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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 |
氫燃料發動機汽車、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，不斷為制造更好的汽車提供“養分”。
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業規模擴大。
而這次，為實現汽車運動的可持續發展，豐田還首次使用了一項史無前例的電弧焊技術“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。
上圖為32號車的照片，車內安裝了使用SFA工藝制作的防滾架。
本期時報將聚焦豐田如何利用機器人焊接新技術來實現生產周期的大幅縮短。
研發這項技術的起因來自于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，發現TGR-WRT在為白車身（還未涂裝，處于只組裝了框架和板件狀態的車身）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部，形狀如籠子一般的車架。它能在汽車出現碰撞事故時，起到保護車內乘員的作用。在競技比賽中有嚴格的規定，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。以往的做法是由技術嫻熟的焊工操刀，在車身內側一根一根地進行手工組裝作業。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。
以這種生產周期來計算，如果參加拉力賽的車輛發生了非常嚴重的碰撞事故，車身處于接近報廢的狀態時，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車輛研發部的川喜田篤史主查，和從事工業用機器人制造等工作，隸屬于安川電機公司機器人事業部機器人技術部的柴田將太，以這兩人為中心，展開了長達1年左右的技術研發。
GR車輛研發部 川喜田主查
在我們考慮，身為一家汽車制造商，如何進一步促進汽車運動的可持續發展，降低汽車運動參與門檻，創造更友好的參賽環境時，將目光鎖定在了“如何快速提供帶防滾架白車身”這一課題上，決定將此作為改善的切入點。
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，是因為焊接時產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。
經過大約三個月的研發工作后，大家的想法發生了很大改變：如果要做到計算應變的同時進行焊接很困難，那么在不產生應變的情況下進行焊接會如何呢？
我們知道，采用傳統焊接方法時，鋼材因受熱過多，容易產生應變。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。
豐田量產線上的間隔時間（生產一件產品所需的時間）為60秒，其速度是SFA的10倍。不過，對于“已經消除了‘間隔時間’概念”（川喜田主查）的賽車來說，這個速度已經足夠快了。
對安川電機來說，如何讓效率優先的機器人“緩慢而仔細”地工作是一項挑戰。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。
安川電機 柴田先生
作為一家機器人制造商，我們一直致力于提供能更快、更高效地制造汽車的機器人。
而在這次挑戰中，我們第一次去思考如何比人類更慢、更仔細地制造汽車。這一過程中，我們無法使用積累至今的快速制造技術，因此我們花費了一年的時間來研究。
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。
現在通過“緩慢而仔細”的焊接，防滾架可以在不發生應變的情況下被組裝起來，而且幾乎完全符合正確的尺寸。與此同時，將它組裝到汽車上的方法也發生了變化。
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，現在的防滾架實現了SUB ASSY化*。
*是SUB ASSEMBLY的略稱，即在將產品組裝成最終形狀之前，對產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（1.5天）
↓
焊接在車身上（加強焊接，1天）
“SFA技術”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。
上圖為在鈴鹿環形賽道展示的防滾架。照片最靠前的綠色、后方的黃色、其右側的橙色膠帶分別表示3個模塊。
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”。
例如在轉彎時打方向盤就會有力的輸入，車身會發生扭曲，并與懸掛系統一起吸收這些力。現在由于車身剛度提高，懸掛系統需要承擔的部分隨之增大。雖然懸掛系統的調試范圍變得更廣，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來進行調整。
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降低成本。
不過，川喜田主查強調“推進這一研發絕對不是為了奪走焊工的工作”。
川喜田主查
即使車身尺寸是準確的，也會有一些微小的誤差。如果不根據這些誤差來調整防滾架，芬蘭等地的WRC（世界拉力錦標賽）頂尖車手會表示開起來“感覺不舒服”。
這是我們（研發的機器人）做不到的部分，最終仍然需要擁有技術高超、懂得駕駛的焊工。我們所做的努力，是為給現在的焊工們創造更多時間，投入于類似高精尖的工作。
另一方面，入門級的用戶十分期待能夠盡快提供成本較低、配有防滾架的白車身。
Morizo也強調：“推進研發絕不是為了奪走焊工的工作。”
但大眾很容易這樣誤解，在（鈴鹿的會場）展示時，也會有人評論：“我們的工作沒有了。”
但情況并非如此。我們是希望（入門級的）大家能有更多機會嘗試調校等步驟。我們必須向大家傳達這一點，否則會引起誤解。
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，實現這個目標。”
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。
才剛剛結束了兩場比賽。接下來依舊要以汽車運動為起點，繼續將其打磨優化。
