面向多客戶群研發的乘用車試制裝配島規劃設計淺析

邢浩然 薛海鵬 蘇濤 陳亞磊

摘? 要：隨著乘用車行業競爭日趨激烈，快速高質量短周期低成本達成車型的工藝量產化是汽車專業部門一以貫之考慮的重點課題，作為試制裝配領域也要緊跟時代的步伐做到現代化試制和驗證，有必要將適度信息化、數字化、智能化的工具運用到試制裝配領域來解決試制裝配領域當前的痛點問題，結合試制自身的特點，滿足多客戶群的研發單位用車需求及多車型的柔性裝配及量產工藝性驗證，同時還要力求成為試制領域的可供觀摩、學習參觀的標桿車間。需要一個系統的統籌方法對整車試制裝配島的設計規劃進行指導，從而更好的保證能力建設項目的有效落地和實施運用。

關鍵詞：試制裝配島；柔性裝配；量產驗證；數字化

中圖分類號：U462.1? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2024）02-0092-07

Developed For a Multi-client Base Analysis on Planning and Design of Assembly Island For Passenger Car Trial Production

XING Hao-ran， XUE Hai-peng， SU Tao， CHEN Ya-lei

（Dongfeng Motor Corporation Research&Development? Institute.， Wuhan 430058， China）

Abstract： With the increasingly fierce competition in the passenger car industry， the process mass production of models with fast， high quality， short cycle and low cost is a key topic that the automotive professional departments always consider. As the trial production and assembly field， it is necessary to keep up with the pace of The Times to achieve modern trial production and verification. It is necessary to apply moderately informationized， digitized and intelligent tools to the field of trial production and assembly to solve the current pain points in the field of trial production and assembly. Combined with the characteristics of trial production， it can meet the needs of research and development units of multiple customer groups and the flexible assembly of multiple models and the verification of mass production technology. At the same time， it should strive to become a benchmark workshop for observation， learning and visiting in the field of trial production. A systematic overall planning method is needed to guide the design and planning of assembly island for vehicle trial production， so as to better ensure the effective landing， implementation and application of capacity building projects.

Key Words： Trial-Production Assembly Island; Flexible Assembly; Mass Production Verification; Digitalization

1? ? 研究的背景

1.1? ?對標行業

柔性線體的導入在一定程度上提升了裝配效率和量產工藝可行性驗證，柔性化的產線設計能夠兼容各個平臺車型的試制裝配工作，同時也規范并驗證了了設計部門對于固定要件的開發設計工作，數字化工具的運用也保證了重要驗證數據的記錄和可追溯，為樣車的開發和試驗的問題溯源提供了重要依據，同時無紙化手持終端工藝指導可以提升樣車裝配效率。當前國家號召企業進行數字化和智能化轉型賦能高質量發展，同時也出臺相關政策的支持，在這個大的背景下有條件的企業要抓住這個關鍵發展期。對標其他標桿車企的裝配試制柔性線體基本概況如下表1所示。

1.2? ?目前痛點

傳統車企在試制階段目前還沒有實現試制柔性線體和運用數字化工具賦能專業轉型和升級，隨著行業競爭和客戶群的多樣化需求日益增大，現有的模式已不能適應，主要有如下痛點：

1）試制數據人工記錄、追溯困難。

2）設備孤立運行無法對使用率和負荷進行有效管理。

3）量產工藝性驗證不足。

4）裝配一致性差，裝配效率低。

5）無法滿足多客戶小批量需求。

2? ? 規劃輸入邊界及目標

2.1? ?輸入邊界

在規劃高性價比的柔性試制線/島的時候要梳理出設計邊界，一般需要考慮有如下幾個方面：

1）廠房的的結構，是新建還是利用現場廠房，一般情況房頂承重廠房會優于非承重廠房。

2）廠房中可以為柔性試制線/島的規劃提供的有效面積，建議面積不要零星化，如果是新建的廠房一般面積會寬裕一些。

3）根據服務客戶評估產能量綱作為柔性試制線/島的工位規劃和后期拓展依據。

4）服務的客戶群的車型外廓尺寸、白車身承載方式、軸距、輪距、整備質量的參數信息。

5）費用預算額度可根據費用上限額度設計柔性試制裝配島的自動化和數字化程度。

2.2? ?規劃原則

柔性試制線/島的規劃要按照預設的目標進行開展，要遵守下面幾項原則：

1）路徑最短：布置工位設置盡量保持直線運輸，物流路線最短。

2）量產充分驗證：遵循量產工藝路線，線體設置能覆蓋量產工藝的驗證。

3）安全性原則：高壓三電裝配安全及應急處理方式。

4）終端出入口布置：試制產線/島終端靠近車間出入口布置。

5）工位可臨時下線：考慮單工位停線應急緩沖處理方案。

6）柔性化、數智試制、精益管理：考慮設備、產品、工藝柔性化。

7）物流路線、裝配路線、參觀通道、各環節信息流打通等。

3? ? 方案設計

3.1? ?試制線/島規劃方案

試制線/島的工藝裝配路徑要最大化遵循量產工藝工位設置特點，基本符合承載式車身和非承載式車身的工藝裝配路線，工廠產線的布局方案一般有H型布局、S型布局、T型布局、U型布局（其各自的特點如表2所示），結合試制線/島的自身特點和工位數設置及可規劃面積的局限性，也有采用類U型的布局方式，裝配過程中車體的轉運采用AGV形式，這樣會更為靈活，但對AGV的導航精確性和及時性提出較高要求，某企業的試制裝配車間的有效面積為82m（長）×24m（寬），年生產量綱為1000臺/年（從白車身開始裝配），在廠房主體結構不變（廠房不承重）的情況下進行改造，根據量綱知曉該試制島的節拍為0.5JPH（JPH數=年產量/工作日/每日工作時長），即每個工位時長2小時。一般小于10JPH主線體都采用步進式運行模式（崗位工序完成后由作業員按鍵放行），根據整車的最大工時可以得出主線的有效工位數為7個（主線崗位數=最大車型整車主線安裝工時/工位時長），一般會考慮未來的工位拓展預留1-2個工位，因為受限于車間的長和寬，物流零件采用集配小車到工位的形式供應裝配零件，將該試制車間的線體形式采用類U型（循環模式采用AGV轉運完成），使用AGV轉運的模式也最大滿足整車試制裝配特點（根據零件的到貨情況和整車零件質量狀態既能滿足串島成線，也能滿足獨島運行的模式）。

3.1.1 分裝區

按照乘用車裝配工藝路徑，設置儀表分裝、玻璃涂膠、電池及動力總成吊裝、發動機/前動力分裝、后橋/后動力分裝，前托架/前減震器分裝、前端分裝、車門分裝，有些車企有非承載式車身，可以將車架領域的零件裝配設置在分裝區領域裝配，分裝區作業的設置高度一般為800mm，在考慮分裝區有效區域是否滿足需要在CAD或三維圖中放置擺放，考慮人員活動路面寬度，一般料架擺放，工具臺擺放，線邊物料小車通道等，同時需要考慮關鍵場景的實現過程，例如非承載式結構的車架如何吊裝到小車托盤上，車架的翻轉實現，發動機分裝后放置到合裝托盤，后橋分裝后放置到合裝托盤，電池包吊裝到合裝托盤上等。分裝區的柔性設計分別體現在儀表分裝、前后動力分裝、車門分裝工裝上兼顧全車型，同時涉及前后動力及電池包吊裝KBK選型也要覆蓋全車型，針對多總成合裝AGV（前后動力及電池包）的托盤位置根據車型需求實現自動軸距調整等。 下圖1為某車企的柔性試制線/島的分裝區的規劃設計（參考）。

3.1.2 內飾線/島

內飾線/島的的作業根據量產裝配工藝特點和工藝路線一般裝配車身大小支架、車身線束、機構件、約束件、電器元件，儀表合裝、車身內飾件，部分外飾件，玻璃粘貼等，車身距離地面的高度一般設置在450mm，內飾線的轉運方式要考慮，是考慮平板小車人工轉運的方式還是通過自動化設備轉運的方式，自動化設備轉運有跟大線上一樣采用板鏈的方式，這就要求內飾線的工位設置較多，同時有個弊端就是試制工藝環境下做到靈活臨時下線較困難，現在比較先進的自動化設備轉運方式采用AGV承載小車實現，同時也要考慮相關關鍵場景的實現，例如白車身放置到轉運工具托盤上，吊裝工具的選擇，白車身放置托盤的柔性化設計，臨時下線和獨島運行模式場景等，圖2為某車企的柔性試制線/島的內飾島的規劃設計（參考）。

3.1.3 底盤島

底盤線/島的的作業根據量產裝配工藝特點和工藝路線一般按照承載和非承載車身形態分。承載式車身底盤區域一般裝配發動機合裝、后橋合裝、燃油件、排氣類零件、副儀表裝配、前端模塊、機艙內管線路連接、機艙剩余外飾件裝配、輪胎安裝等。非承載式車身底盤區域又分為車架領域和車身領域，在車架上零件裝配的基本順序是底盤線束、制動管路、前后減震器、動力總成合裝、前懸合裝、后懸合裝，其中傳統車還有燃油系統的零件裝配和排氣系統的零件裝配，新能源車有各種冷卻系統的水管及水泵的零件裝配；車身與車架合裝后完成機艙領域的管線路的裝配，傳統車的裝配順序是進氣系統零件裝配、冷卻系統管路連接、制動系統管路連接、前端模塊零件裝配、前后大燈裝配，新能源車的裝配順序是冷卻系統管路連接、制動系統管路連接、高壓電纜及地線連接、新能源控制元器件安裝、動力電池合裝、前端模塊零件裝配、前后大燈裝配等。車輛運轉方式有采用EMS環形線，天上要布安全防護網；對于車間高度有限，面積不夠富余的廠房則采用搭建立柱的垂直升降抱架形式，其中轉運是靠人推或者自動化轉運設備，目前較先進的是采用AGV轉運的方式，采用這種方式重點是考慮每個工位承載轉運的銜接。以采用AGV轉運的方式為例，也需要考慮相關關鍵場景的實現，例如白車身承接點，托爪柔性化，車輛落地抱架打開方式等。承載式車身和非承載式車身的區別是承載式車身一般在底盤工位合裝新能源車是前后動力和電池包（傳統車是排氣管和油箱），而非承載式車身是車架部分零件（動力總成及底盤零件已分總成到車架上）與白車身上裝零件進行合裝，底盤島的設計要統籌考慮上述兩種車身的特點，圖3為某車企的柔性試制線/島的底盤島的規劃設計（參考）。

3.1.4 下線及加注島

下線及加注島的的作業根據量產裝配工藝特點和工藝路線一般涵蓋座椅裝配、前后保裝配、方向盤及安全氣囊裝配、標識粘貼、行李箱工具、輔料加注及整備質量稱重等。該區域的作業一般是在輪胎落地后進行作業，可以考慮車輛在輪胎落地后在節拍不快和考慮成本的情況下由人工推至下線工位，如果考慮節拍也可以采用自動化牽引設備或AGV伸縮承載轉運方式，加注島設置單獨工位的原因是有加注設備比較占位置，所以在物理空間上設置專門的加注工位，一般的加注輔料類別有制動液、冷卻液、冷媒、變速箱油等，為了保證加注效率和參數驗證建議采用專用設備加注，玻璃水在試制階段可以采用手工加注的方式，在加注完對整車進行整備質量承重，整個過程就是裝配階段需完成的內容，完成整套動作后便將樣車交付至檢測領域，進行軟件刷寫和下線調試。如圖4所示：

3.2? ?線邊物流及參觀通道路徑考慮

制定合理的物流路徑，需遵循的原則如下

1）各條行進路線之間要無交叉、重復路線，盡量保證運行距離最短。

2）零件倉庫單獨設置出口和入口，避免共用一套路線。

3）車輛裝配完成交付路線出口盡量不與倉庫出入庫零件共用出入口，避免出現隱患而造成產品質量損害。

參觀通道盡量保證不走回頭路，設置的入口和出口盡量不與零件和樣車出入口共用，可以設置環形保證參觀的流暢性和安全性，有條件的可以單獨設置高臺走廊作為參觀專用通道。

3.3? ?數字化規劃設計考慮

數字化規劃是對乘用車試制裝配島過程的關鍵數據進行記錄和上傳，起到質量追溯和過程管控的目的，一般針對具體的使用場景功能需求進行定制化的設計，根據具體的功能場景考慮硬件和軟件的能力建設。一般會考慮各個設備的能耗統計，設備運行監控，AGV使用電量監控，工位占位，工位缺件呼叫，異常停線呼叫記錄，AGV智能調度，關鍵工序管控質量，車體AVI跟蹤，產線設備APP可視，空氣質量監控，廠內噪聲監控，工藝指導界面設備放行，設備易損件生命周期管控等，對于數字化需求和試制裝配島建設可以參照表7形式進行搜集和整理，為了實現數字化要求，新投入的設備具備信息記錄和將信息上傳至上位機的功能，對于已有設備可以進行相應的改造升級滿足信息記錄和上傳。為了對數據實現有效管理，可以設立車間級的中控系統對車間過程數據進行存儲和整理，后期根據定制化要求對關鍵和有用數據對上位系統進行數據映射傳遞，系統架構軟件框架如圖6所示。

4? ? 總結

面向多客戶群研發的現代化乘用車試制裝配線/島規劃設計是一個比較新和熱門的領域，在行業中沒有成體系方法和具體的案例可供借鑒，本文從輸入邊界出發，通過行業頭部企業對標，針對當前整車裝配試制的痛點問題，設定規劃目標和原則，在此框架下根據試制裝配島布局的適用場景設定方式，再對整車裝配的功能場景按試制裝配島功能區分別進行設計闡述，同時梳理出涉及的設備和工裝清單供參考，再此基礎上考慮線邊物流、參觀通道的分流設計，也考慮了數字化規劃設計來打通信息流的記錄和上傳，對實現的數字化功能場景進行系統說明等，最終的預期效果是為整車試制裝配驗證賦能，實現整車試制裝配柔性化、定制化、驗證性、智能化，為傳統行業進行數字化改造升級提供一定的智力支持和實踐方案借鑒。

參考文獻：

[1]劉金勁，鄧同來. 乘用車總裝車間生產線的設計與實踐[J].汽車工藝與材料，2020（6）：57-61.

[2]張璠，閆紅珍，趙登峰，等. 淺析汽車行業總裝工位的規劃[J]，2021（10）：133-134.

[3]孔凡挺，黃健龍，鐘俊巖，等.乘用車總裝車間工藝規劃研究[J].汽車工藝師，2017（6）：60-63.

[4]董欣陽.汽車總裝輸送技術與應用綜述[J].現代制造技術與裝備，2021（11）：50-52.

[5]王春生.某汽車廠總裝車間柔性化生產線的優化設計研究[D].長春：吉林大學，2017.