员的作业量。同样对作业量的分配进行持续优化,就形成了现有的生产方式。
而对于一款新车型的焊装工艺规划,则更多是考虑焊点的分布(图7),焊接路径及焊点数量。焊点的分布是在确保可达性的前提下,一方面使分配的焊点更加连续,从而缩小焊接路径;另一方面使分配的焊点更加集中,从而确保相邻焊接无干涉区,从而消除了干涉等待。焊接路径是确定焊点分布的前提下,优化焊接路径,减少进出枪的次数,避免焊枪摆动幅度过大,更要避免焊枪旋转180°打点,从而使得焊接路径最小化。焊点数量是在确定焊点分布和焊接路径的前提下,也就是确保焊接效率最大化的前提下,在工时允许范围内能够焊接的点数,因工时评估存在一定的误差,为避免后期出现节拍不达标的风险,规划点数要比目标点数少1~2个焊点。
图7 考虑焊点的分布
4标准化生产
从焊装工艺规划的角度来考虑这个问题,一方面要降低员工作业强度,减轻作业疲劳,从而保证作业质量,毕竟疲劳作业是做不好的;另一方面还要降低员工作业难度,减少作业过程中出错的风险,使得手工工艺能够易于熟练和掌握。基于这个前提下,推进作业标准化是比较易于实现的。机械手段也是一种非常有效的方法,比如增加焊接导向,提高焊接打点的精准度,或者增加涂胶导向,不仅提高涂胶效率,而且使得胶条更加美观,尤其对于形状复杂的搭接边,效果更加明显。电子手段不仅可以对作业好坏进行识别,而且还能提供报警,使得问题及时发现及时解决,比如使用打点计数器(图8)对焊接打点进行计数和比对,若发生漏焊,可以及时报警,使得漏焊焊点得到及时补焊,从而保证焊点数量的一致性。在此,不得不提自动化及机器人作业,特别是机器人作业,能够代替人工承担高强度、高难度,或更为复杂的作业。因此,一个工厂的自动化水平,也是其产品一致性的重要保证,自动化水平越高,往往产品一致性更好,作业标准化贯彻越彻底。
图8使用打点计数器
5安全生产保证
焊装车间的危险源主要是有毒有害气体、焊接烟尘、电弧辐射、钣金件割伤、机械伤害、重物磕碰等。从工艺规划的角度,应当尽量避免这些伤害或者对危险源进行有效隔离。比如涂点焊胶后需进行点焊,应当尽量考虑由机器人进行焊接,以免焊接过程中胶受热产生有毒有害气体,对员工的身体造成危害。CO2焊接作业会产生大量的烟尘及有害辐射,必须在专门CO2岗位进行焊接,一方面通过除尘系统吸收有害烟尘,防止烟尘吸入肺部对呼吸系统造成伤害;另一方面通过围闭隔绝电弧辐射,以免强光对眼睛造成伤害。CO2焊接部位必须先焊接后涂胶,若先涂胶后焊接不仅胶的性能会发生改变,而且会产生有毒气体,会对人的呼吸系统造成伤害。物流器具的规划要考虑到方便取件和上件,特别是尺寸重量较大的零件应避免空中旋转或翻转,以免零件移动过程中对人造成磕碰或者割伤的风险。如果人与机器人存在交叉作业区域,则必须在人和机器人的入口处设置光栅,防止人进入交叉区域作业时,机器人对人员造成伤害。重物的搬运必须借助搬运工具,10~20kg以内的重物可以采用平衡器进行搬运,20kg以上的重物考虑采用气动葫芦进行吊件,或者采用机器人进行搬件。