集約化模式在總裝工廠的探討與應用

吳耿雄 劉德志 鐘和輝 費勁

摘要：中國汽車工業(yè)經(jīng)歷二十多年的蓬勃發(fā)展，在進程中不斷完善汽車生產(chǎn)技術，提高生產(chǎn)的質(zhì)量和效率?？傃b工廠在汽車生產(chǎn)中是最重要的工藝環(huán)節(jié)之一，為了滿足市場的需要，不斷地進行自身制造能力的升級。面向未來，汽車工業(yè)充滿了機遇和挑戰(zhàn)，一方面依托于工業(yè)技術蓬勃發(fā)展帶來的機遇，不斷吸收先進制造技術和管理模式，促進生產(chǎn)效率提升;另一方面，市場需求多元化和內(nèi)部制造成本上升所帶來的挑戰(zhàn)，導致多車型柔性共線生產(chǎn)的要求越來越高，勞務成本逐年上升帶來的成本壓力也越來越大。因此，總裝工廠需把握機遇、迎接挑戰(zhàn)，以創(chuàng)新為驅動，通過采用先進的生產(chǎn)技術、工藝設計、科學管理方法等，將其融入現(xiàn)有的生產(chǎn)體制中，不斷強化體質(zhì)，來實現(xiàn)快速、低碳、低價向客戶提供超越期待的商品的目的。

關鍵詞：集約化;總裝工廠;生產(chǎn)現(xiàn)狀

0? 引言

總裝工廠以流水線的方式生產(chǎn)，線體和設備單機配合運作，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)不斷實現(xiàn)分聚與匯流，從而規(guī)律有序地完成產(chǎn)品裝配工作。

隨著汽車商品功能不斷升級和豐富，零部件從單一機械功能到越來越受歡迎的豐富智能功能，同時需裝配的零部件數(shù)量在不斷增加，總裝工廠既有的技術能力面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。另一方面，人員數(shù)量和工資在持續(xù)增加和上漲，成本壓力越來越大。

大家知道，生產(chǎn)整體是作業(yè)崗位和設備單機等多個個體組成，整體生產(chǎn)和生產(chǎn)個體間存在正向的相互關系[8]。當將分散的個體集約、組合起來，形成局部，再由多個局部組成整體。顯而易見，消除局部累積疊加的浪費（即集約化），個體或局部越有機集約，就越有利于整體效率。

在總裝工廠生產(chǎn)中探討實施該方法，利用工藝整合改善或數(shù)字化技術等集約化手段，將存在共性的分散作業(yè)崗位或設備單機組建起來，形成模塊化的局部。通過這一組建過程，消除工時浪費（分散的個體間存在的等待、重復等浪費），局部效率得以提升。當多個局部效果匯聚起來后，正向積極影響整體效率。

1? 總裝工廠的特點及現(xiàn)狀

1.1 總裝工廠主要特點

總裝工廠裝配的零件有4000種以上，數(shù)量多、形狀各異、功能不同，且生產(chǎn)工位處于流水線移動狀態(tài)，這些特點決定了它現(xiàn)階段主要以人工裝配為主。由此帶來，總裝工廠的工人數(shù)量總是全工藝各工廠中最多的[12]。裝配的方式主要有對位調(diào)整、螺栓連接、粘接作業(yè)、油液加注等（見表1）。其中對位調(diào)整組裝占工作量的約70%，螺紋緊固約占20%，粘接作業(yè)占5%，其余5%是油液加注[6]。

1.2 總裝工廠生產(chǎn)現(xiàn)狀

為響應市場多樣化的產(chǎn)品需求，通?？傃b工廠需具備3個車型以上的共線生產(chǎn)能力，細化到派生差異區(qū)分更是多達100種以上?？傃b工廠采用共線生產(chǎn)的方式，并長期在兩種狀態(tài)間動態(tài)切換：①穩(wěn)定的量產(chǎn)車型靜態(tài)共線狀態(tài);②新車型導入在線流動的動態(tài)共線狀態(tài)。由此，多車型共線生產(chǎn)帶來有生產(chǎn)設備、人員配置等差異化，且該差異是動態(tài)變化;同時，新車型導入時在線流動時，要對設備進行升級改造，且還需不斷進行人員投入和培訓，上述的變化點會相互影響[11]。

1.2.1 生產(chǎn)設備

現(xiàn)在的總裝工廠，兼容多車型共線生產(chǎn)能力，柔性化程度不一。生產(chǎn)設備按照不同的生產(chǎn)節(jié)拍、車型、規(guī)格等前提條件，設計了相適應的設備規(guī)格形式。其數(shù)量和規(guī)格，隨著汽車產(chǎn)品推陳出新?lián)Q代，需要在一邊量產(chǎn)中推進改造升級。過去，由于大部分改造升級都是針對短期的明確需求開展的，存在通用性考慮不足，在總裝工廠內(nèi)逐漸形成相對分散式的工藝布置。

1.2.2 人員效率

對于共線生產(chǎn)的總裝工廠而言，生產(chǎn)車型種類不斷增加，而不同車型之間生產(chǎn)工時的差異往往非常大。大車型因裝配工時多，所以配員就多;反之，小車型因裝配工時相對少，其配員也較少。為了保證流暢的快速生產(chǎn)效率，總裝工廠配員數(shù)基本以最大車型進行配備，見表2。

∑人員總數(shù)=∑總工時÷（作業(yè)節(jié)拍×工程編成率）

人員效率=人員總數(shù)÷日產(chǎn)量

人員效率單位為“人/臺”，即完成一臺車需要多少人，數(shù)字越小人員效率越高，可折算為單臺成本（表2計算單臺成本參考2018年廣州市在崗職工年均收入8218元/月）。

總裝工廠的生產(chǎn)配員基本按最大車型工時配置，從表2可以看出，顯而易見，如果生產(chǎn)A型車的勞務成本要按照C型車配員計算，A型車的生產(chǎn)成本會大幅增加。但最大C型車生產(chǎn)比例有限，這對于相對小車型的生產(chǎn)成本和人員效率存在不利影響。雖然基于此特點可實施一些措施來降本增效，如偏差吸收、同車型集中排產(chǎn)等方式，但措施會限制生產(chǎn)計劃靈活快速變化，滿足不了市場需求。

因此，必須思考和采取進一步的措施，來解決工作中所遇到的問題。開展集約化改造是提升總裝工廠柔性化生產(chǎn)能力，降低成本的有效途徑。

2? 集約化模式在總裝工廠的實踐

2.1 工藝集約化的技術方案

在具體項目企劃時，思路是對類似機能的裝配單元進行集約成模塊工序：對不同機種車型間的裝配零件和機能分析后，找到有明確的相似性的工藝進行歸類，檢討將其設置進集約化的單元內(nèi)完成裝配。

如傳統(tǒng)的分散獨立式加注類工藝，共同點是完成管路裝配后進行加注。包括有制動液、冷媒、冷卻液、玻璃清洗液等流體輔助材料，過往采用分散獨立式加注，在相應機能區(qū)域完成管路連接后加注，設計成線邊定置輔材存儲、設備獨立設置的分散布局方案（見圖1a）。該方案因使用線邊區(qū)域面積大，導致其他零件難以在該區(qū)域供應，存在工位的利用率低、人員等待的工時浪費等現(xiàn)象。當總裝工廠規(guī)劃共線生產(chǎn)車型數(shù)量越來越多時，面積不足和工時浪費的課題日益凸出，成為制約產(chǎn)線柔性化能力提升的桎梏。

經(jīng)過仔細檢討和整合，制定了集約化的復合加注工藝：四種輔材加注集中設置在同一個區(qū)域內(nèi)，設置共享加注工位（見圖1b），線外共用存儲區(qū)。

集約化復合加注工藝方案（見圖2），在第①工位安裝加注頭，并在第④工位回收加注頭，利用第②、③工位流動時間（按照75JPH節(jié)拍約有彈性工時101S），吸收不同輔料間由于加注量差異造成的加注工時差異，特別是針對大車型因輔助材料量多產(chǎn)生的專有工時，從而實現(xiàn)配置人員的最小化。

該方案相對分散式方案（見表3），減少7個工位和8個作業(yè)人員，騰出283m2線邊物流占地面積，實現(xiàn)了空間共享、人員共享，線邊占用面積削減64%，削減人員66%。由于集約化方案擁有整體設計和施工的整體性優(yōu)勢，實現(xiàn)了占地面積最小化、作業(yè)人員最小化、配套設備簡化等精益效果，直接體現(xiàn)就是降低了投資成本和人員勞務成本，提升了應對未來共線車型數(shù)量增加的對應兼容能力。

2.2 設備集約自動化方案

把零部件特性相近或裝配工藝相似進行歸類，把歸類好的若干零部件集中起來形成裝配工作站，在工位站內(nèi)完成裝配和品質(zhì)保證。以下列舉在日常工作中成功開展的具體事例進行說明。

2.2.1 集約化的輪胎工作站

在傳統(tǒng)輪胎裝配設備自動化的方案里，大量精密機械定位裝置占用較大生產(chǎn)空間。為滿足機種變化和節(jié)拍提升等需求，頻繁地開展機械硬件、自動化、場地等改造工作，所引起的成本投入、改造周期、變化點管理等一直困擾著工廠。采用視覺識別/圖像分析技術，將5個輪胎（4個主胎和1個備胎）集約化設置在一個工位內(nèi)安裝（見圖3（a））。視覺識別/圖像分析系統(tǒng)包含攝像頭、圖像分析、光場設置、數(shù)據(jù)運用等技術，可將原有體積大且機械定位復雜的裝置簡化到有限空間。這相當于給機器人裝上智能眼睛和大腦，指揮機器人實現(xiàn)輪胎自動安裝。

該集約化方案，采用數(shù)字化定位取代精密機械定位方式，利用圖像分析和數(shù)據(jù)運用的技術優(yōu)勢，通過拍攝和圖像分析，在軟件里模擬計算出精確位置取代機械定位，克服了機械化占用空間大、調(diào)試校正困難等缺點，實現(xiàn)了空間大幅度集約，通過調(diào)試模擬參數(shù)等軟件就可滿足生產(chǎn)變化的需求。經(jīng)過統(tǒng)計，該集約化方案相對傳統(tǒng)自動化方案，節(jié)約工位空間50%以上，人員減少12人。

2.2.2 集約化的前后擋工作站

前后擋風玻璃工作站方案，是將前后擋風玻璃搬運、加強劑底涂、玻璃膠涂布、車身加強劑涂布、安裝等工序集成在一個工位內(nèi)完成，實現(xiàn)工序高密度集約。通過使用機器手、3D掃描、圖像分析、大數(shù)據(jù)匹配等工程技術，利用MES系統(tǒng)識別機種規(guī)格，自動匹配拍攝程序動作（攝像頭掃描路徑、拍攝光源參數(shù)），圖像分析生成模擬場景和定位參照基準，后臺大數(shù)據(jù)分析計算出機器人的安裝指令，進行前后擋風玻璃的全自動化裝配工序。該方案的實施，實現(xiàn)在一個工位75JPH高節(jié)拍內(nèi)的高度集約化。與傳統(tǒng)手工安裝方案對比，該集約化方案節(jié)約工位空間75%以上，人員減少8人，在整體生產(chǎn)成本、人員效率、占地面積、未來擴展能力等方面，有顯著改善效果。

通過上述兩個代表性集約化工作站方案，可以看出：①攝像和圖像分析技術，將機械定位方式轉移到系統(tǒng)軟件里模擬定位，實現(xiàn)了機械空間最大限度簡化，克服了因機械結構復雜導致兼容能力的不足;②模擬定位數(shù)據(jù)，通過共享方式滿足各裝配單元使用，最大程度簡化工作站空間結構，同時擴大工作站的裝配單元數(shù)量。采用集約化的自動化方案，達到降本增效顯著效果，并且最大程度上釋放了既有生產(chǎn)現(xiàn)場的工位空間和活力，提升生產(chǎn)線的柔性化能力。

應用集約化技術，機器人在總裝工廠應用范圍不斷擴大，例如車門密封膠自動化涂布、發(fā)動機裝配自動化檢查、新能源車動力電池自動化安裝等工序，都已經(jīng)得到應用，滿足在有限空間內(nèi)完成數(shù)字定位、自動完成不規(guī)則路徑裝配/檢查等作業(yè)。

3? 結論

汽車制造企業(yè)之間的綜合競爭日益激烈，通過采用縮短生產(chǎn)周期、提高質(zhì)量、降低制造成本等措施來提高市場競爭力。在制造環(huán)節(jié)，新材料、新工藝和新技術隨著市場、政策導向等因素的推動而不斷進步。面向未來汽車產(chǎn)品的平臺化、通用化、模塊化開發(fā)和設計，在總裝工廠中主要從4個方面迎接汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢：

①產(chǎn)品結構的模塊化、通用化，將更加有利于制造工廠的集約化、定置化模式應用[10];

②模塊化生產(chǎn)工藝、柔性化生產(chǎn)能力的增加，成為應對豐富個性化產(chǎn)品的有利手段;

③數(shù)字化、自動化的量產(chǎn)方式，成為管理效率和質(zhì)量的有力武器;

④產(chǎn)業(yè)互聯(lián)技術，拉近了消費市場和工廠的距離，以消費為導向更加敏感。

本文論述的集約化方案，就是在遵循產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢前提下，發(fā)揮視覺識別、圖像分析、數(shù)字化等的技術優(yōu)勢，將機器人自動化技術在總裝工廠內(nèi)的應用范圍變得寬廣，以此來提高工廠的生產(chǎn)效率和柔性化生產(chǎn)能力。為了在保證品質(zhì)基礎上最大程度降低生產(chǎn)成本，并且提升總裝生產(chǎn)線柔性化能力，需從工藝設計出發(fā)，在工序優(yōu)化、設備集約的方向深耕，建設共線生產(chǎn)體制下的可持續(xù)發(fā)展健康體質(zhì)。

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