焊接生产线的规划设计基础是汽车的既定产能目标，根据该目标计算出生产节拍、确定生产协作方式（加工深度）和规划设备投资等。汽车车身焊接生产线规划涉及工艺设计、平面布局（Lay-out）、信息化（生产管理系统）设计、土建及公用系统设计、节能环保设计和人员规划六大方面。
由于消费者对产品多样化的需求、市场变化、生产成本压缩和遵守顾客交货期等因素的驱动下，在进行焊接生产线规划时，应考虑多款车型混线生产，做到“柔性化”生产，本文以规划设计一条可实现单班6万台、双班12万台产能的两款车型（一款4门轿车、一款4门SUV）车身焊接生产线为例，简单论述主要方面。
　　
设计前提
1.工作制度和年时基数
拟采用两班工作制，每班工作8 h，全年工作天数250天。
2.生产节拍
整体规划一条单班6万台、双班12万台产能的汽车车身焊接生产线，按照工作制度和年时基数，则理论生产节拍为：60 000台÷250天÷8 h=30台/h，即30 JPH（JPH：Jet per Hour，每小时产出量）。
对于实际生产来说，考虑到故障时间及其他不确定因素，每小时产出量应在理论基础上增加1～2 JPH，该焊接线的实际生产节拍设计如表1所示。

3.生产协作方式（加工深度）
考虑到部分非关键小结构件委外生产（螺母、螺栓焊接或小总成采购），其他所有白车身总成自制，当产能增加时，考虑更多的分总成委外制作。出于管理上的考虑，自制冲压件周转场地归入冲压件仓库；（产能增加后的）委外焊接总成零件部分归入焊装车间进行暂存和拆分，周转场地需考虑除湿。
4.设计原则
为了灵活面对批量和品种变化、缩短升级换代改造周期以及保证品质、高效产出和低成本投入的车身焊接生产线，设计原则有以下七点：①可靠的生产线体和先进质保设备的投入；②实现内、外物流路径的最短化布局，避免或消除车间内人流、物流的交叉；③柔性化的生产线体，可扩展性强，实现多品种、多平台（近似平台）车型混线生产，能应对批量变化、品种变化、车型追加和车型升级换代等因素；④信息化生产管理，实现各个车间的信息共享；⑤最合理地运用自动化；⑥人性化的作业环境；⑦一次规划，分布实施，总体按照31 JPH的设计和规划，分20 JPH阶段和31 JPH阶段实施。

设计主要内容
1.工艺设计
焊接生产的工艺设计涵盖质量目标设定、流程设计和生产线各功能模块设计等主要内容。
（1）质量目标确定
质量目标在焊接线规划之初就应有目标设定，表2为典型的量产后的质量指标。

（2）主要工艺流程及要求
一般来说，根据汽车车身结构，生产工艺流程如图1所示。

在工艺规划时，工艺总要求应满足以下因素：①设备可动率≥95%；②建立车间模块化信息控制系统，配备Andon等软件信息管理系统，实时监控车间是否异常；③除部分小分总成外，汽车和SUV汽车的其余总成均混线生产；④搭建严格的质量保障系统，布置逐级监控的质量设备和设施；⑤生产线具备柔性化，合理设定缓冲区的位置和数量，考虑备份工序的设立（设置多功能工序），尽量考虑通用性好的线体设立；⑥实现平准化的设备配置，能消化工序间的差异，避免瓶颈工位的出现，消除等待浪费；⑦设备布置需充分考虑保全性，保证生产线体的综合运行效率。
（3）模块分析
由图1可知，车身焊接是由分总成到总成逐步完成的。在进行焊接线规划时，必须从小总成到总成，再到白车身总成进行模块设计，并对每个模块的设备方案、质量控制方法、布置方式、物流供给及传送等进行规划设计。在设计各个模块时，应充分考虑轿车与SUV混线生产时的布置方式及混线方式。其中，设备及传输是硬件基础，优秀的设备及传输方式可以保证生产物流的通畅与产品品质的控制。
1）小件生产区  设备方案：悬挂工频点焊机，国产化手工焊接夹具；质量控制方法：目视抽检，关键小总成CMM抽检；布置方式：各大分总成的小总成就近布置，同时小总成临近物流区域或者布置在物流区域内；物料供给与传送：电动牵引车+工位器具，按照2 h的小总成制量生产，手工或电动牵引车搬运到大总成区；其他：非关键小结构件的螺母、螺栓等由相应的结构件、冲压件供应商完成，非关键小结构件总成由冲压件供应商完成。
2）发动机舱总成  设备方案：悬挂中频伺服点焊枪，国产化焊接夹具，选用中频伺服焊枪的优点：①降低生产成本30%以上；②强大的焊接质量分析数据与监控功能；③性能稳定，可靠性高，故障率低；④可用于特殊板料，如镀锌板、高强度板以及厚板、铝合金材料的焊接；⑤可有效防飞溅并降低噪声，改善车间环境。质量控制方案：全尺寸抽检。布置方式：与下车体线就近布置。物料供给与传送：电动牵引车+工位器具的物料供给方式，完成后的分总成通过EMS（自动化自行输送系统）输送到下车体线总成工位。
3）门盖线  设备方案：根据产能规划，拟采用柔性化程度较高的机器人滚边工作站（图2），实现自动涂胶及搬运，滚边机器人单独完成滚边工作，涂胶机器人同时完成折边胶涂胶工作和零件抓取工作，滚边后的门盖总成由人工补焊和打磨焊点；质量控制方案：全尺寸抽检；布置方式：与调整线就近布置；物料供给与传送：电动拖车将所需冲压零件原料件配送到门盖线，完成的门盖线通过手工方式推送到调整线。

4）侧围线  设备方案：往复杆输送，悬挂中频伺服点焊枪；质量控制方案：目视检测+全尺寸抽检；布置方式：紧邻主焊线布置，便于侧围总成快速输送到主焊线；物料供给与传送：电动拖车将所需冲压零件原料件配送到侧围工位，完成后的侧围总成通过EMS输送到主焊线总拼工位。
5）主焊线  主要设备方案：①传输线:从成本、可靠性和先进性考虑，下车体到总成下线工位拟采用投资较低的往复杆；主焊线及补焊线拟采用柔性较高且传输速度较快的随行夹具系统（也称台车+高速摩擦滚床），台车可适应4种车型的切换，台车从空中或地下返回；定位夹紧缸为单动自锁缸，只在线头和线尾选择车型和解锁，线中无须供气、电，全程自锁结构；车身识别RFID标签，固定在台车框架上，避开焊接通道；速度编码尺安装在台车上，以便感应设置在滚床上的速度感应器；滚床速度1～1.2 m/s；节距6 m；台车通过举升机举升到空中返回。②总拼工位:考虑到车型混线生产，目前较为流行的有门式、笼式、内置式和四面体四种形式，优缺点如表3所示。通过以上比较，结合产品规划和产能规划，具体方案可以结合项目的综合成本进行最终选择。

6）调整及钣金线  设备方案：采用助力机械手实现门盖的上料和门盖定位夹具的搬运，力矩扳手拟采用气动扳手；质量控制方案：在门盖装配完成工位设置视觉在线检测，对间隙和面差实现可视化监察，如果间隙面差在公差之内，将不对车身进行调整，可提高产品的一致性，同时节约钣金调整工时；布置方式：与主线成U形布局，实现物流最短供给；物流供给与传输：电动拖车进行门盖、标准件和辅料的配送，从门盖装配到钣金完成，拟采用性价比较高的宽板输送，支撑点为柔性支撑，通过举升机将最终完成的白车身输送到WBS，WBS车身存储量不超过3 h产量，不对车身进行编组。
2.生产线平面布局
（1）布局要求
平面布局设计时首要考虑精益生产，采用U形或S形布局，实现最短的物流配送。主要的布局要求如下：①纵向冲压件和横向冲压件由专用料架短期存放在冲压件仓库内，通过蓄电池叉车送到各生产区的有关工位附近, 并将空料架送回到该仓库；②辅料通过蓄电池叉车从工厂辅料仓库运至有关生产区；③物料配送路径与人行路径交叉点最小化，尽量避免叉车通道、蓄电池车通道和手推车通道的交叉混行；④设立新产品试制区域；⑤设立必要的工具、设备维修区；⑥设立员工培训区，用于车间操作技能培训及提升；⑦卫生间、班组园地及休息区充分考虑人性化的布局，实现操作者就近休息和如厕；⑧蓄电池叉车的充电区域紧邻物流区域；⑨车间办公室到各个工位响应时间最短；⑩物流区域作为外协冲压件的暂存区域和拆分区域，需考虑部分小总成线布置在物流区域内，完成焊接后分送到主要模块区域。
（2）布局设想
根据以上布局要求，拟选择车间布局方案（以下布局图均示意主要功能模块的位置，办公区、班组园地等未示意）。布局1为最佳布局方案，布局2、3居其次。
1）布局1  如图3所示，布局1总体为S形和U形结合布局，物料配送量最大的下车体的三大分总成（发动机舱、前地板和后地板）、左侧围总成、总焊线、右侧围总成、补焊线和调整线平行布置，实现物料最快捷、最小交叉的配送。该布置方案适用于物流区域较大，同时对总焊线的紧凑布局要求较高的方形车间，总拼工位柔性化方式最好采用“内置式”结构，以减少总拼工位占地面积。各大总成通过空中输送链搬运到相应工位。该布置方案较为紧凑，适用于一次完成规划。一次性投入时需考虑下车体线和总拼线的柔性设计。

2）布局2  如图4所示，布局2主要采用U形布置方式，使各大分总成平行布局，避免冲压件及原辅料的交叉供给，下车体线、总拼线、补焊线和调整线呈“一字形”布置，该布置方式适用于矩形车间。各大总成通过空中输送链搬运到主线，主要线体的转序方便快捷，可以减少转序举升。主线线体可以根据总拼方案适当调整，总拼夹具可以灵活选择门式、笼式或内置式。该布置方案可扩展性较强，可以在各功能模块预留区域为新车型使用。

3）布局3  如图5所示，布局3各大分总成分别布置在主线两侧，下车体线、总拼线、补焊线和调整线呈“一字形”布置，主要冲压件从两侧供给，各大分总成通过手工台车或空中输送线搬运到主线对应工位。该布置方案适用于长条形车间，主线传输快捷方便，可扩展性强，但物料输送距离较长并容易产生交叉。

3.信息化
为了实现整个生产车间信息化管理，对生产情况进行采集和发布，信息化设计应包含：①搭建整个制造车间的MES系统；②布置生产信息自动化看板；③设置Andon系统。
4.节能与环保
（1）节能
为了保证能源节省，应做到以下方面：①各分总成沿主焊接线就地布置，以缩短运输路线，节约运输能耗；②在成本允许的情况下，考虑采用更多的中频伺服焊枪，综合节能30%左右；③考虑焊烟热量收集利用。
（2）环保
焊接类车间的焊接工艺主要以电阻焊为主，点焊时会产生焊接烟气，焊后打磨会产生金属粉尘。由于车间机器设备密集，发热量大，所以工人操作有一定的劳动强度，应设计以下环保要求：①点焊密集区和白车身打磨区设置区域排风；②凸焊工位和MIG/MAG焊工位设置烟尘净化装置；③保护焊区设立焊烟收集系统。
　　
结语
汽车产业链之长使其成为一个国家制造业的支柱性产业。车身焊接生产是汽车制造过程中最能体现工业自动化水平的过程，焊接生产线规划设计需要充分考虑投资、物流和品质等关键因素。对车身焊接生产线规划设计，每个公司都有其规划理念，但其宗旨始终是做到物流通畅（零件配送距离最短、无交叉配送）、良好的生产故障预防、既节能又环保和人员配备合理。