汽車總裝工藝及生產管理目錄第1章汽車工業與競爭第2章汽車制造主要過程第3章車身裝配連接工藝第4章汽車涂裝工藝第5章生產運營管理第6章車輛裝配的質量管理第7章運營性能改進汽車總裝工藝及生產管理課程概述本課程是就汽車制造領域方面進行學習，就汽車制造技術和汽車制造管理方面相關知識進行介紹學習。

全教材分為7個章節，主要介紹汽車市場、競爭和汽車制造商業績、以及汽車組裝操作、詳細流程、運營管理和持續改進的方法，就汽車制造中復雜的知識和實踐、汽車制造中成熟的技術和工藝進行介紹。

本課程因選用國外教材，其編制內容絕大部分都以國外車企現狀進行介紹，有些不一定適合國內汽車制造業，另外不少內容都很偏重汽車生產實踐，對沒有車企經驗的人來講，學習有一定難度。汽車工業概述汽車工業經濟運行特點：我國汽車產銷總量已經連續14年穩居全球第一，2022年，盡管受疫情散播頻發、芯片結構性短缺、動力電池原材料價格高位運行、局部地緣政治沖突等諸多不利因素沖擊，但在購置稅減半等一系列穩定增長、促銷費政策的有效拉動下，在全行業企業共同努力下，中國汽車市場在逆境下整體復蘇向好，實現正增長，展現出強大的發展韌性。2022年，汽車產銷分別完成2702.1萬輛和2686.4萬輛，同比分別增長3.4%和2.1%，與2021年相比，產量增速持平，銷量增速下降1.7個百分點。第一章汽車工業與競爭第一章汽車工業與競爭

通過上表可以看出2022年，汽車銷量排名前十的企業集團銷量合計2314.8萬輛，同比增長2.3%，占汽車銷量總量的86.2%，高于上年0.2個百分點。在汽車銷量排名前十位企業中，與上年相比，比亞迪在新能源市場的持續走強，銷量增速最為明顯。廣汽、奇瑞呈兩位數快速增長，長安、吉利呈個位數增長，其他企業則呈不同程度下降。第一章汽車工業與競爭全球汽車制造業現狀

自21世紀以來，世界汽車進入穩步提升階段。美國、歐盟、日本3個傳統汽車制造中心的發展較為平穩，以“金磚四國”(巴西、俄羅斯、印度、中國)為代表的新興汽車市場發展迅猛。受全球金融危機影響，美國、日本汽車制造業在2009年產量大幅下降，而中國汽車產業在政策引導下，產銷量居世界第一。21世紀以來，世界汽車產量基本呈穩步上升趨勢。

據統計，巴西、俄羅斯、印度、中國四國的新車銷量占世界新車總銷量的比例從2004年的17.5%上升到2009年的34.1%，銷量從937萬輛增長至2062萬輛；以美國、德國、日本、法國為代表的傳統汽車市場則顯示出平穩發展的態勢，四國新車銷量之和從第一章汽車工業與競爭2918萬輛下降到2194萬輛，市場占有率從54.6%下降到36.3%。

汽車工業將是擴大內需、支持未來經濟增長的重要力量；汽車工業是產業關聯度高、規模效益明顯、資金和技術密集的重要產業?，F代經濟增長的歷史表明，一個國家，當人均收入達到一定水平后，都會進入一個依賴轎車進入家庭拉動經濟增長的階段。同時，圍繞汽車的服務也將得到迅速發展。發達國家的經驗表明，汽車工業每增值1元，會給上游產業帶來0.65元的增值，給下游產業帶來2.63元的增值。汽車制造單位所具有的四項主要功能是：車輛設計、工程、制造和營銷。第一章汽車工業與競爭設計重點是解決車輛的美學造型、尺寸和功能問題；工程是開發零部件并將它們集成在一起，以實現汽車性能和汽車各個方面功能的設計意圖，如操縱性、燃油效率等。制造涉及所有部件制造到汽車裝配的整個生產過程（也是本課程的重點）。汽車市場的特點汽車市場一般可以分為寡頭壟斷市場和壟斷市場。前者是由少數幾個共同控制大部分市場份額的企業來壟斷；而后者是許多生產商銷售的產品彼此不同，因此他們間不能相互替代。兩種市場特點見課本第5頁，表1-4。

在寡頭壟斷市場，新品牌的進入門檻很高，這些門檻包括制造設施、車輛開發成本和營銷基礎設施。第一章汽車工業與競爭汽車市場競爭的維度汽車市場競爭中存在很多影響因素。最常見的因素有產品創新、高質量、新技術、產品的整體優越性、價格低、創意廣告以及他人忽視的一些競爭優勢。汽車制造商必須為市場帶來一些競爭對手所沒有的新東西。

汽車市場競爭四大屬性：上市時間、價格、質量和多樣性。上市時間是一個關鍵成功因素，加快新車型上市時間會在市場搶占先機，贏得市場份額。新車開發周期隨著新技術的應用，正在逐步縮短，新車開發周期由原來的四年(48個月)縮短至兩年(24個月)。

汽車定價是另外一個重要因素。低定價必須有低成本的工程和第一章汽車工業與競爭制造支持。產量和生產效率的提高對降低汽車生產成本至關重要。

質量意味著滿足或超出客戶的預期。汽車質量可以從多個方面吸引客戶，如創新的造型、改進的性能和有趣的功能。

多樣性與客戶期望的需求有關（個性化）。增加新的獨特功能通常是吸引客戶的有效手段。大批量生產中越來越多的選擇和功能迫使生產規劃和執行者面臨著從傳統的“按庫存組裝”轉為“按訂單生產”。制造系統的靈活性通常會導致操作復雜和投資增加。

上面四個因素的挑戰是市場的不確定性。而不確定性來自內部和外部因素。內部因素包括產品設計變更和制造技術進步，解決這些問題的工具之一就是失效模式及影響分析（FMEA）。第一章汽車工業與競爭外部因素是不在公司控制之中的。如潛在的供應鏈中斷就是一個例證。另外，世界環境也是外部因素。五力模型（Five-ForceModel）邁克爾

?

波特五力模型被廣泛使用。五種力量如下：1）潛在競爭者進入的能力2）購買者的議價能力3）供應商的議價能力4）替代產品的替代能力5）行業內競爭者現在的競爭能力第一章汽車工業與競爭擴展內容：附件是汽車行業競爭結構分析無論五大競爭觀點如何，客戶的基本期望，如良好的產品質量和合理的定價都保持不變。波特的五力模型讓汽車專業人士思考行業的競爭。激烈的競爭會影響行業的增長，并導致生產能力過剩而退出市場。了解市場競爭的原動力和影響因素可以幫助制造商發展并取得成效。第一章汽車工業與競爭1.2制造業競爭和評估生產運營直接影響四種市場需求，即上市時間、價格、質量和品種。市場需求和競爭需求可以轉化為制造成本、質量和生產力，這些很大程度上取決于制造工程和管理方式。1.2.1汽車行業競爭質量和J.D.Power指數覆蓋汽車的不同方面問題，如新車品質、可靠性、性能和設計以及銷售和服務質量。例如，作為最受歡迎的指數之一的新車品質調查（IQS），包括新車使用的前三個月質量信息。如課本9頁表1-7和圖1-4。汽車制造勞動密集型行業。單車工時（HPV）是一種具體的第一章汽車工業與競爭生產能力五力建模和分析見課本第7頁相關內容介紹。生產能力是一個重要的競爭因素。一家汽車制造商的產能通常以大批量生產車型的兩班制生產為衡量標準。由于大批量生產可以抵消開發成本并降低汽車的單位成本，因此近年來汽車的生產能力一直在增長。由于產能過剩必然導致行業的激烈競爭。對汽車制造商來講，產能過剩會影響產量和運營效率。這些必須保持在一定的產量水平，特別是大規模生產車型，以收回工程開發和生產設備的投資。低于滿負荷生產對汽車制造商的財務業績產生不利的影響。通過關閉裝配工廠來降低生產能力是解決產能過剩的一個辦法。工廠數量的減少有助于提高產能利用率。第一章汽車工業與競爭量化勞動生產效率的指標，它定義為制造一輛車所需平均工時。HPV=總工作小時

思考:HPV越大越好，對嗎？HPV受勞動力因素影響，而勞動力分為四類：生產線工人、熟練技工、技術人員和多功能工程師以及管理和行政人員。HPV不僅要考慮生產中的直接勞動力，也要考慮間接人工時間，包括工程和管理。課本10頁，表1-8列出HPV計算的細節及其影響因素。

間接因素都會對HPV產生不利影響。常見的因素包括設備故障、零件設計問題、零件延期交付、質量問題產生的返工、人力短缺造成的啟動問題、內部斷電、計算機系統故障，以及各種原因引起的生產線中斷或空閑等。這些因素增加了人力需求和/或減少了產量。上述問題大部分都是可以預防的。車輛生產總數第一章汽車工業與競爭1.2.2汽車制造商業績評估汽車制造商的業績可以通過多種形式進行衡量。如市場分額和金融指標常用來衡量其整體業績。1.2.2.1公司總體業績TCP（TotalCompanyPerformance,TCP）是對汽車制造商的全面評估。TCP是根據收集到的公開信息從五個維度來評估汽車制造商的業績。五個維度是：市場收入，供應鏈有效性，勞動生產率，勞動成本和資本業績。注：供應鏈有效性（有效性供應鏈）是以最低的成本將原材料轉化成零部件、半成品、產品，并以盡可能低的價格有效地實現以供應為基本目標的供應鏈管理系統。

第一章汽車工業與競爭勞動生產率：指勞動者在一定時期內創造的勞動成果與其相適應的勞動消耗量的比值。影響因素有人、技術、管理、生產資料和自然條件等。1.2.2.2消費者報告雜志

《消費者報告》CustomerReport雜志（簡稱CR）擁有超過700萬訂閱者。CR對汽車評估有四個主要因素，分別是：道路測試、可靠性、安全性和車主滿意度。道路測試涵蓋了燃油經濟性、事故避免、乘坐質量/NVH（噪聲、振動、聲振粗糙度）、日常操控、內飾及外觀和出入通道等。

綜合上述四個指標，CR提供全系車型和單個車型的總體評分。得出相關車型的在消費者滿意程度。第一章汽車工業與競爭1.2.2.3其他指標

另一個指標基于客戶訪談分析。如客戶滿意度指數（ACSI）通過衡量顧客期望、感知質量和感知價值來直接定義顧客對特定產品或品牌的忠誠度。汽車制造商的業績也可以在財務和供應鏈管理方面進行評估。在財務方面，收入、現金流和資產負債表是重點。

上述專業和第三方評估結果對外開放。其中，CR對消費者購買決策最具影響。從客戶的角度來看，最重要的影響因素是汽車的燃油經濟性，耐用性和可靠性、駕駛舒適性、安全性、外觀造型等。在這些因素中，汽車的質量和價格是受制造影響的兩個最重要的差異因素。第一章汽車工業與競爭1.3商業戰略1.3.1戰略基礎1.3.1.1三層戰略戰略是企業或部門基本的長期目標。戰略可以在組織的三個層面開發和部署。它們分別是公司、部門和運營。見課本12頁，圖1-6戰略層關系。公司層面戰略定的都是宏觀方面，不具體。如公司目標包括成長、利潤、市場份額、員工政策、環境政策等，是企業的愿景。業務部門其戰略主要處理如何利用可用資源對給定業務中的競爭對手形成競爭優勢。作為主要部門，它們的戰略通常需要直接與公司的目標和競爭力息息相關。

運營戰略更為具體，應該作為長期政策和計劃加以衡量。對制第一章汽車工業與競爭造業來講，其運營戰略需要解決的問題包括制造能力，新技術的使用、質量保證、工藝選擇、生產計劃和執行、組織和人員等。1.3.1.2通用戰略

商業領域有兩種基本類型的競爭：成本領先和產品差異化。成本領先是確定一個相比競爭對手更低的產品價格，可以在以下特定條件下實施：*價格競爭激烈。*產品標準化或產品供應商較多。*可以實現差異化為客戶創造價值的方法有限。*大多數客戶以相同的方式使用產品。*客戶承擔較低的轉換成本。第一章汽車工業與競爭*行業新進者使用廉價的價格吸引客戶并建立客戶群。產品差異性需要創造與競爭對手相比具有獨特性和價值的產品和/或服務。這種卓越的產品或服務具有使客戶支付溢價的非價格屬性。成功的產品差異化戰略可能會使新產品從主要基于價格競爭轉向非價格因素競爭。

除了成本領先和產品差異化外，還有專一化戰略。專一化戰略涉及狹窄的產品線、買家細分市場和目標地域市場。這一戰略可以通過奢侈品牌和車型的產品差異化獲得優勢，以及通過普通品牌和車型的產品差異化和成本領先而獲得優勢。

實際上，大多數公司同時采用競爭優勢和營銷目標。

第一章汽車工業與競爭1.3.1.3戰略特點

一個成功的企業戰略的基本因素是對市場需求、趨勢和企業競爭力的充分理解，關鍵是如何保證戰略和能力之間的適當匹配。此外，還要考慮的因素還包括成本（定價）、質量、時間（交付、新產品上市）和產品種類。1.3.2汽車制造商戰略討論1.3.2.1汽車制造商戰略

低成本戰略可以有效吸引對低端汽車感興趣的客戶。也就是汽車市場的價格戰。這種低成本戰略或高激勵措施必須得到低設計成本和低制造成本的支持。而低成本戰略的實施往往是在材料和勞動力方面消減成本。

第一章汽車工業與競爭汽車總裝工藝及生產管理產品差異化戰略可以應用于很多方面，如高質量和按期交貨。制造商都希望在這些屬性中表現突出，如造型、功能和服務。在汽車工業中，產品差異化戰略總是有應用的空間（如在同一平臺下，開發的不同形式的車型）。1.3.2.2公司戰略案例研究

以美國福特汽車為例。2002年至2003年之間出現財務危機，2008年再次出現巨額虧損，但在2009年至2010年間，福特公司在國內經濟危機期間表現出色，保持盈利。而這一變化歸功于福特內部變化，即領導力、戰略和戰略實施。自從2006年9月福特新當選的首席執行官CEO艾倫.穆拉利所推導的以“少即是多”觀點取代之前多年的“越大越好”的觀點。在穆拉利領導下，福特關閉工廠、裁崗、裁員、提高工廠生產力，出售了豪華的汽車集團（如沃爾沃），在全球范圍內平衡福特資產，重新聚集福特品牌等。穆拉利先生稱這個戰略愿景和行動為“一個福特”。除此之外，福特還特別注重汽車質量，這些努力是富有成效的。另外一個案例就是韓國現代汽車。現代汽車1986年進入北美市場，從那時起，它的市場份額不斷提高。開始現代汽車是以極低的價格為美國市場提供低端車型。自1999年，新領導層將戰略從數量轉為質量?，F代品牌也由2001年的37個品牌中排名第32位，到2015年在34個品牌中排名第4位。現代汽車改變了定位戰略，成為高質量的汽車制造商并進入奢侈品市場?，F代汽車和起亞汽車在美國市場的市場份額從1999年約1%增加到2015年的7%。其實國內很多自主品牌車企也是走的類第一章汽車工業與競爭似方式來占領市場的。1.3.2.3制造戰略

制造戰略是以構建成本、質量、交付時間、靈活性之間的平衡為目標。影響這些目標的關鍵因素包括制造系統和設備開發、工藝規劃、生產控制、產品工程、組織和管理，以及勞動力和人員配置。制造戰略包括"制造"或"購買"部件的戰略和決策、工藝流程、靈活程度、新技術的應用、組織基礎架構和結構以及性能測量等。例如，福特制造系統的管理和開發，稱為福特生產系統(FPS)。它是所有福特制造業務的戰略，包含一系列原則，如持續改進、精益生產、零浪費/零缺陷、優化產能及使用總成本來提高性能。

相應地，FPS有7個戰略領域。見表1-15。為了強制實施，第一章汽車工業與競爭福特使用記分卡定期評估制造業務，并根據每年從記分卡得出的目標對所有制造業員工的表現進行評估。同時制造戰略與戰術之間似乎也沒有明確的界限，如圖1-9所示。例如，制造自動化被認為是一種戰略，因為它從自動化水平上引導制造決策，這會影響許多因素。它們包括機器人的應用、自動第一章汽車工業與競爭化和傳感器應用的水平、重要的初始投資、維護、運營管理和人員培訓。持續改進的思維方式和實踐也常被稱為戰略。其他一些戰略，如及時性可能被視為戰術指導方針?，F有業務的制造戰略往往側重于改進，這樣的戰略可稱為持續改進戰略。例如，精益制造持續強調這種改進戰略的實施。持續改進戰略可以應用于任何主題，小到具體的作業水平優化，大到機構的愿景和能力優化。第一章汽車工業與競爭本章小結本章就汽車工業與競爭相關的知識點進行介紹。對汽車行業競爭、汽車制造商業績評估和商業戰略等方面涉及到內容進行學習。課后可以去參閱一下汽車方面相關資料來加深理解。第一章汽車工業與競爭第二章汽車制造主要過程2.1.1汽車主機裝配廠簡介汽車制造過程包含四個主要部門:鈑金沖壓、動力總成制造、內外飾部件制造、車輛裝配（注：國內一般是沖、焊、涂、總）。前三個部門為車輛主機裝配廠提供零部件和子裝配體，然后由主機裝配廠將它們裝配成汽車成品。因此，汽車制造公司將主機裝配廠視為車輛制造的中心。車輛主機裝配廠擁有一個龐大、復雜的生產系統，包含三個主要的車輛裝配工藝:車身焊裝、車身涂裝、總裝。這三個工藝的實施過程是在同一廠區相互毗鄰的車間內進行，圖2-1所示為現代汽車公司(Hyundai)于2005年在美國亞拉巴馬州建造的第一座汽車2.1汽車制造概述第二章汽車制造主要過程裝配廠

。汽車裝配廠規模宏大，占地面積一般為200萬-300萬m2

(18.58萬-27.87萬m2)，其初始投資資金需要10億-15億美元。假設工廠按照兩班制輪崗，需要配備3000個工人，在8小時工作制的情況下，日均生產車輛約1000輛，每年累計生產車輛約26萬輛。

第二章汽車制造主要過程在汽車裝配廠附近，零部件供應商一般會設立專門部門來生產沖壓鈑金件、發動機和變速器等主要零部件，以便供給裝配廠。沖壓件和動力總成以往是由車輛制造公司的獨立部門制造提供，但近幾年越來越多的車輛制造公司將其一并外包給供應商生產。此外，供應商還供應諸如車輪、玻璃、座椅和電子部件等零部件。下面是常見汽車工廠總平面布置形式。

第二章汽車制造主要過程第二章汽車制造主要過程2.1.2汽車制造流程

一般從車輛制造流程的持續性與穩定性角度出發，將車輛制造流程主要分為以下五個部分：

1.工藝流(及在制品)

工藝流是可見的，故經常被用于車輛制造工藝分析中。2.信息流

制造系統中的信息可以分為三類:控制、指令、信息。3.材料和零件流

在生產車間內，材料和零件的傳輸及交付過程較為復雜。物料的接收、搬運及相關管理統稱為入廠物流，用來支持車輛裝配制造，滿足生產需要。第二章汽車制造主要過程

4.工人及其作業流

在車輛裝配作業中，工人需要以不同的方式進行移動。他們可能需要圍繞車輛來回走動以完成指定的工作任務；也可能靜止不動，通過移動手臂來進行作業。5.工程活動流

車間的工程工作重點在于解決產品質量、產量和對新車型投產提供支持方面的問題。2.1.3汽車裝配工藝流程汽車裝配廠由三個主要車間組成，分別是車身焊接(車身車間)、車身涂裝(涂裝車間)和總裝(總裝車間)。如圖2-2所示為汽車制造工藝流程圖。第二章汽車制造主要過程圖2-2汽車制造的整個工藝流程圖第二章汽車制造主要過程車身車間的總體布局由串行連接的裝配線組成，并在相應關鍵位置處供應各種形狀和尺寸的車輛于裝配體，再利用焊接、膠合、鉚釘等連接技術裝配這些組件，搭建得到車身，然后送至涂裝車間。在涂裝車間內，車身要完成六個主要工序:表面清潔和磷化處理、電泳、密封、底漆、色漆、清漆。從涂裝車間出來后，涂漆車身與其他部件在總裝車間內進行總裝?？傃b車間通常分為底盤線、內飾線和終裝線。終裝線之后，需要對車輛的功能和品質進行各種調試與檢測。第二章汽車制造主要過程2.2汽車裝配主要過程2.2.1車身焊裝2.2.1.1汽身裝配概述

車身車間內的主要制造工藝是焊接，因而一些車輛制造公司將車身框架裝配稱為“車身焊裝”。車身焊裝是車輛裝配的第一個主要過程，其目的是將車身的所有部件精確地連接在一起。第二章汽車制造主要過程2.2.1.2車身裝配工藝流程車身車間的工藝流程很大程度上取決于車身結構，最常見的結構稱為整體車身，即組合車身。在這樣的結構中，車身被設計成一個單一的結構單元。所有的面板被接合起來，形成一個完整的車身結構。對于整車而言，其主要子裝配體是一個下車身和兩個車身側圍。首先將它們單獨進行制造，并精確地裝配在一起，之后與弓形支撐件一起組成車身，再添加車頂子裝配體。第二章汽車制造主要過程車身工藝流程因車身設計而異。一種方式是，車身側圍可以設計為兩個子裝配體:車身外側子裝配體和車身內側子裝配體，通過裝配組成完整的車身側圍，然后與下車身組合構成完整車體。另一種方式是，先將車身內側和下車身構造成車身框架，再將車身外側子裝配體添加到車身框架上。

圖2-5另一種組合車身裝配流程第二章汽車制造主要過程2.2.2車身涂裝2.2.2.1涂裝流程概述

車身涂裝是車輛裝配的第二個主要過程。涂料是應用于車身表面的材料，不僅用于裝飾，還能提高車身的耐久性、耐腐蝕性和防剝落能力，確保車身表面長時間不受損傷。除了用于車輛的外觀和顏色外，涂料還可以防止腐蝕并提高車輛性能，如噪聲、振動和聲振粗糙度(NVH)。

汽車涂裝車間作業通常由六個主要工藝組成：磷化、電泳、密封、底漆、色漆、清漆。第二章汽車制造主要過程2.2.2.2主要涂裝工藝

涂裝工藝的第一道工序是磷化處理。經車身車間組裝得到的車身需要進行清潔處理，以去除殘留在表面的沖壓復合物、油污、污垢和其他污染物。磷化階段是一種化學處理過程，為涂裝工藝奠定基礎，提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力。圖2-6車身浸泡工藝第二章汽車制造主要過程電泳(E-coat)是下一道工序，它使用電沉積原理在磷化層上涂覆底漆層，提高車身性能和經濟效益。經過電泳處理后，將車身送入固化爐以固化涂膜獲得最佳耐久性，并為下一個涂層做好準備。固化爐：第二章汽車制造主要過程經過電泳后，下一道工序通常是密封。涂裝車間的密封過程可以設計為在車身車間密封的基礎上進行雙重密封。然后，車身將再噴涂三層涂層，即底漆、色漆和清漆。涂裝工藝的下一階段是面漆(色漆)。面漆是一種高度著色的色漆，由機器人噴涂于車身上，然后在其上涂一層清漆，以獲得高光澤度和拋光度。機器人噴漆過程：第二章汽車制造主要過程2.2.3總裝2.2.3.1總裝工藝流程總裝是車輛裝配的最后一個主要作業過程。汽車總裝配工藝包括若干個裝配工段、數百個工序?？傃b通常分為內飾裝配區、底盤裝配區和最終裝配區，以及最終的測試和檢測。由于裝配任務量大，每個裝配區可能會分解成幾條裝配線。研究和確定汽車由零部件、總成形成整車的過程中所需的方法、手段、條件并編制為文件的工作，叫做汽車總裝配的工藝設計。第二章汽車制造主要過程為了使汽車總裝工藝能高效有序的進行，汽車總裝工藝的設計應遵循如下原則：1）人、零件、汽車整車無交叉物流路線原則

2）以人為本工藝設計的原則3）工位時間均衡原則4）柔性化原則5）經濟性原則6）節能降耗原則7）總裝工序集中與分散相結合的原則第二章汽車制造主要過程目前常見的總裝工藝布局型式主要有S形、T形及U形等三種形式。S形：第二章汽車制造主要過程T形：第二章汽車制造主要過程U形：第二章汽車制造主要過程2.2.3.2總裝作業

汽車總裝已普遍采用準時制拉動式生產方式JIT（just-in-time的縮寫），即以看板管理為手段，采用“取料制”，即最后一道工序依據市場需求進行生產，對本工序在制品短缺的量，從前道工序取相同的在制品量，從而形成全過程的拉動控制系統。這種“拉動式”逆向控制方式，把由于企業劃分所形成的、相對孤立的工序生產同步化地銜接起來，從而有效地制止了盲目過量生產，大幅度減少了在制品的數量，提高了生產效率和生產系統的柔性。為此需根據企業的經營方針和市場預測，制定年度計劃、季度計劃以及月度計劃，然后據此制定出日生產計劃。第二章汽車制造主要過程2.2.3.3總裝作業的特點

裝配作業可以是自動操作或人工操作。安裝過程包含幾個步驟，可以是人工作業或機械作業。例如，裝配廠從外部供應商接收儀表板(I/P)模塊，將其移動到安裝的指定位置后，集中定位在車身的銷釘上。然后，將儀表板模塊通過兩個緊固件連接在車身兩側的A柱上。先轉動外側螺母，使儀表板模塊朝著A柱轉入，直到其停靠在金屬板上的適當位置。最后，用內側螺母將儀表板模塊擰緊并固定到位。所有操作都應在生產節拍內完成，大批量生產的生產節拍約為45~50s。汽車總裝的整體工藝流程和單個作業是由車輛設計和組成決定的。因此，總裝的工藝流程因動力傳動系統和部件的不同而不同。顯然，總裝后的測試檢測也是不同的。第二章汽車制造主要過程2.3汽車零部件制造2.3.1鈑金沖壓2.3.1.1沖壓工藝概述鈑金成型為車身裝配提供部件。在沖壓車間內，金屬板卷材和毛坯板被制造成各式各樣的車身輪廓部件。沖壓工藝分類：沖壓工藝根據通用的分類方法,將沖壓的基本工序分為材料的分離和成形兩大類,每一類中又包括許多不同的工序（如彎曲、卷圈、拉深、翻孔、翻邊等）。第二章汽車制造主要過程成形工序第二章汽車制造主要過程分離工序第二章汽車制造主要過程2.3.1.2典型沖壓工藝鈑金以卷材或平板的方式供應，故沖壓作業從沖切開始。沖切是根據最終零件尺寸和后續成型工藝要求來切割毛坯形狀，如圖2-13所示。圖2-13沖壓工藝中的毛坯切割第二章汽車制造主要過程車身部件的形狀和外形比較復雜，所以沖壓過程需要多個階段來實現部件的最終成型，此過程包含三種典型成型工藝，即串聯式沖壓、傳遞模沖壓和級進模沖壓。

串聯式沖壓是生產線上有一系列的沖壓工位，每個成型或切割鈑金的工位都有一個沖壓模具。與復雜模具相比，串聯式沖壓工藝的主要優點是成本低，并且能夠沖壓幾何形狀更復雜的零件。然而，對于大型部件，串聯式沖壓工藝的生產率約為每分鐘15~20件，與其他沖壓工藝流程相比速度較慢。

傳遞模沖壓是在大批量生產時，零件會從一臺沖壓機傳遞到另外一臺沖壓機。一條生產線上的傳遞模不僅間隔距離相等，而且是在時間上同步的。傳遞模沖壓的獨特性在于其部件行走導軌系統。第二章汽車制造主要過程

級進模沖壓是多級成型工藝。在級進模沖壓生產線上的每個工位，都需要完成特定的成型，因而鋼帶輸送機必須精準前進，以確保零件從一個工位傳遞到下一個工位的時間是一致的。工藝線上的進料系統推動卷材展開送料。級進模沖壓的常見流程包括拉深、切邊和沖孔，其中零件切邊是最后一步。切邊邊緣誤差通常在±1.5mm的公差范圍內。級進模沖壓生產線的生產速度可達到每分鐘30~40個零件。由于級進模沖壓的高生產率，因而常用于大批量車型的生產中。但是，由于該生產線的級進性質，沖壓過程通常更適用于中小型零件。圖2-14所示為一個小型車身部件的沖壓過程。第二章汽車制造主要過程液壓成型是一種特殊的成型工藝，采用直管或預彎管制造框架部件。在這個過程中，空心管被放置在模具中并注入高壓水。高壓水使管壁變形，向外膨脹，直至充滿模腔，如圖2-15所示。圖2-14級進模沖壓流程示例2.3.1.3液壓成型工藝圖2-15管式液壓成型工藝流程第二章汽車制造主要過程圖2-16薄板液壓成型工藝圖液壓成型的關鍵是成型的反壓力。事實上，液壓成型工藝也可用于鈑金件生產。雖然生產速度較慢，但與傳統的沖壓工藝相比，它可以制造形狀更復雜且更薄的零件。液壓成型原理如圖2-16所示。第二章汽車制造主要過程所有能夠“冷”成型的金屬都可以進行液壓成型，包括不銹鋼和高強度合金。例如，圖2-17所示為液壓成型的鋁制發動機艙蓋內板。圖2-17液壓成型薄板第二章汽車制造主要過程2.3.2動力總成制造車輛動力總成通常由發動機、變速器、傳動軸和差速器等組成。懸架和排氣系統通常被認為是動力總成的一部分。有時動力總成僅僅指發動機和變速器，因為從車輛功能和科技進步的重要性角度來說，它們是核心部件。除發動機和變速器的其余組件構成動力傳動系統，它們通常分類為前輪、后輪或四輪驅動。動力總成技術的演化和革新是車輛升級改進的主要關注點，如電池、混合動力和燃料電池的技術研究。第二章汽車制造主要過程動力總成制造包括部件制造和組裝作業。除電池制造外，動力總成制造過程包括壓鑄、計算機數控(CNC)加工、熱處理、組裝（剛性、小部件）以及相關檢查測試。發動機制造的主要過程如圖2-18所示，人工裝配作業示例如圖2-19所示。發動機缸體采用高壓鑄造。鋁錠在熔爐中熔化后，進入壓射缸并被注入模具，然后在高壓下關閉模具。鑄造完成后，打開模具，缸體成型完成。對于氣缸蓋生產，采用低壓鑄造工藝，制造過程使用低壓空氣將熔融鋁注入模具中。這些模具和砂芯插入件一起配合使用，用于氣缸蓋的內部結構成型。氣缸蓋冷卻后，拆除砂芯得到成型的氣缸蓋，然后進行熱處理以實現材料硬化。第二章汽車制造主要過程圖2-18發動機的典型制造工藝流程第二章汽車制造主要過程對鑄造缸體和氣缸蓋進一步進行機械加工。如切削、銑削、鉆孔、鏜削、珩磨和擴孔作業等。機械加工的下一道工序是裝配，將機械加工后的發動機缸體、氣缸蓋以及其他部件等進行組裝。與復雜產品的裝配類似，裝配過程一般從子裝配體或小模塊開始。這些圖2-19人工裝配作業第二章汽車制造主要過程子裝配體在不同裝配線上現場完成，如安裝在缸體上的曲軸和油盤，以及內置在氣缸蓋上的彈簧和閥門。在最后的階段，各組件組裝成完整的發動機。類似地，變速器的總體工藝流程如圖2-20所示，表2-4給出了簡要說明。單個部件，如齒輪、殼體、軸等，需要不同的機械加工工藝。另一些部件，如密封角撐板和緊固件，通常由外部供應商提供。第二章汽車制造主要過程第二章汽車制造主要過程圖2-20變速器制造工藝流程第二章汽車制造主要過程2.4汽車制造的獨特性2.4.1汽車制造業的系統思維

系統思維是一種將對象視為整個系統的一部分的方法，而不是獨立于系統僅關注于特定部件。分散思維則只考慮某些過程細節，不考慮其他因素和部件。系統思維有助于從不同角度，如轉換觀點、功能觀點和績效觀點等，更好地理解汽車制造。2.4.1.1轉換觀點

制造系統的目的可以定義為將產品（汽車或裝配體）交付給其他外部客戶。在交貨期內以最少的資源和成本滿足產品功能和質量。第二章汽車制造主要過程2.4.1.2功能觀點

制造系統也可以看成是為最終客戶提供具有各種組織良好的增值活動和功能的網絡。制造為汽車制造公司及客戶增加了價值。2.4.1.3績效觀點

生產績效評估可以作為系統思維看待制造的實例。在汽車裝配圖2-21汽車制造系統觀點第二章汽車制造主要過程制造中有兩種常見的調整生產時間的做法：在制造系統運行良好時，根據市場需求改變生產時間以改變產量；通過加班來彌補由于質量問題、機械停機等原因造成的生產損失。圖2-24所示兩種情況的對比。圖2-24產量和加班生產成本第二章汽車制造主要過程績效評估應該考慮相關成本而不僅僅是產量。單位成本是考核生產運營績效的較好指標，它不僅考慮了產量，還考慮了相關成本。為了解經濟影響，重點要研究材料、勞動力、設施、管理費用等成本因素與生產量和工作時間的關系。從市場需求和利潤率方面考量加班是否具有經濟合理性。2.4.1.4汽車裝配子系統

汽車裝配廠擁有一個龐大的系統。作為一個復雜的系統，它可以分為多個層次，稱為子系統。通常，將系統看成子系統的集合。而子系統則由子子系統或部件組成。汽車裝配作業從車身框架到涂裝，再到總裝，每個車間又分為很多層次。如圖2-25所示。第二章汽車制造主要過程圖2-25汽車裝配和工藝流程的層次結構第二章汽車制造主要過程2.4.2汽車制造的特點2.4.2.1制造工藝的類型

總體來說，汽車制造過程有四種基本類型：

單件生產：據客戶的需求提供不同規格的單件或小批量生產；

批量生產：按批次生產不同的產品；

重復生產：重復生產一個或幾個高度標準化的產品；

連續生產：生產高度一致的產品。

實際上，生產量決定了工藝流程的類型。表2-6是生產量與工藝類型之間的關系。

在工藝水平上，生產量決定制造的主要特征，如自動化水平。表2-7定性比較了這些特征。第二章汽車制造主要過程第二章汽車制造主要過程圖2-26汽車裝配制造的類型和趨勢汽車制造業以大批量生產模式生產車輛，其規模經濟效益良好。其產品種類與生產批量間的關系見圖2-26.產量與品種成反比。

車身組件通常批量生產，車身組件重復生產，并且部件沖壓線可能需要每天變換，以適應不同部件。一系列發動機部件基于成組技術分配給加工線，根據不同的尺寸，形狀和零件進行配置，切換機床和刀具。第二章汽車制造主要過程附：成組技術的核心是成組工藝，它是把結構、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族(組)，按零件族制定工藝進行加工，從而擴大了批量、減少了品種、便于采用高效方法、提高了勞動生產率。零件的相似性是廣義的，在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性，以基本相似性為基礎，在制造、裝配等生產、經營、管理等方面所導出的相似性，稱為二次相似性或派生相似性。成組工藝實施的步驟為:①零件分類成組；②制訂零件的成組加工工藝；③設計成組工藝裝備；④組織成組加工生產線。成組技術所研究的問題就是如何改善多品種、小批量生產的組織管理，以獲得如同大批量那樣高的經濟效果。第二章汽車制造主要過程成組技術的基本原則是根據零件的結構形狀特點、工藝過程和加工方法的相似性，打破多品種界限，對所有產品零件進行系統的分組，將類似的零件合并、匯集成一組，再針對不同零件的特點組織相應的機床形成不同的加工單元，對其進行加工，經過這樣的重新組合可以使不同零件在同一機床上用同一個夾具和同一組刀具，稍加調整就能加工，從而變小批量生產為大批量生產，提高生產效率。第二章汽車制造主要過程2.4.2.2汽車制造過程的討論

此外，汽車裝配作業較為獨特。表2-8列出了汽車裝配的輸入、輸出、工藝類型、產品種類和自動化水平，其中，工藝自動化水平和產品種類相關聯。正如在第一章中的討論，汽車裝配所需的勞動力是制造成本和市場競爭的關鍵因素。在裝配廠中，就勞動力而言，總裝人工作業是主要的人力資源消耗。高產量車型的車輛裝配作業的勞動力水平（每輛車需人工小時數）也在表2-8中列出。

除了主要的組裝工藝之外，還有一些常見的工藝或功能，如物料管理和質量檢查，這些存在于所有制造運營中，在后續的章節中將對它們進行討論。第二章汽車制造主要過程制造系統布局有三種基本類型：固定位置、面向產品、面向工藝。其他類型布局包括單元、倉庫以及零售／服務布局。由于大批量生產且品種少，車輛裝配過程是重復性的。在面向產品的布局下，所有的設備和組裝作業以及部分物流都以產品架構、功能和規格為基礎來排布。因此，車輛裝配制造的系統布局在車身車間和總裝車間都是以產品導向的布局形式存在。例如，玻璃安裝被分配到特定裝配線上的專用工位。通過基產品的布局，組裝工作分為更小的任務。通過平衡工作量，所有任務合理分配給各工位，從而獲得高效流暢的生產線。面向產品的布局限制了增加產品種類和產量變化的靈活性。工藝和設備一旦確定就很難改變。為了實現更好的制造靈活性，面向第二章汽車制造主要過程向產品的布局設計中工藝和設備設置必須具有一定的靈活性。

值得注意的是，涂裝車間的布局基于特定工藝流程，如磷化、電泳、密封、底漆、色漆和清漆。在涂裝作業中，車體框架是不帶任何組件噴漆的。因此，汽車裝配廠中的涂裝車間是面向工藝的布局，即面向在每條裝配生產線和工位上的工藝。在面向工藝的布局設計中，設備使用率高，工藝流程具有高靈活性。第二章汽車制造主要過程本章小結：

從系統觀點簡要介紹了汽車制造的流程、總體操作和特征。在后面的章節中將詳細討論這些工藝、運營管理、質量管理和運營持續改進等內容。第二章汽車制造主要過程汽車車身焊接工藝第三章車身裝配連接工藝車身的焊接方法

圖3-1轎車白車身結構第三章車身裝配連接工藝3.1電阻點焊圖3-2點焊原理圖第三章車身裝配連接工藝圖3-3點焊焊接前后對比第三章車身裝配連接工藝圖3-4點焊的四個過程

由焦耳第一定律可計算產生的熱量：式中，k為產生熱量的比例系數，k=0~1;I為電流(A);V為電壓(V);R為焊接電阻（Ω）；

t為電流流過工件的時間（s）

。第三章車身裝配連接工藝焊接產生的熱量與電阻成正比。在焊接工藝的初始階段電阻分布如圖3-5所示。各金屬板工件的連接處有電阻最大值(R1)因此金屬熔化從連接處開始，而工件和電極之間產生的熱量被電極內部的水流迅速冷卻。圖3-5焊接前的電阻分布汽車總裝工藝及生產管理表3-1列出了作為起點的電極壓力值。在表格中，厚度(有時稱為受控金屬厚度)是指金屬板中第二厚的板材。例如，在兩層金屬板的情況下，受控金屬是較薄的那層。第三章車身裝配連接工藝3.1.2電阻點焊工藝的特征3.1.2.1電阻點焊的工藝參數電阻點焊的主要工藝參數是：焊接電流、電阻、焊接時間、焊接壓力、電極和電極頭、焊接工件等。其中影響最大是前三項。

表3-2列出了典型的電流和時間參數。其中時間單位周期是交流頻率的倒數，如果交流頻率為60Hz，則周期為1/60s(0.0167s)。對于不同類型的鋼和涂層，參數略有不同。例如，完整的焊接可以有10個周期的預壓時間和5個周期的休止時間，這應該在工藝參數設計時予以考慮。第三章車身裝配連接工藝基于試驗數據建立的“焊接工藝窗口圖”是一種廣泛使用以顯示焊接性和焊接參數的方法，如圖3-6所示，該方法是工業應用的第三章車身裝配連接工藝良好參考。焊接參數應在“無/小熔核”和“噴濺”之間的范圍內選擇，因此焊接工藝窗口圖的寬度意味著給定條件下的焊接工藝范圍。在工廠中看到焊花飛濺，就意味著焊接參數接近或超過其“上限”，會對焊接質量產生不利影響。圖3-6焊接工藝窗口第三章車身裝配連接工藝3.1.2.2鋼與鋁焊接由于車輛輕量化的需求，超高強度鋼和鋁越來越多地用于車身材料中。超高強度鋼焊接存在焊縫可能會以界面斷裂的獨特模式失效的問題。由于靜態峰值載荷和能量吸收，界面斷裂會降低焊接性能，使超高強度鋼的優勢大打折扣。另外，超高強度鋼的電阻點焊工藝不如傳統鋼穩定，如對于相變誘導塑性鋼這種超高強度鋼，它的焊接工藝窗口圖較窄。對于超高強度鋼焊接，較短的保持時間(5個周期)有利于降低焊接凝固時的冷卻速率?？傮w而言，超高強度鋼的電阻，點焊周期時間比普通鋼的更長。

由于鋁的材料特性，其電阻點焊比鋼更難。例如，鋁合金的電導率和熱導率約為鋼的3倍，鋁合金的熔點(約660°)遠低于鋼的熔點第三章車身裝配連接工藝(約1540°）。

適用于鋁電阻點焊的工藝流程指南已經制定。與之前的推薦值相比,該指標可以使總體焊接電流和壓力降低約10%，建議電極表面直徑不大于預設焊點尺寸的1.15倍(或5，其中t是以mm為單位的最薄金屬的厚度)。焊接電源及相應的控制技術也有了顯著進步。例如，現在被廣泛使用的中頻直流電源，其原理是將三相輸入電源通過全波整流轉換為直流，然后通過逆變器“截斷”為高頻(1000Hz)。與傳統交流相比，中頻直流具有在毫秒級反饋控制響應時間快，并且所需的焊接電流更小的優點。此外，對于大多數鋼材，中頻直流電源能夠適應更寬范圍的焊縫，因此中頻直流電源更加可靠。第三章車身裝配連接工藝圖3-7交流和中頻直流的焊接工藝窗口第三章車身裝配連接工藝由于中頻直流電源焊接對鋁合金的表面條件不太敏感，因此其更適用于鋁合金板件的焊接。據報道，中頻直流電源具有較長的電極壽命，但電極損耗不均勻，負極損耗快于正極。中頻直流電源可以用更少的能量產生更大的焊縫(交流電源效率為26%，中頻直流電源效率為37%)。使用中頻直流電源的另一個優點是其變壓器更小、更輕，從而減小了機器人的負重。但缺點是中頻直流電源的電源成本高于交流電源。3.1.2.3電流和電極壓力的影響

焊接控制的一種新方法是在焊接過程中改變電流和電極壓力。電流可以變為幾個脈沖，如圖3-8所示。多脈沖工藝流程的關鍵特征是其冷卻時間間隔。脈沖之間的冷卻時間有利于熱量傳導，因此

第三章車身裝配連接工藝，可以增加焊接工藝窗口圖的噴濺極限。此外，多脈沖可用于焊點形成和凝固過程中的溫度控制。在多次脈沖流程中，不同的脈沖具有不同的焊接電流，這有助于提升某些超高強度鋼的焊接魯棒性。所有的脈沖控制都會引起金相的變化，如在單個脈沖中，對于三層厚為8mm的高速鋼，焊接時間可能需要25個周期脈沖。但是，如果使用三個7周期脈沖，三層高速鋼板焊接時將有更大的焊接熔核，電極壽命也將更長。電阻點焊工藝的自適應控制是另一種新方法。自適應控制方法的原理是:當工藝條件明顯偏離最佳參數時，使用預先制定的焊接條件作為參考實時調整工藝參數。通過這種方式，可以自始至終地產生良好的焊縫，疊加金屬板的最佳焊接條件校準需要耗時30mino第三章車身裝配連接工藝圖3-8電流脈沖和壓力鍛造據報道，以每天以每天生產800個焊接車身的兩班制生產，基于此標定的焊接條件，焊接質量會在長達一年半內保持不變。3.1.3電阻點焊設備

3.1.3.1焊槍電阻點焊焊槍的主要部件包括槍體、驅動機構、控制器和變壓器(圖3-9)。槍體的結構在尺寸和形狀方面有所差異，以便進入不同的指定區域焊接。電阻點焊焊槍既可以安裝在機器人或固定支架上，也可以人工操作。焊槍設備最重要的創新是伺服電機驅動。由于采用了電子控制，伺服電機驅動的焊槍具有許多先進的功能，可以改善電阻點焊性能。使用伺服焊槍的一個顯著優點是避免了鈑金件的錘擊和彎曲效應，這對提升車身的尺寸質量有益。如圖3-10所示，使用伺服焊槍的另一個優點是生產率高，因為伺服電機需要較少的預壓周期第三章車身裝配連接工藝時間來達到所需的電極壓力。此外，伺服電機驅動的焊槍提供了新的技術特點，包括工藝監控、電極磨損補償、可變壓力設置以及焊接過程中的壓力控制和變化。圖3-9用于機器人焊接的電阻焊槍第三章車身裝配連接工藝圖3-10氣動焊槍和伺服焊槍的電極壓力曲線第三章車身裝配連接工藝3.1.3.1電極帽

各電極帽區別很大，如材料、端面直徑以及安裝連接方式等，圖3-11所示為一些常見的類型。根據板材厚度的不同，鋼制鈑金零件電極帽的常用端面直徑為1/2in（12.7mm-細電極帽）和5/8in（15.9mm-粗電極帽）。圖3-11電阻焊接電極帽第三章車身裝配連接工藝電極帽會隨著時間的推移而磨損，它們是焊接過程中的消耗品，當電極帽端面直徑在焊接過程中逐漸增加時，電極表面會形成“蘑菇”狀，這是一種常見的失效模式。電極帽端面直徑與焊接數量之間的關系如圖3-12所示，在不同的焊接條件下（不同的焊接電流和電極壓力），曲線可能會有很大的不同。焊接質量和電極條件之間有很強的相關性。隨著電極端面直徑的增加，焊接電流密度降低，這將會影響焦耳熱和熔核形成。因此，整個焊接過程中電極帽輪廓應保持一致。圖3-12電阻帽端面直徑與焊點數量關系第三章車身裝配連接工藝3.1.3.3電極帽磨損修正由于磨損，電極帽需要定期更換。在電極帽更換后，焊接電流需要在焊接一定次數之后增加，以便保持電流密度大致相同，這種方法稱為電流階躍。另外，可以通過切割“蘑菇頭”來修復磨損電極帽，以恢復原始形狀，這種方法稱為尖端修整。通常，根據焊接情況，每焊接250~400次后電極帽需修整，一個電極帽可以修整40次。目前的電流階躍方法和尖端修整方法通常在生產中結合使用，以確保焊接質量并最大限度地減少更換電極帽的次數。使電極帽保持適當形狀的一種新方法是對電極帽輻壓成形，使電極帽重新成形為原始尺寸。這種成形操作可以在2s內完成，但比第三章車身裝配連接工藝傳統的尖端修整更為頻繁。由于重塑時沒有去除任何材料，電極帽預計可以使用更長時間。另一種可用的方法是混合修整，即對電極進行銑削加工及成形制造。通常用于電極帽的銅合金是電阻焊制造協會推薦的第1類和第2類，前者用于鋁板焊接，后者用千鋼板焊接，原因是第2類銅合金電極帽的導電性稍差，但硬度高于第1類銅合金。開發新型電極，如使用新材料、設計新的幾何形狀和應用新的制造工藝，都是延長電極帽壽命的積極方法。新材料的應用能夠顯著提高電極帽壽命，如使用彌散強化銅制作整個電極帽或部分嵌入其中。彌散強化銅具有優異的屈服強度和極限強度，與低碳鋼相當。另一種方法是在電極帽表面上附加碳化鈦涂層。碳化鈦在高溫下具有優異的硬度和穩第三章車身裝配連接工藝定性，據報道碳化鈦還可以提高抗黏著性和電極壽命。第三章車身裝配連接工藝3.2激光焊接激光焊接在20世紀80年代中期開始用于車身裝配。作為一種有效的材料接合工藝，激光焊接已經越來越多地用于車身裝配及制造工藝中。自20世紀90年代中期以來，激光焊接己應用于車頂焊接，并擴展到車身覆蓋件、下車身和車身左右側圍的焊接。激光焊接的另一個典型應用是在沖壓金屬板上使用拼焊板（車門內板加強板）。3.2.1激光焊接的原理和特點3.2.1.1激光焊接的原理

用于車身焊接的工業激光器主要是二氧化碳激光器和Nd：YAG激光器，這兩種激光器都應用在電磁輻射頻譜的紅外區域。Nd:YAG激光器的輸出波長1.06μm,處于近紅外區，而二氧化碳激光器應用10.6μm的遠紅外區。其他類型的焊接激光源包括光纖激光器、磁盤激光器、激光二極管陣列激光器和一氧化碳激光器。激光焊接的通用模式是小孔或深熔焊，如圖3-13所示。在焊接時，高能量密度的激光束聚焦在小面積金屬表面上，由光能轉換而來的熱量被金屬吸收，從而加熱和熔化金屬，穿透深度達數毫米，當激光束移動時，產生了“小孔”形狀的液態熔池，冷卻后形成狹窄的焊縫。在激光焊接中傳輸激光束的方法取決于所使用的激光器類型。由于沒有實用的纖維材料可用于傳輸二氧化碳激光輻射，因此需第三章車身裝配連接工藝要移動和傾斜反射鏡傳輸二氧化碳激光束進行焊接操作。遠程激光焊接是一種廣泛使用的二氧化碳激光焊接方法，這樣命名是因為激光頭由一定距離的多個移動鏡組成，可以放置在遠離目標焊接區域1m以上的地方，激光束可以長距離傳輸而不會明顯損失光束品質或能量。相比之下，固態激光器，即Nd:YAG激光器和Yb光纖激光器，近紅外輻射允許激光通過光纜傳輸，并允許使用標準光學器件來實現聚焦。因此，固態激光束可由機器人傳輸，而激光源可以遠離焊接區域。第三章車身裝配連接工藝第三章車身裝配連接工藝圖3-13激光焊接的原理3.2.1.2激光焊接的特點激光源的一般特性見表3-3。激光輸出功率決定了焊接速度和焊接熔深。二氧化碳激光器的輸出功率可達60kW，光束品質好。因此，二氧化碳激光器可以用更高的速度對更厚的材料進行焊接，這是二氧化碳激光器被廣泛使用的原因。光束質量是就聚焦能力而言的，稱為光束參數積。不同類型的激光可能有不同的光束參數積。例如，二氧化碳激光器為4-8mm?mrad。一般來說，光束參數積越高，光束質量越低。第三章車身裝配連接工藝影響連接工藝的因素有很多，包括激光源的類型、功率、部件的表面貼合度、激光束的速度和角度等。因此，激光焊接參數的第三章車身裝配連接工藝工作范圍和最佳值通常取決于實際應用，即基于試驗和測試。圖3-14所示為不同條件下激光焊接的接頭示例。第三章車身裝配連接工藝圖3-14不同條件下的激光焊接接頭示例3.2.1.3激光焊接的優點第三章車身裝配連接工藝與其他焊接工藝相比，激光焊接具有許多優點。它非常適合焊接深窄連接，這對于使用厚金屬、擠壓件和鑄件的車身裝配非常重要。其另一個優勢是單面可達性，這對焊接液壓成形零件和覆蓋截面至關重要。激光焊接可應用于多種材料，不僅適用于不同類型的鋼材，還適用于鋁、鎂和一些其他不同的材料。此外，激光焊接需要非常小的凸緣或者甚至不需要凸緣，這意味著材料的節省和車輛輕量化。激光焊接的質量很好，許多研究表明激光焊接具有很高的強度。由于激光能量集中在一個點區域，焊接熱影響區很窄，并且由熱變形引起的與焊接相關的尺寸變化非常小或可忽略不計。由于焊接第三章車身裝配連接工藝熱量輸入較小并且連接位置準確，因此可以將激光焊接放置在熱敏部件附近。另外，激光焊接具有良好的外觀和光滑的焊接表面。使用二氧化碳激光器的遠程激光焊接的優點之一是其高生產率。激光束可以從一個焊接位置快速移動(<50ms)到下一個焊接位置。遠程激光焊接的周期時間比機器人Nd:YAG激光器激光焊接更短，比電阻點焊快6-10倍，因此，從成本效益角度看，遠程激光焊接可能比傳統的機器人激光焊接更適合車身裝配等大面積焊接。遠程焊接頭可以安裝在機器人上。這種被稱為實時焊接的方法具有極高的效率。焊縫的精確定位需要機器人和掃描儀之間實現軸同步。使用遠程激光焊接的另一個優點是只需更換工裝并調用不同的焊接程序，即可輕松更換不同產品的裝配焊接工位。此外，使用遠程第三章車身裝配連接工藝激光焊接很容易對掃描儀編程定制焊縫形狀(如細縫、圓形、曲線等圖案)，以便滿足不同的結構要求。3.2.2激光焊接的挑戰和解決方案3.2.2.1初始投資激光焊接將取代電阻點焊，然而，激光焊接所需的初始投資是主要障礙。為了滿足更好的零件貼合性和更精確的零件定位要求，需要特殊設計的夾具，因此需要額外的成本進行工裝更換。在與電阻點焊競爭時，激光焊接的初始投資對于新技術而言可能是一大劣勢。然而，為新的多樣化產品的全生命周期確定最佳成本至關重要。因此，重點應該放在長期生產能力和質量上，而不是前期投資。有必要進行生命周期分析研究以比較激光焊接和電阻點第三章車身裝配連接工藝焊長期運行的生產能力和成本效益。由于激光焊接的高生產率，組裝工位和機器人的數量會大大減少。例如，在大眾高爾夫白車身中，激光焊接的應用將側圍線的占地面積減少了一半，下車身線的占地面積減少了1/3，總電阻點焊點從4608個減少到1400個。另一項研究給出了激光焊接直接替代電阻點焊的商業案例。圖3-15所示為使用激光焊接可以減少占地面積。第三章車身裝配連接工藝圖3-15電阻點焊和激光焊接的裝配線布置3.2.2.2焊接鍍鋅鋼板

大部分車身板均由鍍鋅(鍍鋅或合金鍍鋅)鋼板制成。在激光焊接期間，鋅會在比鋼的熔點(大約1500°C)更低的溫度(906°C)下汽化。如果鋼板之間沒有預留間隙以利于鋅蒸氣快速排出，則會影響熔池區，導致焊縫中出現飛濺、針孔和氣孔等缺陷，如圖3-16所示。因此，應當設計一個鋅蒸氣排放路線。間隙太大則熔池將被吸入間隙中，金屬從焊縫中流失而導致焊接強度明顯下降。因此，焊接時必須保持適當的間隙。通常間隙應該是頂板厚度的5%-10%。第三章車身裝配連接工藝第三章車身裝配連接工藝圖3-16激光焊接的鍍鋅蒸氣問題汽車總裝工藝及生產管理通常有三種方法控制對接接頭的間隙。第一種方法是使用激光復合焊接技術與填充材料。由于有額外材料輸送到熔池中，填充焊絲最大可以處理0.5mm的間隙。第二種方法是以一定的角度改變激光束到接頭的方向，這非常適合板厚不同的接頭。第三種方法是使用卷軋使金屬板邊緣變形，并彈性地減小或消除對接接頭的間隙，這種方法更適用于較厚的板。3.2.2.3激光焊接的優勢激光焊接作為一種新型焊接技術，其激光源和工藝在不斷進步。例如，二極管激光器是一種新型的激光源，有著效率高、保養周期長、質量小、設備尺寸緊湊等優點。二極管激光器的電光轉化效率(>20%)要好于二氧化碳激光器(約12%)和燈泵浦Nd:YAG汽車總裝工藝及生產管理激光器(1%-2%)。特別是對于鋁焊接，二極管激光器的0.8μm波長與吸收峰值重合，從而最大限度地提高了加熱效率并降低了所需的功率。但是二極管激光器的初始投資高于二氧化碳激光器和Nd:YAG激光器。此外，市場正在評估將一種新型的一氧化碳激光器用于量產車輛焊接的應用價值。近來，新型光纖激光器已經開發并應用于汽車制造。與其他類型的激光器相比，光纖激光器具有更多的波段、高可靠性、緊湊性、高電光轉化效率(>25%)和良好的光束質量。例如，一個10kW的光纖激光器可以2.5m/min的速度完成14mm深度的鋁焊接。不同類型的光纖激光器在波長為1070nm時工作。光纖激光器可以在50-100kW的連續模式下運行，其運行模式也可汽車總裝工藝及生產管理以設計為:高峰值脈沖模式、低功率脈沖模式和連續模式的組合。激光電弧復合焊接是激光焊接和電弧焊接的混合，如圖3-17所示。同時應用的電弧焊接包括熔化極氣體保護焊(GMAW)、鎢極惰性氣體保護電弧焊(GTAW)和等離子弧焊(PAW)。在復合焊接中，激光和電弧可以在同一個點上以連續模式工作，甚至在工件的相反一側工作。圖3-17激光電弧復合焊接汽車總裝工藝及生產管理通過合并這兩種焊接工藝，可以在保證高生產率的同時提高焊接質量。借助電弧輸入的熱量，激光能量可以更有效地增加厚材料的焊縫熔深，如達到6mm。另外，較大的熔池使得復合工藝可以焊接更大的間隙。例如，4.4kW的Nd:YAG激光器結合GMAW可以在1.5mm厚的超高強度鋼上獲得良好的焊縫，其中間隙可達0.45mm。然而，在復雜的復合工藝中，工藝參數間復雜的相互作用仍在研究中。如一項研究表明，對A5052鋁合金，熔化極惰性氣體焊接與YAG或二極管激光器復合，具有相同的最大焊接速度。

從經濟角度來看，復合焊接過程需要較小的激光功率。因此激光器可以采用較低的功率并獲得與使用較高功率激光器相同的焊接性能。復合工藝可以節省激光設備的初始投資。由于整體焊接效率汽車總裝工藝及生產管理更高，激光電弧復合焊接工藝比傳統的激光焊接更具成本效益。然而涉及電弧焊接的復合焊接可能會產生更多的零件變形，與純激光焊接相比，對某些材料和薄板的應用限制更多。復合工藝已成功應用于車輛大批量生產。如一個4.5kW的Nd:YAG激光器與使用0.8mm軟鋼絲的金屬活性氣體焊結合用于焊接鍍鋅鋼。大眾汽車使用復合激光工藝批量生產焊接整個車門組件，包括鋁板和鑄造金屬。復合激光焊接的應用不如預期的那樣好，可能是該工藝的復雜性導致。

另外，不同類型的激光器也可以共用以提高焊接質量和生產率。例如，二氧化碳激光器或Nd:YAG激光器和二極管激光器可以同時工作并產生更好的焊縫。盡管二氧化碳激光器或Nd:YAG激光汽車總裝工藝及生產管理器可以用于深熔模式，但二極管激光器會以熱傳導模式使焊縫根部平滑。據報道，這種復合激光工藝用于鋁合金拼焊板可以產生非常光滑的焊縫根部。汽車總裝工藝及生產管理3.3其他類型的焊接

3.3.1電弧焊接3.3.1.1電弧焊接的原理電弧焊接是一種在耗材電極和零件之間形成電弧的工藝。如圖3-18所示，電弧加熱熔化零件并將它們連接在一起。在幾種類型中，GMAW通常用于汽車制造業，如貨車和SUV車身框架、發動機支架以及一些車身應用。

圖3-18電弧焊接圖汽車總裝工藝及生產管理由鋼或鋁合金制成的車體空間框架結構的應用激發了企業對具有高生產率的焊接工藝GMAW的興趣。例如，奧迪A8車身主要由擠壓式鋁型材和鑄造節點構成，其管狀空間框架主要由GMAW工藝焊接。與前面討論的激光焊接相比，GMAW是一種低成本、工藝簡單的焊接方式。電弧通常由保護氣體(如氬氣和二氧化碳)在焊接區域周圍形成一個保護層與大氣隔絕，隔絕也可以通過熱氣來實現。使用焊劑的電弧焊接被稱為藥芯焊絲電弧焊接(FCAW)。在焊接工藝中，藥芯焊絲在焊縫上形成保護熔渣，采用牽引角技術能夠處理板上的污染物。用藥芯焊絲進行電弧焊接有兩種類型，一種稱為自保護(FCAW自保護工藝)，另一種類型是氣體保護(FCAW氣體保護工汽車總裝工藝及生產管理藝)，FCAW氣體保護工藝依靠外部保護氣體來保護電弧，它不受空氣影響。另外，使用保護氣體可以提高焊絲的可用性。兩種類型的FCAW都廣泛用于汽車制造業。但是一些問題阻礙了GMAW的廣泛應用。與電阻點焊工藝相比，電弧焊接較復雜，因為電弧焊接有許多工藝參數(電阻點焊只有三個)。電弧焊接工藝參數有:焊接行進速度、焊接角度、焊接方向、送絲速度、焊絲類型、焊絲頂端到工件(或伸出)距離、焊炬角度、電壓、峰值電流和連接極性。表3-4給出了車身結構節點關于FCAW的一個例子。這些工藝參數對焊接設備、零件材料、厚度以及表面涂層都很敏感，因此，應在通用指導準則下，利用測試試驗選擇實際生產中使用的參數值。汽車總裝工藝及生產管理3.3.1.2電弧焊接的特性電弧焊接工藝對零件的配合很敏感。使用焊絲填充材料的電弧焊接，可以填充待焊接部件之間的小間隙，特別適用于需要經驗人汽車總裝工藝及生產管理工焊接。但是，對于使用GMAW和FCAW的機器人焊接，間隙公差應該小于較薄金屬厚度值且小于1.5mm。在焊接進行中和焊接之后，熱量通常都會引起零件的尺寸變形。而補償由熱量引起的車身子裝配體尺寸變形極具挑戰性，?；诮涷炓约胺磸驮囼炦M行補償。目前開始出現了新的分析方法。零件結構設計需要考慮電弧焊接性，零件的焊接接頭可以按照圖3-19所示的幾種結構進行設計。一般情況下，建議在接頭兩側焊接以提高焊接強度。電弧焊接的潛在質量問題多種多樣，如焊縫缺失和焊縫尺寸過小。焊縫缺失的情況包括沒有焊縫、焊縫較短或有局部間斷，焊縫尺寸過小包括焊縫厚度過小、咬邊(母材上出現被電弧燒熔的凹槽)汽車總裝工藝及生產管理以及熔融焊腳過短，可按圖3-20所示確定電弧焊接的尺寸。其他常見的焊接質量問題包括氣孔、燒穿和裂紋。圖3-19電弧焊接接頭構造圖3-20電弧焊接的尺