超級耐力賽第5站鈴鹿賽：
從3周到3天的改善，解決汽車運動中的大難題

目錄

?	維修時間趕不及下一場比賽
?	緩慢而仔細
?	制造時間為3天
?	至高的贊美
?	讓汽車運動變得可持續(xù)

氫燃料發(fā)動機汽車、碳中和燃料汽車、DAT（Direct Automatic Transmission）。長久以來，豐田一直致力于在汽車運動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大市銷車型選項，又能促進汽車運動產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大。

而這次，為實現(xiàn)汽車運動的可持續(xù)發(fā)展，豐田還首次使用了一項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超級耐力系列賽2024 Empowered by BRIDGESTONE第5站比賽。ROOKIE Racing車隊駕駛導入這項全新技術(shù)制造而成的GR YARIS（32號車），參加了該賽事的ST-Q組別比賽。

并在會場上展示了同樣使用SFA工藝組裝而成的防滾架。

本期時報將聚焦豐田如何利用機器人焊接新技術(shù)來實現(xiàn)生產(chǎn)周期的大幅縮短。

維修時間趕不及下一場比賽

研發(fā)這項技術(shù)的起因來自于2023年的8月。當時Morizo，即豐田章男會長正在芬蘭視察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）組裝防滾架時非常麻煩。

在這里先為大家簡單介紹一下什么是防滾架。這是一種組裝在競技車輛車體內(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，起到保護車內(nèi)乘員的作用。在競技比賽中有嚴格的規(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)一根一根地進行手工組裝作業(yè)。以這種方式為汽車安裝防滾架，每臺的制作時間大約在2~3周左右，這也是制造參賽汽車中最花費時間的一道工序。

以這種生產(chǎn)周期來計算，如果參加拉力賽的車輛發(fā)生了非常嚴重的碰撞事故，車身處于接近報廢的狀態(tài)時，想在下一場比賽開始之前修復車輛，時間根本來不及。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)用機器人制造等工作，隸屬于安川電機公司機器人事業(yè)部機器人技術(shù)部的柴田將太，以這兩人為中心，展開了長達1年左右的技術(shù)研發(fā)。

緩慢而仔細

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的形式傳授給機器人。

防滾架的焊接之所以需要熟練工的技術(shù)，是因為焊接時產(chǎn)生的熱量會導致應變。此時，熟練的工人可以通過心算和觸覺來糾正應變，但機器人很難掌握這個屬于匠人的技能。

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

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

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

對安川電機來說，如何讓效率優(yōu)先的機器人“緩慢而仔細”地工作是一項挑戰(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%。材料熔化進母材的程度也更深，同時焊接部分的強度提高了10%至25%。

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

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

*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”上進行焊接的方法。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，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。

制造時間為3天

現(xiàn)在通過“緩慢而仔細”的焊接，防滾架可以在不發(fā)生應變的情況下被組裝起來，而且?guī)缀跬耆险_的尺寸。與此同時，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間通過手工的方式逐個組裝防滾架，而采用新方法后，現(xiàn)在的防滾架實現(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，對產(chǎn)品的每個零件進行組裝的過程。

焊接工程分為以下三個部分，如此一來提高了操作性。

將防滾架分為三個模塊，分別在機身外進行組裝（0.5天）
↓
將各模塊預組裝到車身內(nèi)（1.5天）
↓
焊接在車身上（加強焊接，1天）

“SFA技術(shù)”和“SUB ASSY化”合起來，可以讓制作時間從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)彎時打方向盤就會有力的輸入，車身會發(fā)生扭曲，并與懸掛系統(tǒng)一起吸收這些力。現(xiàn)在由于車身剛度提高，懸掛系統(tǒng)需要承擔的部分隨之增大。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置將是今后的課題。

不過，這位車手的反饋被認為是“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數(shù)來進行調(diào)整。

讓汽車運動變得可持續(xù)

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

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

以前，Morizo駕駛GR YARIS Rally2的一號車時曾說：“有很多人喜歡拉力賽和汽車運動。但是他們之中很多都覺得汽車運動的門檻太高或者不知道該如何做，如果能提供一個機會，讓他們能夠參與就好了。我希望能以GR為中心，實現(xiàn)這個目標?！?/p>

此次公開的SFA也將有助于降低參加汽車運動的門檻。

引進SFA工藝的GR YARIS，還將參加鈴鹿比賽一個月后的岡山第6站。

才剛剛結(jié)束了兩場比賽。接下來依舊要以汽車運動為起點，繼續(xù)將其打磨優(yōu)化。