現(xiàn)今，國(guó)內(nèi)外汽車品牌林立，新車型推出日新月異。在追求汽車高品質(zhì)的同時(shí)，如何縮短車型開(kāi)發(fā)時(shí)間，搶占市場(chǎng)先機(jī)？今天我們從“工藝同步分析的涂裝通過(guò)性分析”來(lái)管中窺豹。

作為汽車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中最重要的工作之一，PSE(Process Simultaneous Engineering，工藝同步工程)，主要圍繞P(Possibility，工藝可行性)、Q(Quality，高質(zhì)量)、C(Cost，低成本)、D(Delivery，物流)進(jìn)行開(kāi)展。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品數(shù)模進(jìn)行詳細(xì)審查，并結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，將大多數(shù)不合理設(shè)計(jì)消滅在數(shù)模階段，不但保證了整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度，縮短了開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)大幅減少了后期的設(shè)變及修改成本，提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。本文重點(diǎn)介紹工藝同步分析之涂裝通過(guò)性分析，包括涂裝設(shè)備通過(guò)性和操作通過(guò)性分析，暫不涉及實(shí)車驗(yàn)證階段的工作。

1.涂裝設(shè)備通過(guò)性分析

設(shè)備通過(guò)性分析主要包括輸送載具通過(guò)性、室體通過(guò)性及機(jī)器人能力分析。

涂裝輸送載具主要有前處理電泳滑撬(或臺(tái)車)、雙擺桿(或C型吊具等)、側(cè)頂機(jī)(或轉(zhuǎn)接吊具)、UBC抱具、面漆滑撬(或臺(tái)車)、工藝小車等。

在分析前處理電泳或面漆滑撬、工藝小車時(shí)，主要關(guān)注生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)滑撬的前后支撐點(diǎn)位置、高度差、大小、支撐方式及鎖緊方式。在將該滑撬3D數(shù)據(jù)植入車身3D數(shù)模后，很容易確定符合現(xiàn)有滑撬的車身支撐點(diǎn)應(yīng)設(shè)位置。而后，需分析車身在該處支撐后的強(qiáng)度、與周邊的干涉、平穩(wěn)性、距離車身最前后端的距離等是否符合要求。如不能適用，則優(yōu)先考慮通過(guò)優(yōu)化車身支撐點(diǎn)設(shè)置來(lái)適應(yīng)現(xiàn)有滑撬。如更改車身結(jié)構(gòu)為不可行，則需考慮改造現(xiàn)有滑撬結(jié)構(gòu)，在改造現(xiàn)有滑撬時(shí)，盡量考慮通用性，比如鎖緊方式、前后支點(diǎn)高度差等。

車身在前處理電泳吊具上的通過(guò)性審核示意圖

在分析側(cè)頂機(jī)、UBC抱具時(shí)，主要關(guān)注支撐塊位置、大小。一般支撐在車身裙邊左右下邊沿，具體面積大小各有不同。采用以上分析滑撬的方式，將側(cè)頂機(jī)或UBC抱具的數(shù)據(jù)植入車身3D數(shù)模后，確定應(yīng)設(shè)點(diǎn)，并分析其強(qiáng)度、與周邊的干涉、操作的干涉、平穩(wěn)等是否符合要求。如不適用，考慮更改車身應(yīng)設(shè)支撐點(diǎn)結(jié)構(gòu)。如不可行，更改現(xiàn)有側(cè)頂機(jī)或轉(zhuǎn)接吊具支撐塊。

考慮到生產(chǎn)線設(shè)備的固有狀態(tài)，一般都會(huì)有設(shè)定的最大通過(guò)載重，這在生產(chǎn)線建立之初，設(shè)備選型之時(shí)就已確定。在計(jì)算白車身重量時(shí)，除產(chǎn)品定義的白車身自重外，也要算上開(kāi)閉件所需的涂裝專用工裝重量。另外，如果載具有所改動(dòng)，還需考慮白車身與載具總重是否超過(guò)設(shè)定值。

涂裝室體主要有前處理電泳槽體、烘爐及工作間。通常，每條現(xiàn)有的生產(chǎn)線在設(shè)計(jì)之初就已經(jīng)規(guī)劃好了其最大通過(guò)尺寸(長(zhǎng)×寬×高&重量)，只需要對(duì)新車型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和現(xiàn)有生產(chǎn)線的尺寸通過(guò)上限進(jìn)行對(duì)比，即可判定其尺寸通過(guò)性。

在分析前處理電泳槽體的通過(guò)性時(shí)，車身存在以下三種狀態(tài)：

白車身以一定角度上坡時(shí)，車身重心會(huì)向后，需考慮重心是否落在前后支撐點(diǎn)之間，上坡時(shí)尾部最低點(diǎn)離槽底是否在安全距離范圍內(nèi)(一般要求≥450mm)，出槽時(shí)，車體下部與沿距離是否在安全范圍內(nèi)(一般要求≥300mm)。

車輛在上坡時(shí)，重心超過(guò)后支撐點(diǎn)，存在掉入槽體的風(fēng)險(xiǎn)。

白車身以一定角度下坡時(shí)，車身重心會(huì)向前，需考慮重心是否落在前后支撐點(diǎn)之間，下坡時(shí)頭部最低點(diǎn)離槽底是否在安全距離范圍內(nèi)(一般要求≥450mm)，入槽時(shí)，車體下部與槽沿距離是否在安全范圍內(nèi)(一般要求≥300mm)。

白車身平穩(wěn)通過(guò)時(shí)，車門(mén)在安裝夾具狀態(tài)下與兩側(cè)設(shè)備(噴嘴、陽(yáng)極管、護(hù)欄、風(fēng)嘴等)的安全距離是否在范圍內(nèi)(一般要求≥250mm)，入槽時(shí)是否全浸，全浸時(shí)間是否達(dá)到工藝要求(比如電泳要求全浸處理時(shí)間≥3min)，頂部距離液面距離是否足夠(一般要求≥300mm)。

白車身轉(zhuǎn)彎通過(guò)時(shí)，車頭或車尾與室體兩側(cè)是否存在干涉，安全距離是否足夠。

車身在轉(zhuǎn)彎處的仿真分析示意圖

在分析烘爐的通過(guò)性時(shí)，車身存在兩種狀態(tài)：

白車身平穩(wěn)通過(guò)時(shí)，車門(mén)在安裝夾具狀態(tài)下與兩側(cè)設(shè)備(風(fēng)嘴)的安全距離是否足夠，車頂與烘爐上部設(shè)備的安全距離是否足夠(一般要求最小安全距離≥250mm)。

白車身轉(zhuǎn)彎通過(guò)時(shí)，車頭或車尾與室體兩側(cè)是否存在干涉。

在分析工作間的通過(guò)性時(shí)，車身存在一種狀態(tài)：

白車身平穩(wěn)通過(guò)時(shí)，車身在開(kāi)門(mén)狀態(tài)下的操作空間是否足夠，在進(jìn)行車頂作業(yè)時(shí)的高度空間是否足夠，進(jìn)行車身下部作業(yè)時(shí)的安全距離是否足夠。

機(jī)器人能力主要指電泳、PVC和噴涂等自動(dòng)化操作設(shè)備的處理能力。由于工藝節(jié)拍或設(shè)備能力限制，車身需處理面積如果超過(guò)設(shè)定上限，將無(wú)法保證質(zhì)量和工作效率。

在分析車身電泳能力時(shí)，首先通過(guò)數(shù)模計(jì)算車身所有單件的表面積，乘以某一系數(shù)即為待電泳面積(一般乘以0.95)；通過(guò)查詢現(xiàn)場(chǎng)陽(yáng)極管設(shè)計(jì)面積，以及產(chǎn)線設(shè)定的最大陽(yáng)極比(一般為4:1到6:1)，計(jì)算得出可電泳的最大白車身面積。以上，即可判定電泳是否符合要求。如車身電泳面積超過(guò)最大設(shè)計(jì)值，需考慮額外增加相關(guān)電泳設(shè)備(整流器、陽(yáng)極管等)。

在分析PVC和油漆噴涂能力時(shí)，首先確定車身需要噴涂的PVC區(qū)域及膜厚，計(jì)算得出需要的PVC總量。根據(jù)每臺(tái)機(jī)器人的噴涂流量及可處理時(shí)間和工作效率，可計(jì)算出其可處理的最大量。以上，即可判定PVC噴涂能力是否符合要求。如不符合要求，需額外考慮增加噴涂站(機(jī)器人或人工)或提高機(jī)器人運(yùn)行速度、工作效率等。

提供如下兩種計(jì)算方法：

①

S——單車噴涂面積，m^2/臺(tái)；

δ——干膜厚度，μm；

T——涂料利用率，一般取70%～80%；

NV——涂料噴涂施工時(shí)的固體份參數(shù)，%

n——機(jī)器人數(shù)量；

Q——單車涂料耗量，ml/臺(tái)；

t ——機(jī)器人噴涂時(shí)間，即(生產(chǎn)節(jié)拍-換色清洗時(shí)間)，min；

η——機(jī)器人使用效率，取95%～98%；

k——修正系數(shù)，可取0.8

機(jī)器人噴涂流量根據(jù)設(shè)備型號(hào)、油漆特性及產(chǎn)品質(zhì)量要求不同，上限不同，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際來(lái)確定，以此確定最大可噴涂面積

②

S——單車噴涂面積，m^2；

Of——重疊率，重疊面積為50%時(shí)，Of=2；重疊面積為66%時(shí)，Of=3；重疊面積為75%時(shí)，Of=4；

W——噴幅寬度，m；

t——噴涂時(shí)間， min；

η——機(jī)器人使用效率，取95%～98%；

k——修正系數(shù)，可取0.6-0.9,因噴涂軌跡的不同差異較大；

TCP一般范圍為600~1000mm/s，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)確定最大值，據(jù)此也可確定可噴涂的最大面積。

除分析機(jī)器人的噴涂能力外，由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡都有一定的空間范圍，因此在實(shí)際過(guò)程中，也需對(duì)車身尺寸做匹配分析。比如在噴涂最底部時(shí)，機(jī)器人離地面的距離是否在安全范圍內(nèi)；在噴涂最頂部時(shí)，機(jī)器人的軸向距離能否達(dá)到。

2.涂裝操作通過(guò)性分析

涂裝操作通過(guò)性分析主要指手工操作部分的分析，包括擠膠、堵蓋、遮蔽、阻尼墊鋪設(shè)、油漆噴涂等。

線體的長(zhǎng)度、工位的布置與產(chǎn)能密切相關(guān)，所有的操作必須在限定的節(jié)拍時(shí)間內(nèi)完成，因此，對(duì)于既定生產(chǎn)線，人工操作的總量都有一個(gè)上限，超過(guò)此上限，或者考慮降低生產(chǎn)節(jié)拍，或者考慮增加線體長(zhǎng)度和工位，這涉及到設(shè)備改造和投資。

以涂膠為例，假定產(chǎn)線現(xiàn)有涂膠工位為10個(gè)，生產(chǎn)節(jié)拍為2min/臺(tái)，工作效率為90%，則單車涂膠的理論總工時(shí)為10×2×90%=18min，這包括了涂膠操作的所有過(guò)程：走步、取放槍、開(kāi)關(guān)門(mén)、打膠、刮膠、刷膠、擦膠等。通過(guò)對(duì)新車型待涂膠部位進(jìn)行工位分配、操作分解及優(yōu)化，可統(tǒng)計(jì)出整車涂膠所需工時(shí)，對(duì)比即可判斷是否超出工作總量。如果生產(chǎn)的車型相當(dāng)，還可以簡(jiǎn)單通過(guò)膠條總長(zhǎng)度和產(chǎn)線效率來(lái)判斷是否超過(guò)最大值。

如下圖表為某車型涂膠工時(shí)統(tǒng)計(jì)，通過(guò)計(jì)算得出所需總工時(shí)為19.26min，超過(guò)工位設(shè)計(jì)允許的最大值18min，因此需考慮增加工位，或降低生產(chǎn)節(jié)拍。

參考資料

1.王錫春《汽車涂裝工藝技》

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