基于柔性化的汽車儀表臺(tái)裝配線技術(shù)及其應(yīng)用

吳耿雄 謝景山

摘要：為了節(jié)約建造及運(yùn)營(yíng)汽車儀表臺(tái)裝配線的投資成本、縮短制造周期、提高生產(chǎn)兼容的柔性化能力，對(duì)總裝工廠建造前期進(jìn)行綜合考慮，研究滿足投資最小化、建造周期最短化、柔性兼容能力最大化的儀表臺(tái)裝配系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)方案。對(duì)國(guó)內(nèi)主機(jī)廠的調(diào)查，總裝工廠里儀表臺(tái)裝配線主要采用主裝配線以外獨(dú)立建一條懸掛線進(jìn)行儀表臺(tái)裝配，并用升降機(jī)及空中輸送線來(lái)實(shí)現(xiàn)與主輸送線對(duì)點(diǎn)銜接，構(gòu)成完整的單循環(huán)流水線，傳統(tǒng)懸掛線建造周期長(zhǎng)，設(shè)備投資大，工位數(shù)固定等特點(diǎn)，柔性化及成本效率相對(duì)較低，面對(duì)需產(chǎn)能變化或是新機(jī)種導(dǎo)入時(shí)，存在明顯的柔性化改造困難，存在較大的投資，偏長(zhǎng)的改造周期等突出課題;本文通過(guò)研究新的構(gòu)思和線體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)大幅度提升柔性化能力，將建造投資和后期改造投資最小化，并確保后期適用性升級(jí)周期最短化。

關(guān)鍵詞：儀表臺(tái)裝配線;AGV小車;空中懸掛線;SPS物流模式

0? 引言

在汽車主機(jī)廠建造汽車生產(chǎn)線進(jìn)行流水線作業(yè)，實(shí)現(xiàn)高效、快速生產(chǎn)出高品質(zhì)、高一致性的汽車商品，提供給顧客滿意的產(chǎn)品也實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的生產(chǎn)盈利，在總裝工廠建造主輸送線、發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線、儀表臺(tái)裝配線、車門裝配線等線體的運(yùn)作來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)環(huán)節(jié)的分聚匯流實(shí)現(xiàn)整車零件裝配;因此在生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中需要考慮到當(dāng)前投入必要的投資建造具備當(dāng)下需要生產(chǎn)的機(jī)種和車型，按照短期的生產(chǎn)任務(wù)、目標(biāo)設(shè)定相關(guān)的生產(chǎn)線規(guī)格，并且需要伴隨著市場(chǎng)的變化、車型機(jī)種的升級(jí)變化，需不斷進(jìn)行升級(jí)改造，做到生產(chǎn)能力與市場(chǎng)需求形成快速聯(lián)動(dòng);本文定位于全新的儀表臺(tái)裝配工藝系統(tǒng)，采用新的制造工藝實(shí)現(xiàn)初期投資的最小化，并且能夠具備高度柔性化，應(yīng)對(duì)未來(lái)多變的市場(chǎng)需求，可以實(shí)現(xiàn)快速的、改造周期最小化的生產(chǎn)工藝，并將這個(gè)新工藝建造、使用于汽車儀表臺(tái)的生產(chǎn)應(yīng)用中。

1? 傳統(tǒng)的儀表臺(tái)裝配線的建造工藝特點(diǎn)及其分析

1.1 傳統(tǒng)儀表臺(tái)分裝線（儀表臺(tái)裝配線）的概況

傳統(tǒng)的儀表臺(tái)裝配線形式：空中懸掛線的形式，驅(qū)動(dòng)模式主要有積放鏈驅(qū)動(dòng)方式和摩擦輪驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)空中3米的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力帶動(dòng)裝配線，空中廠房需設(shè)置載荷吊點(diǎn)，吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)負(fù)載能力為3000kg/m2。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式在量產(chǎn)中出現(xiàn)的課題及相關(guān)不足：

①由于采用懸掛線的形式整體投資高、造價(jià)相對(duì)較高，建造周期長(zhǎng)，施工難度大（升降機(jī)配置，空中完成件輸送線體）;

②作業(yè)中出現(xiàn)晃動(dòng)影響作業(yè)性，由于懸掛線的形式在生產(chǎn)線流動(dòng)過(guò)程由于重心隨著裝配零件出現(xiàn)變化及作業(yè)施力情況下出現(xiàn)整體晃動(dòng)（±8°）;

③整體空中線的產(chǎn)能變化柔性差，改造工期長(zhǎng)等（調(diào)查某工廠 2011年24萬(wàn)能擴(kuò)中的18個(gè)工位延長(zhǎng)到24個(gè)工位，需要進(jìn)行區(qū)域線段拆除延長(zhǎng)工程，耗費(fèi)投資大、工期長(zhǎng)）;

作業(yè)工位數(shù)=∑理論裝配工時(shí)÷設(shè)計(jì)編成率÷產(chǎn)能設(shè)計(jì)節(jié)拍

設(shè)計(jì)編成率=單位工位理論裝配工時(shí)÷產(chǎn)能設(shè)計(jì)節(jié)拍

產(chǎn)艱設(shè)計(jì)節(jié)拍=∑全天開(kāi)動(dòng)時(shí)間÷理論稼動(dòng)率÷設(shè)計(jì)日產(chǎn)量

④后期導(dǎo)入SPS物流模式，在原有吊具上搭載SPS臺(tái)車牽引，由于受力及規(guī)格難以兼容，出現(xiàn)吊架連接部位磨損嚴(yán)重，SPS臺(tái)車在行進(jìn)中出現(xiàn)干涉和卡阻等不良現(xiàn)象，造成稼動(dòng)損失。

1.2 傳統(tǒng)儀表臺(tái)裝配線的主要技術(shù)

①組成：吊架，地面空中驅(qū)動(dòng)鏈條（高度2700mm），升降機(jī)2臺(tái)，空中輸送鏈1條（高度6000mm），空中輸送線安全網(wǎng)。

②功能：作業(yè)線體及輸送線體組成;作業(yè)線體：由20個(gè)吊架組成一個(gè)橢圓形的循環(huán)線，按照生產(chǎn)體制節(jié)拍（24萬(wàn)/年：75JPH）運(yùn)轉(zhuǎn)，提供24個(gè)工位給裝配員工進(jìn)行作業(yè);輸送線體：主要負(fù)責(zé)將空吊架或者儀表臺(tái)完成件輸送到指定的地方進(jìn)行下個(gè)工序，采用空中懸掛軌道的方式，分別有地面2700mm。

③作業(yè)過(guò)程：儀表臺(tái)空吊架進(jìn)入作業(yè)區(qū)，員工將儀表臺(tái)橫梁、線束等零件按照順序安裝到儀表臺(tái)橫梁上，在作業(yè)過(guò)程中由于零件不斷裝配使得整個(gè)吊架不斷擺動(dòng)（±8°），存在影響正常作業(yè)和帶來(lái)品質(zhì)不良的隱患。

④調(diào)查發(fā)現(xiàn)某儀表臺(tái)裝配線于2006年建設(shè)完成后投入使用，并于2010年進(jìn)行24萬(wàn)能擴(kuò)改造，改造工程，拆除環(huán)線中一段空中輸送軌道，并延長(zhǎng)作業(yè)線長(zhǎng)度（共20m，增加6個(gè)作業(yè)工位），耗時(shí)8天，存在投資大、改造工期長(zhǎng)，生產(chǎn)產(chǎn)量損失大等問(wèn)題。

1.3 傳統(tǒng)儀表臺(tái)裝配線的特點(diǎn)總結(jié)

傳統(tǒng)裝配線的優(yōu)點(diǎn)有基礎(chǔ)穩(wěn)固，生產(chǎn)穩(wěn)定，缺點(diǎn)主要有由于整體設(shè)備形式復(fù)雜、空中鋼結(jié)構(gòu)限制，延伸柔性化能力較差，其一前期的生產(chǎn)規(guī)劃用地相對(duì)固定，無(wú)法克服一些現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境上的困難，其二后期的延伸改造工程復(fù)雜，需要投入投資及改造工期綜合成本較大。

2? 柔性化技術(shù)的儀表臺(tái)裝配線的建造工藝特點(diǎn)及其分析

2.1 設(shè)計(jì)的技術(shù)方案

技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)：原懸掛式設(shè)計(jì)成為地面臺(tái)板式。

①儀表臺(tái)裝配部位中心支架與承載行走底座的中心新偏差設(shè)計(jì)，裝配部位中心線與底座中心線距離200mm，以及與臺(tái)板邊緣（靠近作業(yè)者端）200mm，偏心設(shè)計(jì)主要考慮作業(yè)性，消除作業(yè)者與整體臺(tái)車的干涉，此設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月（約5000臺(tái)車生產(chǎn)試驗(yàn)）的試驗(yàn)而確認(rèn)的規(guī)格。

②承載行走底座的高度設(shè)計(jì)（400mm）高度設(shè)計(jì)包含了能過(guò)穿越作業(yè)線的軌道以及實(shí)現(xiàn)成品轉(zhuǎn)移的AGV小車驅(qū)動(dòng)，通過(guò)底部AGV小車與底座的連接實(shí)現(xiàn)AGV小車驅(qū)動(dòng)整體儀表臺(tái)臺(tái)車。

③整體儀表臺(tái)車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)作業(yè)順序流程以及零件集配的過(guò)程，結(jié)合物流布置及零件取放工時(shí)考慮，儀表臺(tái)裝配部位及SPS臺(tái)車部位的關(guān)系，呈現(xiàn)左右關(guān)系（在作業(yè)角度確認(rèn)左側(cè)為裝配部位，右側(cè)為SPS零件臺(tái)車）。

④承載行走底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行走輪的位置設(shè)計(jì)，幾個(gè)整體的臺(tái)車在不斷重量及重心變化過(guò)程中確認(rèn)整體臺(tái)車重心在4個(gè)行走輪中間，確保不出現(xiàn)臺(tái)車擺動(dòng)及翻車，還在底部設(shè)計(jì)了地面軌道進(jìn)行導(dǎo)向輪。

2.2 主體柔性化設(shè)計(jì)技術(shù)的研究和相關(guān)規(guī)格參數(shù)的論證

臺(tái)車單元設(shè)計(jì)主體包含儀表臺(tái)裝配部位、SPS零件臺(tái)車、承載行走底座。

①儀表臺(tái)裝配部位：主要承擔(dān)儀表臺(tái)分裝功能，具備不同車型不同作業(yè)角度調(diào)整功能;結(jié)構(gòu)規(guī)格：長(zhǎng)度：1948mm，高度：650mm，寬度：60mm，中心距離：200mm（兼容能力滿足車寬1.7m-2.1m的車型機(jī)種）。

②SPS零件臺(tái)車：將SPS零件臺(tái)車設(shè)計(jì)在裝配部位一側(cè)，可以在作業(yè)中直接從臺(tái)車上取出零件進(jìn)行裝配，與裝配部位在整體流動(dòng)過(guò)程中保持一體，無(wú)須進(jìn)行連接或是脫離。

③承載行走底座：主要承載1）儀表臺(tái)裝配部位以及2）SPS臺(tái)車，通過(guò)地面行走輪可以直接在地面移動(dòng)轉(zhuǎn)移，并配合線頭的驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)保持按照節(jié)拍速度勻速（見(jiàn)表1）移動(dòng)由4個(gè)行走輪和支架、臺(tái)板組成。長(zhǎng)度：2960mm，寬度：800mm;高度：400mm。

3? 結(jié)論

①通過(guò)柔性化技術(shù)（本文技術(shù)已獲得國(guó)家實(shí)用新型發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL 2017 2 0214569.7）的裝配線整體設(shè)計(jì)以下降投資為目標(biāo)：設(shè)計(jì)獨(dú)立的分裝臺(tái)車，可在地面運(yùn)轉(zhuǎn)行走：

1）本文技術(shù)的設(shè)計(jì)可減少空中行走線（作業(yè)區(qū)上空軌道、空吊架及成品空中運(yùn)輸線，包括廠房鋼結(jié)構(gòu)及載荷吊點(diǎn)等）;

2）設(shè)計(jì)為獨(dú)立模塊化作業(yè)臺(tái)車單元，可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立自動(dòng)移載到主線進(jìn)行儀表臺(tái)合車，減少2臺(tái)搬送升降機(jī)。

②設(shè)計(jì)獨(dú)立分裝單元，在地面運(yùn)轉(zhuǎn)行走，在地面導(dǎo)向軌道中形式并輔助導(dǎo)向軌道，通過(guò)重心控制保證臺(tái)車可以在垂直及水平方面的位移限制在±2°以內(nèi)，提高了裝配的作業(yè)性，解決傳統(tǒng)技術(shù)形式存在的作業(yè)中晃動(dòng)（擺動(dòng)）的品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

③針對(duì)原技術(shù)在進(jìn)行改造（如增加工位）需投資大、工程量多、工期長(zhǎng)的特性改善：設(shè)計(jì)成獨(dú)立分裝單元，并實(shí)現(xiàn)分離結(jié)合可隨時(shí)調(diào)整的結(jié)構(gòu)：

1）模塊化單元在作業(yè)線上首工位摩擦輪驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)力傳遞推動(dòng)的形式實(shí)現(xiàn)工藝線體按照節(jié)拍均速運(yùn)轉(zhuǎn)，快速段或轉(zhuǎn)移段可獨(dú)立行走，沒(méi)有固定的驅(qū)動(dòng)軌道，在滿足延長(zhǎng)裝配線或是新機(jī)種導(dǎo)入時(shí)，僅增加延長(zhǎng)的臺(tái)車數(shù)量以及移動(dòng)首工位的驅(qū)動(dòng)輪即可;

2）無(wú)需建造荷載吊點(diǎn)工程，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，并且無(wú)控制軌道，在廠房設(shè)計(jì)中上空無(wú)須設(shè)置吊點(diǎn)（減少20個(gè)左右）可以節(jié)約廠房設(shè)計(jì)載荷及其建造投資費(fèi)用。

④本文技術(shù)方案可延伸應(yīng)用在整車生產(chǎn)的焊裝、涂裝、總裝生產(chǎn)線體，因其靈活性可大幅度減少車體裝配線的投資和建造周期，同時(shí)具備了良好的未來(lái)應(yīng)用兼容能力，調(diào)查近10年來(lái)，主機(jī)廠的發(fā)展過(guò)程中，為了提高效率降低制造成本，不時(shí)導(dǎo)入了不同類型、不同功能的全自動(dòng)化設(shè)備，本文技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)裝配線上體現(xiàn)了明顯的兼容優(yōu)勢(shì)，可快速、低成本得滿足自動(dòng)化輔助功能需求，可利用其柔性化特性在任意需要設(shè)置工位設(shè)置停止器即可滿足。

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