汽車總裝工藝流程的設(shè)計

陳 平，譚志強，劉曉鋒，趙東海，黃青斌，黃方怡

Chen Ping1，Tan Zhiqiang1，Liu Xiaofeng1，Zhao Donghai2，Hang Qingbin2，Huang Fangyi2

（1. 廣州汽車集團汽車研究院，廣東 廣州 511434；2. 吉利汽車研究院，浙江 杭州 310018）

汽車總裝工藝流程的設(shè)計

陳 平1，譚志強1，劉曉鋒1，趙東海2，黃青斌2，黃方怡2

Chen Ping1，Tan Zhiqiang1，Liu Xiaofeng1，Zhao Donghai2，Hang Qingbin2，Huang Fangyi2

（1. 廣州汽車集團汽車研究院，廣東 廣州 511434；2. 吉利汽車研究院，浙江 杭州 310018）

隨著市場的激烈競爭，汽車制造商通過跨平臺車型混線生產(chǎn)方式來滿足市場對車型的多樣化需要，使汽車制造商對生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計越發(fā)敏感。文中介紹了總裝工藝流程的內(nèi)容，從生產(chǎn)線通過性、生產(chǎn)線布局、工藝技術(shù)3個方面詳細分析總裝工藝流程的設(shè)計要點，為降低汽車總裝工藝的復(fù)雜程度，提高生產(chǎn)線的混線能力和對總裝工藝流程的設(shè)計提供思路和參考意見。

工藝流程；生產(chǎn)綱領(lǐng)；工序排布；生產(chǎn)線平衡；設(shè)備共用率

0 引 言1

隨著市場的激烈競爭，汽車制造商通過模塊化，跨平臺車型混線生產(chǎn)方式來滿足市場對車型的多樣化需求，汽車制造商對于生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計越發(fā)敏感。合理的工藝流程設(shè)計對工廠的混線生產(chǎn)能力，以及對平臺車型拓展及柔性化起到極大的作用；合理的工藝流程，以先進的工藝技術(shù)為驅(qū)動力，追求零缺陷、消除浪費、增值動作占比最大化以及合理的經(jīng)濟成本，也是提高生產(chǎn)效率和降低制造成本的有力措施，最終影響著企業(yè)的競爭能力。

1 汽車總裝工藝流程

1.1 汽車總裝工藝流程

汽車總裝工藝流程主要分為內(nèi)外飾線（Trim）、底盤線（Chassis）、最終線（Final）、分裝線（Sub）、檢測線（Test）和終檢線（Finish）。總裝工藝流程設(shè)計需要考慮生產(chǎn)線通過性（如空間、設(shè)備、工裝、安全等方面）、生產(chǎn)線布局（比如工位數(shù)量、工位節(jié)距、節(jié)拍、仿真技術(shù)等）和工藝技術(shù)（諸如裝配特性、扭矩、加注、工藝設(shè)備水平等）3方面。合理的工藝流程設(shè)計可以在控制成本的前提下，使生產(chǎn)線具有更好的柔性和適應(yīng)性，進而決定汽車制造商的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、成本控制、工藝技術(shù)水平等。隨著制造工藝技術(shù)的發(fā)展，汽車總裝工藝流程的設(shè)計向著自動化、模塊化、平臺化、標準化、智能化和人性化的趨勢發(fā)展，這也是企業(yè)快速響應(yīng)市場，提高競爭力和降低生產(chǎn)成本的戰(zhàn)略選擇[1]。

1.2 工藝流程設(shè)計主要參數(shù)

1）JPH：Jobs Per Hour：每小時車輛產(chǎn)量，是衡量一條生產(chǎn)線的產(chǎn)能高低的重要指標。

2）工位節(jié)距：每個工位在生產(chǎn)線所占的長度。工位節(jié)距=生產(chǎn)車輛最大長度+兩車間距，兩車間距主要考慮裝配操作的安全性和便利性，一般設(shè)定在1.2～1.5 m。

3）T：生產(chǎn)線節(jié)拍（Cycle Time），即多長時間從生產(chǎn)線下線一臺整車。

T=60×μ/JPH，其中60為單位小時；JPH為每小時下線數(shù)量；μ為生產(chǎn)線設(shè)備開動率，也是作為衡量生產(chǎn)線工作效率的指標，一般生產(chǎn)線開動率取值為90%～95%。

4）P：工位密度，即每個工位上的平均人數(shù)。

5）H：工時總額，指車輛從上線到下線的裝配總時間[2]。

H=T×P×N，其中T為生產(chǎn)節(jié)拍，P為工位密度，N為生產(chǎn)線工位數(shù)。

1.3 汽車工藝流程設(shè)計原則

1）工序集中原則：將多車型的相同操作集中在相同工位，盡量使用相同工具。這樣不僅減少設(shè)備投資，也減少裝配工時，提高生產(chǎn)效率。

2）工序分散原則：汽車生產(chǎn)是處于一個價值流下的流水線，為了生產(chǎn)線工時平衡，需將許多小件，獨立的裝配內(nèi)容分散到多個工位上，平衡工位間的工時差，以及進行防錯和復(fù)檢功能，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3）多車型混線的基本原則：RPS定位系統(tǒng)共用。車身定位基準是汽車生產(chǎn)的總定位點，作為車身各子總成在整車的工藝基準，保持車身坐標系一致性是生產(chǎn)輸送線的基本原則，是焊裝、涂裝、總裝車間輸送的定位基準和裝配工藝基準，如圖1所示。

圖1 車身RPS定位孔

2 總裝工藝流程設(shè)計要點

2.1 流程設(shè)計參考要素

工藝流程設(shè)計要參考企業(yè)的生產(chǎn)車型的復(fù)雜程度，諸如車型的產(chǎn)品特點、檔次、零部件模塊化程度、生產(chǎn)線工藝水平、工藝技術(shù)能力等因素；零部件總成彼此裝配關(guān)系和產(chǎn)品技術(shù)條件；生產(chǎn)綱領(lǐng)和節(jié)拍要求；法規(guī)限制級企業(yè)資源能力等；形成最優(yōu)的工藝流程，從而達到車間工位數(shù)量最少，縮短生產(chǎn)線的長度，減少總裝車間的面積，提高生產(chǎn)線的柔性化和可擴展能力[3]。

2.2 工位劃分

汽車總裝生產(chǎn)線主要分為內(nèi)外飾線、底盤線、最終線、分裝線。工序排布要參考生產(chǎn)線的布局特點，根據(jù)整車BOM表信息，按照結(jié)構(gòu)特點將整車各系統(tǒng)合理分布到各段生產(chǎn)線，再以零部件總成為單位合理編排到各工位。

2.3 工序排布順序

根據(jù)各零部件的裝配關(guān)聯(lián)性和產(chǎn)品屬性層級合理設(shè)定裝配順序。一般按照串聯(lián)或并聯(lián)的裝配屬性、上下先后順序、由內(nèi)至外的覆蓋層級進行逐層覆蓋性裝配，同時考慮避免工序作業(yè)干擾，以及預(yù)留檢驗工序。

2.4 零部件總成集中裝配

混線生產(chǎn)中，將各車型的相同零件總成布置到相同的工位上裝配，例如前后懸架、前后保險杠等。將系統(tǒng)零件安排在同一工位進行集中裝配，提高裝配效率，可以很好地防錯和提高物流便利性，避免錯、漏裝發(fā)生，利于質(zhì)量控制。

2.5 工位密度

考慮裝配人員操作空間的舒適性，工位密度一般以2～3人/工位的密度值為佳。如圖2所示，工位人員布置主要由車輛左右兩側(cè)、前后、內(nèi)外組合排列構(gòu)成。原則是裝配工序互相沒有干涉及行走路程無重疊區(qū)域；避免相鄰車輛的前車輛背門區(qū)域與后車輛的前艙區(qū)域同時布置人員；避免同車輛的兩側(cè)和車體內(nèi)同時布置人員。一般是同工位車輛兩側(cè)布置人員裝配對稱性零部件；同工位布置前艙區(qū)域和后艙區(qū)域人員；同工位布置車體內(nèi)區(qū)域與前艙區(qū)域或背門區(qū)域人員。再根據(jù)車型特點綜合排布[4]。

圖2 典型工位人員布置圖

2.6 獨立工序工位原則

部分獨立工序為了保證裝配質(zhì)量，從物料配送及生產(chǎn)安全角度考慮，通常不會與其他工序關(guān)聯(lián)，該工位不宜規(guī)劃其他裝配內(nèi)容，基本原則是占用獨立工位來完成。比如前后風(fēng)擋的涂膠和裝配工序，輪胎安裝和擰緊工序，汽車燃油加注工序，底盤與車身合裝工序，整車四輪定位工序等[5]。

一般大型設(shè)備在工藝流程設(shè)計之初就要優(yōu)先設(shè)定和考慮，減少工藝流程的變更和修改對大型設(shè)備的影響。比如前后風(fēng)擋玻璃涂膠設(shè)備一般布置在內(nèi)飾線體的最后工位，內(nèi)飾線的工藝路程做何種變化也不會造成影響。底盤合車工序一般布置在底盤線中后段，給予足夠的緩沖工位來應(yīng)對突發(fā)事件，確保整車性能的重要工藝裝配質(zhì)量。油液加注設(shè)備一般集中優(yōu)先布置在最終線處，優(yōu)先采用多合一形式的油液加注設(shè)備。

2.7 力矩管理

力矩是總裝工藝中最重要的工藝質(zhì)量參數(shù)之一，盡量采用高精度擰緊設(shè)備。工藝流程原則上盡量設(shè)計為：同一工位上1名員工只使用1種擰緊工具進行 1種力矩值或同種規(guī)格螺栓的多個標準件擰緊作業(yè)。減少套筒更換工序，不允許人員使用超過2種擰緊設(shè)備。對于1把高精度伺服電動擰緊工具需要擰緊不同規(guī)格和力矩值的作業(yè)，必須增加防錯和記數(shù)等追溯功能裝置。結(jié)合生產(chǎn)車型的標準件類型和數(shù)量、力矩值大小，考慮工序內(nèi)標準件力矩和對邊尺寸的統(tǒng)一。在不影響產(chǎn)品性能的前提下，將工藝力矩進行整合，從而達到減少標準件種類，減少使用工具種類的目的，使裝配達到最佳的簡量化。

2.8 模塊化裝配

盡量采用模塊化技術(shù)裝配，汽車總裝模塊化生產(chǎn)可以顯著縮短生產(chǎn)線長度、降低總裝工藝復(fù)雜性、縮小工廠規(guī)模，提高生產(chǎn)線柔性化。例如沒有采用模塊化的情況下，裝配冷凝器、散熱器、防撞梁、前組合燈總成、機蓋鎖等工序內(nèi)容至少需要6個工位，采用前端化技術(shù)裝配，只需要1個工位就可以完成前端模塊的裝配，顯著減少工位長度和裝配難度。目前可實現(xiàn)的總裝模塊化主要有前端模塊化、車門模塊化、底盤模塊化、頂棚集成化、油箱集成化、IP模塊化、車輪模塊化等[6]。

2.9 人機性裝配

總裝裝配內(nèi)容主要是由人完成裝配，零部件的裝配便利性要從作業(yè)人員動作姿勢進行匹配考慮，以人員站姿裝配為佳，盡量避免裝配人員過高、彎曲或側(cè)身的動作，減少人員的職業(yè)健康傷害。對于底盤線的作業(yè)流程，建議采用高度可調(diào)及車身可旋轉(zhuǎn) 90°的C型鉗吊具來提高底盤裝配人機性；對于內(nèi)飾線的作業(yè)流程，經(jīng)常出現(xiàn)人員裝配位置和車身懸掛高度不吻合，作業(yè)人員需要下蹲或彎曲身體來完成裝配作業(yè)。通過采用Z向高度柔性可調(diào)的車身托盤，可以保證在不同的工位將車身定位在合理的高度，方便人員站立式裝配，減少蹲著及軀干彎曲造成的身體機能勞損，如圖 3所示。對于其他過重或大件的零部件，采用助力機械手輔助裝配，減少作業(yè)人員的勞動量和勞動強度。

圖3 人性化工裝設(shè)備

2.10 延遲排布

考慮在線維修和生產(chǎn)掉線的突發(fā)情況，對于裝配關(guān)系存在先后串聯(lián)屬性的較大零部件，至少隔開一個延遲工位進行排布。比如天窗與頂棚的裝配關(guān)系為先后串聯(lián)屬性，雖然必須先裝配天窗總成后才能裝配頂棚，但是在工藝流程設(shè)計時，一般要求頂棚總成與天窗總成至少錯開一個工位的延遲距離，是為了預(yù)防天窗裝配出現(xiàn)質(zhì)量問題或裝配人員跟不上生產(chǎn)節(jié)拍掉線，留給響應(yīng)人員在線處理問題的時間。

2.11 生產(chǎn)安全

易燃、易爆、易碎、有毒物質(zhì)或零部件的裝配盡量放在生產(chǎn)線后端工位，以減少安全防護工作量。比如汽油加注設(shè)備工位一般布置在生產(chǎn)線后端工位區(qū)域，消防要求上該工位應(yīng)與廠房通道大門距離最短并暢行無阻。

2.12 擴展工位

考慮工藝技術(shù)的進步和企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展。工藝流程設(shè)計之初，要預(yù)留一部分的擴展工位，以滿足后續(xù)平臺車型的增加，以及混線生產(chǎn)造成的工藝流程變更，以便在后續(xù)車型上線裝配時，不至于出現(xiàn)工位長度不足，或者導(dǎo)致現(xiàn)場裝配擁擠的現(xiàn)象。

2.13 生產(chǎn)線平衡

生產(chǎn)線均衡的目的是在滿足約束狀態(tài)下使特定目標函數(shù)最大化或最小化。目前普遍認為總裝工藝流程平衡性（ALB）的問題主要分為3大類：生產(chǎn)綱領(lǐng)確定了生產(chǎn)節(jié)拍大小，求最少生產(chǎn)線工位的問題；生產(chǎn)綱領(lǐng)確定了生產(chǎn)線工位數(shù)量，求最小生產(chǎn)節(jié)拍的問題；生產(chǎn)線工位數(shù)和生產(chǎn)節(jié)拍都確定了的情況下，求混線車型之間生產(chǎn)的負荷均衡性問題[7]。

優(yōu)化生產(chǎn)線平衡的方法主要有5M法，從人、機、料、法、環(huán) 5個環(huán)節(jié)入手改善。以及 ECRS法，即取消（Eliminate）、合并（Combine）、重排（Rearrange）和簡化（Simply），從改善作業(yè)手法角度上優(yōu)化生產(chǎn)線平衡。

2.14 設(shè)備共用率

多品種混線的生產(chǎn)線，通用設(shè)備占總設(shè)備的比例，是評價混流生產(chǎn)線經(jīng)濟性與柔性化能力的重要指標。

1）對于發(fā)動機分裝及合車的工裝設(shè)備，必須設(shè)計成柔性化通用工裝，以滿足多個不同動力配置的裝配。

2）對于諸如儀表總成、前端模塊、車門模塊等的助力機械手，盡量采用通用的夾持孔和定位銷，以達到一套助力機械手滿足不同車型的裝配需求。

3）不同車型的各種油液加注口設(shè)計上要保持一致，才能滿足加注設(shè)備的共用。

4）標準件規(guī)格及對邊尺寸盡量采用國標的產(chǎn)品，減少非標設(shè)計，達到減少擰緊工具種類，減少設(shè)備采購費用。

2.15 功最小原則

從價值流的理念出發(fā)，工藝流程設(shè)計目標函數(shù)是在一定節(jié)拍條件下使各工位非增值時間總和最小或者增值時間總和最大。物流配送過程不增加增值屬性或任何附加值，因此物流運輸“距離”要短，搬運“量”要小。盡量采用SPS（Set Parts System）物流模式，減少人員走動時間及物料搬運時間[8]。

3 結(jié)束語

在汽車總裝生產(chǎn)線的設(shè)計過程中，再好的生產(chǎn)通過性、生產(chǎn)線布局，都需要合理的工藝流程來匹配，才能發(fā)揮最大效能。伴隨著市場、技術(shù)及政策導(dǎo)向等多方面因素的推動，汽車總裝工藝技術(shù)向著模塊化、自動化、柔性化、人性化、智能數(shù)字化的趨勢發(fā)展。與之匹配的汽車總裝工藝流程也會產(chǎn)生變革性變化。

總裝工藝人員在進行工藝流程設(shè)計時，要綜合考慮企業(yè)自身定位、生產(chǎn)車型的復(fù)雜程度、當(dāng)前工藝技術(shù)水平、生產(chǎn)綱領(lǐng)要求、法規(guī)限制及成本投入，也要提高新技術(shù)新材料的運用，配合數(shù)字化工廠仿真，形成最優(yōu)的工藝流程。提高產(chǎn)品研發(fā)和工藝流程編排的進度，減少試制過程和后續(xù)技術(shù)改造成本，從而縮短生產(chǎn)線的長度，減少總裝車間的面積，提高生產(chǎn)線的柔性化和擴展性。

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2016-03-28