超級(jí)耐力賽第5站鈴鹿賽：
從3周到3天的改善，解決汽車運(yùn)動(dòng)中的大難題

目錄

?	維修時(shí)間趕不及下一場(chǎng)比賽
?	緩慢而仔細(xì)
?	制造時(shí)間為3天
?	至高的贊美
?	讓汽車運(yùn)動(dòng)變得可持續(xù)

氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、碳中和燃料汽車、DAT（Direct Automatic Transmission）。長(zhǎng)久以來，豐田一直致力于在汽車運(yùn)動(dòng)一線鍛煉各種各樣的新技術(shù)，不斷為制造更好的汽車提供“養(yǎng)分”。

這種做法既有助于擴(kuò)大市銷車型選項(xiàng)，又能促進(jìn)汽車運(yùn)動(dòng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大。

而這次，為實(shí)現(xiàn)汽車運(yùn)動(dòng)的可持續(xù)發(fā)展，豐田還首次使用了一項(xiàng)史無前例的電弧焊技術(shù)“SFA（Sequence Freezing Arc-welding）”。

9月28、29日，在位于三重縣鈴鹿市的鈴鹿賽道舉行了ENEOS超級(jí)耐力系列賽2024 Empowered by BRIDGESTONE第5站比賽。ROOKIE Racing車隊(duì)駕駛導(dǎo)入這項(xiàng)全新技術(shù)制造而成的GR YARIS（32號(hào)車），參加了該賽事的ST-Q組別比賽。

并在會(huì)場(chǎng)上展示了同樣使用SFA工藝組裝而成的防滾架。

本期時(shí)報(bào)將聚焦豐田如何利用機(jī)器人焊接新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)周期的大幅縮短。

維修時(shí)間趕不及下一場(chǎng)比賽

研發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的起因來自于2023年的8月。當(dāng)時(shí)Morizo，即豐田章男會(huì)長(zhǎng)正在芬蘭視察TOYOTA GAZOO Racing World Rally Team（TGR-WRT）的制造一線，發(fā)現(xiàn)TGR-WRT在為白車身（還未涂裝，處于只組裝了框架和板件狀態(tài)的車身）組裝防滾架時(shí)非常麻煩。

在這里先為大家簡(jiǎn)單介紹一下什么是防滾架。這是一種組裝在競(jìng)技車輛車體內(nèi)部，形狀如籠子一般的車架。它能在汽車出現(xiàn)碰撞事故時(shí)，起到保護(hù)車內(nèi)乘員的作用。在競(jìng)技比賽中有嚴(yán)格的規(guī)定，必須為參賽車輛安裝防滾架。

防滾架由約50根金屬管件搭建而成，為將其安裝到車身上，工人需要掌握高超的焊接技術(shù)。以往的做法是由技術(shù)嫻熟的焊工操刀，在車身內(nèi)側(cè)一根一根地進(jìn)行手工組裝作業(yè)。以這種方式為汽車安裝防滾架，每臺(tái)的制作時(shí)間大約在2~3周左右，這也是制造參賽汽車中最花費(fèi)時(shí)間的一道工序。

以這種生產(chǎn)周期來計(jì)算，如果參加拉力賽的車輛發(fā)生了非常嚴(yán)重的碰撞事故，車身處于接近報(bào)廢的狀態(tài)時(shí)，想在下一場(chǎng)比賽開始之前修復(fù)車輛，時(shí)間根本來不及。于是，如何以豐田生產(chǎn)方式（TPS）來解決快速組裝車身這一難題，便擺在了眾人面前。

因此，隸屬于GAZOO Racing Company GR車輛研發(fā)部的川喜田篤史主查，和從事工業(yè)用機(jī)器人制造等工作，隸屬于安川電機(jī)公司機(jī)器人事業(yè)部機(jī)器人技術(shù)部的柴田將太，以這兩人為中心，展開了長(zhǎng)達(dá)1年左右的技術(shù)研發(fā)。

緩慢而仔細(xì)

豐田擁有操作十分熟練的焊工，而在SFA中，我們可以將他們的技能量化，并將結(jié)果以know-how的形式傳授給機(jī)器人。

防滾架的焊接之所以需要熟練工的技術(shù)，是因?yàn)楹附訒r(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變。此時(shí)，熟練的工人可以通過心算和觸覺來糾正應(yīng)變，但機(jī)器人很難掌握這個(gè)屬于匠人的技能。

經(jīng)過大約三個(gè)月的研發(fā)工作后，大家的想法發(fā)生了很大改變：如果要做到計(jì)算應(yīng)變的同時(shí)進(jìn)行焊接很困難，那么在不產(chǎn)生應(yīng)變的情況下進(jìn)行焊接會(huì)如何呢？

我們知道，采用傳統(tǒng)焊接方法時(shí)，鋼材因受熱過多，容易產(chǎn)生應(yīng)變。而采用SFA的話，機(jī)器人的焊接速度比人慢，每次都可以間隔一段時(shí)間進(jìn)行焊接，以防止熱量太高導(dǎo)致應(yīng)變。

豐田量產(chǎn)線上的間隔時(shí)間（生產(chǎn)一件產(chǎn)品所需的時(shí)間）為60秒，其速度是SFA的10倍。不過，對(duì)于“已經(jīng)消除了‘間隔時(shí)間’概念”（川喜田主查）的賽車來說，這個(gè)速度已經(jīng)足夠快了。

對(duì)安川電機(jī)來說，如何讓效率優(yōu)先的機(jī)器人“緩慢而仔細(xì)”地工作是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。柴田先生是一位不折不扣的車迷，他參加過漂移比賽，還自己動(dòng)手制作過防滾架等零件，他說了如下一番話。

通過使用SFA，焊道變得更薄、更寬，重量減輕了約25%。材料熔化進(jìn)母材的程度也更深，同時(shí)焊接部分的強(qiáng)度提高了10%至25%。

此外，由于每次焊接是在凝固的同時(shí)進(jìn)行的，熔敷金屬不會(huì)因自身重量而下垂，因此可以進(jìn)行以前難以做到的仰焊、向上立焊和向下立焊。

SFA其他的特點(diǎn)還包括點(diǎn)焊*這樣在“點(diǎn)”上進(jìn)行電弧焊的操作、在2至3毫米的間隙中進(jìn)行焊接等等。

*用電極將重疊的鋼板夾在一起，然后通過電流和壓力將鋼板熔化，從而在“點(diǎn)”上進(jìn)行焊接的方法。電弧焊是一種將焊絲和鋼板互相熔化（合金化）的焊接方法。點(diǎn)焊用于難以焊接（無法用電極夾緊）的部分。

此外，SFA還有其他優(yōu)點(diǎn)，那就是可以焊接以前無法焊接的部分了。這不僅提高了防滾架的剛度，也提高了車身本身的剛度。

制造時(shí)間為3天

現(xiàn)在通過“緩慢而仔細(xì)”的焊接，防滾架可以在不發(fā)生應(yīng)變的情況下被組裝起來，而且?guī)缀跬耆险_的尺寸。與此同時(shí)，將它組裝到汽車上的方法也發(fā)生了變化。

過去，匠人要花兩到三周的時(shí)間通過手工的方式逐個(gè)組裝防滾架，而采用新方法后，現(xiàn)在的防滾架實(shí)現(xiàn)了SUB ASSY化*。

*是SUB ASSEMBLY的略稱，即在將產(chǎn)品組裝成最終形狀之前，對(duì)產(chǎn)品的每個(gè)零件進(jìn)行組裝的過程。

焊接工程分為以下三個(gè)部分，如此一來提高了操作性。

將防滾架分為三個(gè)模塊，分別在機(jī)身外進(jìn)行組裝（0.5天）
↓
將各模塊預(yù)組裝到車身內(nèi)（1.5天）
↓
焊接在車身上（加強(qiáng)焊接，1天）

“SFA技術(shù)”和“SUB ASSY化”合起來，可以讓制作時(shí)間從2～3周大幅縮短至3日。

至高的贊美

SFA工藝讓GR YARIS的車身剛度大幅提高，車手卻表示：“剛度提高過頭了”。

例如在轉(zhuǎn)彎時(shí)打方向盤就會(huì)有力的輸入，車身會(huì)發(fā)生扭曲，并與懸掛系統(tǒng)一起吸收這些力?，F(xiàn)在由于車身剛度提高，懸掛系統(tǒng)需要承擔(dān)的部分隨之增大。雖然懸掛系統(tǒng)的調(diào)試范圍變得更廣，但如何找到最佳的設(shè)置將是今后的課題。

不過，這位車手的反饋被認(rèn)為是“至高的贊美”（川喜田主査）和“Best！”（柴田先生）。提高剛度是困難的，但降低剛度則可以通過減少加固點(diǎn)數(shù)來進(jìn)行調(diào)整。

讓汽車運(yùn)動(dòng)變得可持續(xù)

活用機(jī)器人，不僅能降低防滾架的制作時(shí)間，或許還可以期待實(shí)現(xiàn)降低成本。

不過，川喜田主查強(qiáng)調(diào)“推進(jìn)這一研發(fā)絕對(duì)不是為了奪走焊工的工作”。

以前，Morizo駕駛GR YARIS Rally2的一號(hào)車時(shí)曾說：“有很多人喜歡拉力賽和汽車運(yùn)動(dòng)。但是他們之中很多都覺得汽車運(yùn)動(dòng)的門檻太高或者不知道該如何做，如果能提供一個(gè)機(jī)會(huì)，讓他們能夠參與就好了。我希望能以GR為中心，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)?！?/p>

此次公開的SFA也將有助于降低參加汽車運(yùn)動(dòng)的門檻。

引進(jìn)SFA工藝的GR YARIS，還將參加鈴鹿比賽一個(gè)月后的岡山第6站。

才剛剛結(jié)束了兩場(chǎng)比賽。接下來依舊要以汽車運(yùn)動(dòng)為起點(diǎn)，繼續(xù)將其打磨優(yōu)化。