一種典型汽車車身多品種柔性生產(chǎn)線車型切換效率提升方案

黃敏鶇　陳強(qiáng)　史敏

關(guān)鍵詞：多品種;柔性;車身生產(chǎn)線;車型切換;效率

中圖分類號：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1引言

當(dāng)前，隨著科技的發(fā)展，市場競爭越來越激烈，汽車新產(chǎn)品的更新?lián)Q代不可避免越來越快。傳統(tǒng)大批量、單一化的車輛生產(chǎn)方式對汽車生產(chǎn)企業(yè)來說，已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)場地、設(shè)備投資等逐漸增加的需求。國外一些先進(jìn)的汽車生產(chǎn)企業(yè)，在焊裝生產(chǎn)線柔性化方面已經(jīng)有了較為完善的實(shí)現(xiàn)方式，國內(nèi)各大車企也已開始探討適合的柔性化焊裝生產(chǎn)模式。隨之，多品種高柔性車身生產(chǎn)線在各車企中陸續(xù)出現(xiàn)，它實(shí)現(xiàn)了不同車型在同一生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)的要求。

同平臺車型的生產(chǎn)線導(dǎo)入，因汽車底盤基本一致，往往大部分工裝設(shè)備可以做到共用，只需開發(fā)部分專用工裝;不同平臺車型，現(xiàn)有生產(chǎn)線的工裝設(shè)備、機(jī)器人在柔性線中也可實(shí)現(xiàn)最大化利用。柔性車身線在降低生產(chǎn)成本的同時很好地解決了場地等問題，極大增強(qiáng)了企業(yè)的核心競爭力。車型間工裝設(shè)備的反復(fù)切換，是柔性車身線日常生產(chǎn)中必不可缺的部分，但是切換時間的長短，往往直接影響車間的產(chǎn)能輸出。因此，如何提升車型切換效率，已成為各大車企重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。

2車型切換

柔性車身生產(chǎn)線的車型切換即工裝設(shè)備的切換，主要包含焊接定位工裝切換，如補(bǔ)焊臺等;線旁工裝切換，如精確料框等;下車體輸送定位工裝切換以及抓手切換等。焊接定位工裝、線旁工裝，一般由人工通過推拉方式進(jìn)行切換;抓手由人工通過調(diào)用電控程序切換至抓手放置臺。下車體輸送定位工裝（隨行夾具）一般含有4組定位單元，前/后兩組定位銷、中間兩組定位支撐，其切換方式分為翻轉(zhuǎn)切換和插拔切換兩種。根據(jù)有無夾具庫，下車體輸送定位工裝切換方式如表1所示。

下車體輸送定位工裝切換如圖1所示。若同一組隨行夾具上的2個車型A與B間切換，只涉及翻轉(zhuǎn)切換。不同隨行夾具上的車型切換，如由A車型切換至C車型，涉及拔插切換，由機(jī)器人從夾具庫中抓取定位單元放置于滑撬上，并通過機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確定位。若切換后，隨行夾具的工作狀態(tài)為D車型，則需再進(jìn)行一次翻轉(zhuǎn)切換轉(zhuǎn)為C車型。具體切換形式需根據(jù)車身車間單日所生產(chǎn)的車型來確定。

3車型切換周期分析

汽車車身焊裝生產(chǎn)線是白車身全部形成工位的總稱。根據(jù)所生產(chǎn)零部件的不同，焊裝生產(chǎn)線一般分為6大區(qū)域，分別為車架生產(chǎn)區(qū)域、側(cè)圍生產(chǎn)區(qū)域、主線裝配焊接區(qū)域、白車身焊點(diǎn)補(bǔ)焊區(qū)域、門蓋生產(chǎn)區(qū)域和門蓋/翼子板裝調(diào)區(qū)域。不同生產(chǎn)企業(yè)，對各部分區(qū)域的稱呼存在差異。

以某公司某條車身生產(chǎn)線為例，其大致布局如圖2所示。供應(yīng)商零件及廠內(nèi)沖壓自制件送至車身車間后，依次經(jīng)過前車體線、側(cè)圍線、車身主線、補(bǔ)焊線和調(diào)整線/門蓋線，最終完成白車身的焊接及裝配。

該車身生產(chǎn)線前車體為手工焊接線，由人工通過焊鉗完成前車體總成的焊接。主線及側(cè)圍線為柔性機(jī)器人焊接線，由機(jī)器人代替人工完成分總成的焊接工作。門蓋線為手工焊接門內(nèi)板，內(nèi)、外板合門后，采用機(jī)器人進(jìn)行滾邊。補(bǔ)焊、調(diào)整線為常規(guī)傳統(tǒng)線體，補(bǔ)焊線對前道工序遺留或無法焊接的焊點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊，調(diào)整線完成門蓋/翼子板的裝調(diào)。

以補(bǔ)焊線之前，下車體輸送定位工裝在同一隨行夾具上的車型切換為例。A車型與B車型的生產(chǎn)凈節(jié)拍均為40.0JPH（每小時生產(chǎn)40臺白車身），切換周期統(tǒng)計(jì)如圖3所示。

前車體為一個獨(dú)立區(qū)域，其各工位之間互不影響，線旁空間較充足，可提前進(jìn)行現(xiàn)有總成的生產(chǎn)存儲。待新車型切換開始后，可邊切換邊往車身主線輸送前車體總成。

車身主線分為下車體和總拼兩大區(qū)域。下車體區(qū)域共10個工位，電控程序設(shè)計(jì)上分為2個區(qū)：UB10～40為一區(qū)，UB50～100為二區(qū);總拼區(qū)域共8個工位，電控程序設(shè)計(jì)上同樣分2個區(qū)：MB10～40為一區(qū)，MB50～80為二區(qū)。根據(jù)主線的現(xiàn)狀，車型切換過程中，需待A車型最后1臺車出下車體線UB40后，方可開始進(jìn)行B車型UB10～40的工裝夾具切換;待A車型最后一臺車出UB100后，進(jìn)行B車型UB50～100的工裝切換;總拼區(qū)域依此類推。

經(jīng)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，從B車型的前車體工裝開始切換，到緩存的A車型最后一臺前車體總成上主線并輸送至UB50，此過程累計(jì)過線約13臺A車型前車體總成，用時20min。下車體UB10～40間的工裝切換需求時間為20min;結(jié)合產(chǎn)線節(jié)拍，B車型從UB10～MB10需15min。進(jìn)而前車體工裝開始切換后55min，B車型到達(dá)主線MB10工位。

側(cè)圍區(qū)域因產(chǎn)線本身原因，程序上暫未分區(qū)。側(cè)圍總成通過空中平臺輸送到主線MB10區(qū)域，故需待A車型最后一套側(cè)圍總成到總拼線MB10后，開始切換B車型工裝夾具。此過程共計(jì)過線約20套A車型側(cè)圍總成，用時約30min。根據(jù)生產(chǎn)過程多次切換的結(jié)果，側(cè)圍工裝開始切換至完成，整個過程需35min。側(cè)圍區(qū)域開始生產(chǎn)B車型的側(cè)圍總成，至第1套側(cè)圍總成到達(dá)主線MB10工位，用時15min。前車體工裝開始切換后80min，B車型側(cè)圍到達(dá)主線MB10工位。

B車型第一臺白車身下主線，隨行夾具全部完成切換的整個過程約92min。此期間累計(jì)下線A車型約28臺，節(jié)拍18.3JPH。通過上述周期分析，發(fā)現(xiàn)影響生產(chǎn)線切換效率的問題主要有3個方面：①下車體UB10～40的切換周期較長，圖2車身線布局圖圖3車型切換周期統(tǒng)計(jì)約20min;②側(cè)圍工裝切換周期較長，約35min;③A車型與B車型之間切換存在25min的等待浪費(fèi);側(cè)圍切換慢，與主線切換不匹配。

4方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

下車體UB10～40及側(cè)圍工裝切換周期長，可以通過適當(dāng)增加切換人員等方式進(jìn)行改善?，F(xiàn)主要針對第3個問題，切換過程中存在等待浪費(fèi)，以及側(cè)圍總成供應(yīng)與主線需求不平衡，進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化。

經(jīng)過組織專業(yè)工程師及車間人員多次現(xiàn)場實(shí)地考察及討論，發(fā)現(xiàn)原側(cè)圍線未進(jìn)行電控程序上的分區(qū)，導(dǎo)致無法分區(qū)域開展切換工作。同時受限于場地，不能有效進(jìn)行側(cè)圍總成的線下緩存。最終確認(rèn)從以下兩個方面進(jìn)行改善。

（1）對現(xiàn)有電控程序進(jìn)行優(yōu)化，增加分區(qū)功能，側(cè)圍10～20工位為一區(qū)，30～50工位為二區(qū)。消除一區(qū)與二區(qū)間的相互影響，在后續(xù)切換過程中，提前開展一區(qū)的切換工作。

（2）延長側(cè)圍總成上線的2層平臺滑移軌道，同步對側(cè)圍總成上/下線葫蘆軌道進(jìn)行改造，進(jìn)而增加手工上/下線功能。同時，擴(kuò)大側(cè)圍總成上線二層鋼平臺空間（根據(jù)現(xiàn)場勘察情況，擴(kuò)展面積約100m2），增加側(cè)圍總成緩存空間（圖4）。

基于低成本高價值理念，上述所涉及的改造內(nèi)容，由車身車間工程師、生產(chǎn)維修及工段員工主導(dǎo)實(shí)施，供應(yīng)商配合，最大限度地降低改造成本。

改造完成后，車間班組員工可利用平時吃飯、周末停產(chǎn)等時間完成左/右側(cè)圍總成各15～20件緩存。改造后的車型切換周期如圖5所示。由于現(xiàn)場已緩存部分A車型側(cè)圍總成，B車型側(cè)圍工裝切換可在B車型前車體工裝開始切換后5min左右進(jìn)行。根據(jù)工裝切換周期及產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍，確保B車型切換開始后55min側(cè)圍總成到達(dá)MB10，消除B車型在MB10不必要的等待，實(shí)現(xiàn)側(cè)圍總成供應(yīng)與主線需求同步。A、B兩個車型的整個切換過程可在67min內(nèi)完成，縮短25min。下線車型不變的前提下，節(jié)拍從18.3JPH提升至25JPH，切換效率提升27%。

該柔性生產(chǎn)線上其他車型間的相互切換，因各車型生產(chǎn)節(jié)拍不同等因素，導(dǎo)致整個切換周期可能存在差異性。但是切換效率在改造后普遍提升20%以上，很好地提升了產(chǎn)線的產(chǎn)能輸出。

5結(jié)束語

柔性車身生產(chǎn)線車型切換，基于產(chǎn)線結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)環(huán)境的不同，影響切換效率的因素也存在差異。本文針對產(chǎn)線切換過程中實(shí)際存在的問題，著眼于因側(cè)圍線與主線間切換節(jié)拍不同而導(dǎo)致的等待浪費(fèi)，從軟硬件兩方面對切換慢的側(cè)圍線進(jìn)行改善。通過程序上增加分區(qū)，建立緩沖區(qū)域進(jìn)行側(cè)圍總成緩存，減少及消除時間上的不匹配浪費(fèi)，提高車型間切換效率。

作者簡介：

黃敏鶇，本科，工程師，研究方向?yàn)槠嚿a(chǎn)制造工藝裝備、車身焊裝生產(chǎn)線開發(fā)與建設(shè)、智能制造和精益生產(chǎn)。