汽車總裝車間智能物流輸送技術(shù)研究

徐夢龍

[摘? ? 要]隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)競爭愈發(fā)激烈，企業(yè)之間的競爭模式也由傳統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)模競爭轉(zhuǎn)化為成本競爭降低，使得生產(chǎn)周期在企業(yè)競爭中是獲得領(lǐng)先的關(guān)鍵因素。絕大部分汽車生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)物流是自然形成的，因此如何最大程度上降低產(chǎn)品成本，成為企業(yè)管理者亟待解決的問題。以某總裝車間為例，目標(biāo)為其建設(shè)100%全自動化的物流運(yùn)輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以物流自動導(dǎo)航為載體，輔之以智能物流系統(tǒng)，利用AGV智能調(diào)控器分配任務(wù)，通過控制系統(tǒng)及AGV自身實(shí)現(xiàn)對物料的精準(zhǔn)配送，利用仿真技術(shù)對物流配送進(jìn)行模擬，同時對路線進(jìn)行優(yōu)化。

[關(guān)鍵詞]汽車;總裝車間;智能物流輸送

[中圖分類號]U468.23 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]With the rapid development of my countrys social economy， competition in the automotive industry has become increasingly fierce， and the competition mode among enterprises has also changed from traditional production scale competition to cost reduction. The production cycle is the key factor for enterprises to get ahead in the competition. . The production logistics of most automobile manufacturers is naturally formed. Therefore， how to reduce the cost of products to the greatest extent has become an urgent problem for business managers. Take a general assembly workshop as an example. The goal is to build a 100% fully automated logistics transportation system. The system is based on automatic logistics navigation as a carrier， supplemented by an intelligent logistics system， using the AGV intelligent controller to allocate tasks， and through the control system and AGV Realize accurate distribution of materials by itself， use simulation technology to simulate logistics distribution， and optimize routes at the same time.

[Keywords]automobile; assembly workshop; intelligent logistics transportation

目前隨著汽車智能制造業(yè)的快速發(fā)展，尤其是在中國大力推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、云計算等背景之下，企業(yè)在生產(chǎn)過程中使用自動化物流系統(tǒng)已成為各大汽車制造公司提升其競爭力的關(guān)鍵舉措，自動化物流系統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)成為企業(yè)智能制造關(guān)注的議題之一。

物流在汽車生產(chǎn)中扮演著重要角色，因此物流規(guī)劃水平將直接影響企業(yè)競爭力。整車生產(chǎn)工廠對物流質(zhì)量要求更高，因其是高度集中產(chǎn)品，有近萬件的集成零件，除車身外基本都通過物流配送到各總裝線。因此在面對汽車行業(yè)競爭壓力不斷增大的前提下，總裝車間物流開始由粗放物流轉(zhuǎn)化為精細(xì)化物流。

1 生產(chǎn)物流定義及特性

1.1 生產(chǎn)物流定義

生產(chǎn)物流指的是對產(chǎn)品的各個零部件輔料通過配送運(yùn)輸至上線，根據(jù)企業(yè)前期規(guī)劃的生產(chǎn)流程，在制造過程中依靠具有一定可靠性的轉(zhuǎn)送器具，在不同裝配區(qū)間以及存儲區(qū)之間進(jìn)行流動，實(shí)現(xiàn)零件的流轉(zhuǎn)。生產(chǎn)物流的特性包括不間斷性、同步性、節(jié)拍性以及比例性。

1.2 汽車總裝線簡介

汽車總裝線大多采取分段式設(shè)計，依據(jù)功能模塊通常分為多個區(qū)域，各功能模塊如下。

PBS區(qū)負(fù)責(zé)總裝車間的故障停開、班次需求的整體調(diào)度，是總裝車間和涂裝車間的過渡區(qū)，其調(diào)度算法的好壞將直接影響整個生產(chǎn)線的性能。

內(nèi)飾裝配線負(fù)責(zé)對車門拆卸、擋風(fēng)玻璃、地毯等汽車附件的安裝，通常分為內(nèi)飾一線和內(nèi)飾二線。

（1）底盤線負(fù)責(zé)對發(fā)動機(jī)、油箱、水箱等汽車零部件的安裝。

（2）最終裝配線負(fù)責(zé)安裝座椅、車門安裝、后視鏡安裝等。

（3）檢測線負(fù)責(zé)對車燈、底盤等質(zhì)量進(jìn)行檢測，是汽車質(zhì)量檢測的最后環(huán)節(jié)，在檢測完成后，等待進(jìn)入路試。

汽車總裝線各自模塊劃分可分為上述模塊，但在汽車總裝線設(shè)計過程中，不同模塊擁有不同的裝配單元。

2 現(xiàn)階段汽車總裝線設(shè)計模式及不足

2.1 現(xiàn)階段汽車總裝線設(shè)計模式

汽車總裝線設(shè)計具有一定的相似性，通常設(shè)計人員在設(shè)計汽車總裝線時，往往會將前期設(shè)計完成的資源作為參考，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行修改。

2.2 現(xiàn)階段汽車總裝線設(shè)計模式中存在的不足

汽車總裝線設(shè)計最終目標(biāo)是要在滿足其設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，盡可能實(shí)現(xiàn)周期短、利用率高、布局方案適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。但在現(xiàn)階段汽車總裝線設(shè)計中還存在難以達(dá)到理想設(shè)計目標(biāo)的情況，主要有以下兩點(diǎn)不足。

（1）設(shè)計人員在實(shí)際設(shè)計過程中，由于對已有設(shè)計資源并未進(jìn)行有效管理，在檢索相似資源時，設(shè)計師往往搜不到已有的設(shè)計資源，導(dǎo)致重復(fù)設(shè)計，浪費(fèi)設(shè)計時間。

（2）在汽車總裝線設(shè)計過程中，存在大量的數(shù)據(jù)計算，如PBS容量大小、內(nèi)飾線數(shù)量計算。這些數(shù)據(jù)計算大都由工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計算。加之傳統(tǒng)汽車總裝線是建立在理想環(huán)境下設(shè)計，而在實(shí)際生產(chǎn)過程中制造資源是動態(tài)變化的，因此，傳統(tǒng)汽車總裝線設(shè)計無法對汽車產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)能提供有效保障。

3 汽車總裝車間智能物流輸送技術(shù)

3.1 設(shè)計參數(shù)及技術(shù)方案

此次汽車總裝線設(shè)計以某總裝車間要求為例，通過對車間的智能化改造，來建設(shè)年產(chǎn)10萬輛的總裝車間，產(chǎn)品包括C級轎車、SUV、電動SUV等車型。根據(jù)設(shè)計需求，此次設(shè)計共分為40種器具類型，物流采用3種器具分別是SPS器具種類10種、器具數(shù)量10個、批量配送的器具種類24種、器具數(shù)量6個、排序配送的器具種類6種、器具數(shù)量2個。根據(jù)上述實(shí)際參數(shù)，按照生產(chǎn)布局要求，將物流線分化為單區(qū)域。其中，一次內(nèi)飾線、車門線的裝配線，根據(jù)物料特點(diǎn)采用SPS，從相鄰物流廠利用AGV送至總車間。二次內(nèi)飾線及底盤線，經(jīng)由總車間物流直接輸送到上生產(chǎn)線。底盤準(zhǔn)時化線經(jīng)由廠外物流車輛直接運(yùn)輸至車間物流，進(jìn)行包裝后將由AGV輸送至上線。3個區(qū)采用統(tǒng)一的調(diào)度系統(tǒng)。每個區(qū)域設(shè)計摩擦線作為器具緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)內(nèi)物流線路共同采用AGV運(yùn)輸，可實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的隨時調(diào)度。

3.2 設(shè)備組成

3.2.1 AGV及控制系統(tǒng)

AGV指的是帶有自動路徑識別的導(dǎo)航系統(tǒng)以及安全保護(hù)系統(tǒng)，屬于車輪式機(jī)器人。在進(jìn)行AGV選型過程中，可針對不同維度進(jìn)行充分論證，結(jié)合工廠實(shí)際情況選擇適合工廠需求的AGV選型。此次AGV選取數(shù)量為40臺左右，運(yùn)行速度23m/min，主要在裝配總線使用AGV，借助上下交叉?zhèn)鬟f的方式完成運(yùn)輸流程。

在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，AGV被分為牽引式和背負(fù)式2種，其中，背負(fù)式適用于標(biāo)準(zhǔn)化無腳零件運(yùn)輸。AGV的驅(qū)動方式?jīng)Q定了其行動模式，目前大多采用舵輪驅(qū)動，具體驅(qū)動方式如表1所示。

3.2.2 綜合調(diào)控系統(tǒng)

為滿足智能化作業(yè)需求，由多輛AGV構(gòu)成的集群式物流配送系統(tǒng)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，主要內(nèi)容包括多調(diào)度任務(wù)的協(xié)調(diào)研究;研究提高AGV響應(yīng)和工作效率的有效方法，保障物流運(yùn)輸?shù)母咝?AGV無沖突運(yùn)行機(jī)理研究。根據(jù)生產(chǎn)需求制定調(diào)度策略，避免碰撞問題出現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生沖突時，需要結(jié)束原定計劃，重新完成配置調(diào)度策略制定。

3.2.3 配套設(shè)施

該項(xiàng)目中主要在物流器具方面進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)AGV特殊場景的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)AGV物流集聚的自動化，開發(fā)一系列標(biāo)準(zhǔn)化的物流器具。該物流通過前后2個升降器和物流器具底部掛鉤進(jìn)行連接，帶動整體物流運(yùn)行。本項(xiàng)目創(chuàng)新采用AGV物流升降機(jī)相結(jié)合的方式，以適應(yīng)高通道的運(yùn)行需求。

3.3 生產(chǎn)仿真系統(tǒng)

3.3.1 仿真輸入

項(xiàng)目選用Siemens Plant Simulation軟件，按照1∶1比例針對物流方案進(jìn)行建模。仿真輸入在全自動化物流配送系統(tǒng)規(guī)劃過程中具有重要作用，有助于幫助整個物流布局、線路布局的分析模擬，通過對動態(tài)模擬可直觀地得出可行性結(jié)論，在規(guī)劃前期更好地明確相關(guān)數(shù)據(jù)以及設(shè)備數(shù)量，節(jié)約企業(yè)規(guī)劃成本。本次仿真輸入采用可視化計算機(jī)模型，并在此基礎(chǔ)之上通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M的方式得出不同現(xiàn)場條件下的物流方案運(yùn)行效果，真正模擬出方案投入現(xiàn)場后的實(shí)際應(yīng)用情況。

3.3.2 仿真驗(yàn)證

仿真驗(yàn)證實(shí)際是通過數(shù)字化模擬，在保障與現(xiàn)場方案要素一致的前提下進(jìn)行反復(fù)且具有針對性的實(shí)驗(yàn)，對方案的可行性和方案問題進(jìn)行識別。

在仿真初期，對已知條件進(jìn)行梳理、分類鎖定，輸入相關(guān)參數(shù)。本次仿真過程針對道路管制點(diǎn)進(jìn)行物流流量分析。

①此次物流仿真方案的設(shè)定，針對AGV設(shè)備流量以及密集程度，對其交通管制點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。②對每小時不同類型AGV設(shè)備通過量以及等待頻次等進(jìn)行統(tǒng)計。③并根據(jù)傳統(tǒng)物流規(guī)劃數(shù)學(xué)計算方式，對此次物流仿真模型加以計算。

本項(xiàng)目中已知條件是設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，在設(shè)備運(yùn)行參數(shù)邏輯關(guān)系鎖定的前提下，假定設(shè)備運(yùn)行故障，服從隨機(jī)分配，對各配送線路所需AGV設(shè)備數(shù)量進(jìn)行求解，在求解過程中觀察工藝生產(chǎn)節(jié)拍及仿真結(jié)果。通過三輪仿真修正，對3個區(qū)域共計40條線路進(jìn)行模擬優(yōu)化，共優(yōu)化AGV線路11條，解決線路問題4點(diǎn)，優(yōu)化輸送線路12條，保障每條線路具有90%～95%的可動率，使方案在可行性的前提下得以優(yōu)化。

4 結(jié)束語

方案設(shè)計的總目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)總裝車間的100%全自動化，按照項(xiàng)目目標(biāo)首先設(shè)計項(xiàng)目總體方案，并根據(jù)整體方案對AGV調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行選型。通過模擬仿真實(shí)現(xiàn)對整個物流系統(tǒng)的優(yōu)化，最終完成全自動化總裝車間物流設(shè)計。通過此次研究，實(shí)現(xiàn)了在不足20000 m2的空間內(nèi)達(dá)到年產(chǎn)10萬輛的生產(chǎn)能力，減少車間內(nèi)運(yùn)輸車輛30輛，減少物流配送人員60人。該研究成果具有一定的可擴(kuò)展性、可復(fù)制性，對產(chǎn)能調(diào)整、新產(chǎn)品投入具有一定的柔性，對同行業(yè)及相關(guān)物流產(chǎn)業(yè)具有一定的借鑒意義。

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