汽車SKD車身的離線轉接及裝配方案

摘要： 為優(yōu)化半散裝件（SKD）車身離線轉運、線體改造的性能和轉接效率，介紹了國內某SKD出口車型的車身下線、轉運、裝配方案。以某車型為例，探討了利用叉式移栽機，通過射頻識別（RFID）配合生產管理系統(tǒng)（MES）將SKD出口車型的車身從國內主機廠生產線上離線、轉接并轉運至另外的散件組裝（KD）車間的方案，并對節(jié)拍問題、空撬回流問題等提出了解決措施。

關鍵詞：SKD車 叉式移栽 離線轉接 射頻識別 生產管理系統(tǒng)

中圖分類號：U466" " 文獻標志碼：B" "DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20240295

Off-Line Transfer and Assembly of SKD Vehicle Body

Guan Lei， Wang Yetong， Xin Guowei， Shan Tixiao

（MH Robot amp; Automation Co.， Ltd.， Weifang 262200）

Abstract： In order to optimize the off-line running， performance of line modification and transfer efficiency of Semi-knocked Down（SKD） vehicle bodies， this paper introduces the off-line， transshipment and assembly scheme of a domestic SKD vehicle for export. Taking a certain model as an example， the paper discusses the scheme and implementation method of how to use the fork transplanting machine and Radio Frequency Identification（RFID） identification with Manufacturing Execution System（MES） system to transfer the body of SKD export vehicle from domestic OEM production line to another Knocked Down（KD） workshop for assembly， and proposes corresponding solutions for the beat issue and empty skid reflux.

Key words： SKD vehicles， Fork transplant， Offline transfer， RFID recognition， MES

1 前言

在國際汽車貿易中，車身以半散裝件（Semi Knock Down，SKD）形式出口已成為一種常見模式。具體而言，整車出口國的汽車主機廠會將成品拆解為半成品或零部件，出口至進口國，再由當?shù)貜S商組裝銷售。在這一過程中，如何高效地將SKD車從原有生產線中分離，并順利轉運至KD車間組裝生產是輸送線體供應商和汽車主機廠共同關注的核心問題。

本文針對國內某乘用車品牌SKD出口車的離線及轉運問題，提出了一套解決方案，在SKD車完成涂裝工序后、進入總裝PBS庫區(qū)前，通過射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術和生產管理系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）精準識別SKD車身份，并利用新增的叉式移栽機實現(xiàn)車身的離線操作[1]。在設備布置與轉接方面，設計了轉接滾床、定位夾緊器、叉式移栽機及升降機等。同時，針對SKD車轉接過程中可能對涂裝、總裝線體節(jié)拍造成的影響以及空滑橇的回流問題，制定了解決措施，有效提升了生產效率，更在提升生產效益、優(yōu)化生產流程方面取得了顯著成果。

2 原輸送線現(xiàn)狀及車身轉運流程

原車身存儲緩沖線（Painting Body Shop，PBS）是汽車制造業(yè)中比較常見的滾床滑橇輸送形式，改造前，SKD車無法離線轉出。采取的措施是SKD車通過PBS轉運至內飾線，從內飾線入口工位由叉車轉走，會造成停線，若操作不當會損壞車身。原車身轉運流程如下：

如圖1所示，涂裝完成的彩色車身離開涂裝工序后依次經過GA7滾床、SJT2升降臺、PX1旋轉滾床、GD2滾床、GA8滾床，進入YC3移行機選道進入PBS車身庫區(qū)?？傃b工序返回的空滑橇經過SJT4升降臺、GA24滾床、PX6旋轉滾床、GB17滾床返回涂裝工序?；猎谡麄€輸送線體上循環(huán)運行。

3 SKD車離線改造方案

本改造項目的生產車間設備陳舊，且現(xiàn)場實際情況與其圖紙有所出入，因此，遵循降低改造成本、縮短改造周期的原則，盡量不改動原設備及電控系統(tǒng)。改造難點為涂總轉接位置空間緊湊、節(jié)拍快，SKD無法在原線體上安裝轉運工裝器具，且SKD從涂裝工序結束的時間和數(shù)量不確定，存在一定時間內沒有SKD車完成涂裝工序或一定時間內大量SKD完成涂裝工序的情況。且SKD車不觸發(fā)總裝車間的物料拉動，一旦流入總裝工序會造成總裝停線。因此，本次改造首先要將SKD車脫離總裝生產隊列，且需設計大量的存儲工位以應對車身突然大量涌出的情況。項目初期改造方案如圖2所示。

如圖2所示，涂裝工藝完成的彩車身經偏心旋轉滾床旋轉后，配合RFID技術，非SKD車向右運行，SKD車向左運行，經升降機下線后裝配轉運?？栈羷t通過移行機、旋轉滾床、升降臺等匯入空滑橇隊列中返回涂裝。此方案優(yōu)點為設備數(shù)量少、鋼平臺面積小，節(jié)約了改造成本并縮短了改造周期；缺點為車身緩存工位少，僅有6個（不含移行機），一旦短時間內有大量SKD車完成涂裝工序，會造成涂裝轉接停線。

為解決以上問題，制定了第2套方案，如圖3所示。此方案增加了SKD車的緩存工位數(shù)量，將改造分為一期、二期實施，可根據(jù)成本及銷量確定是否實施二期。既增加了SKD的緩存，又減少了項目前期投入、縮短了改造的周期。

3.1 機械設備改造方案

在以上2種方案中，鑒于改造項目的工期緊、工作量大，且不能影響線體其他部分的正常運行，盡量將改造部分剝離，減少對原有設備的改造。新建部分施工不受生產線生產影響。在方案2中采用了叉式移栽機將車身離線轉走，而方案1需改造原旋轉滾床，一旦出現(xiàn)問題會造成非SKD車及總裝線停線，因此，將方案2作為最終改造方案，具體方案內容如下：

a.在GD2滾床側增加叉式移栽機TF202，移栽機安裝在升降機構EL202上，用以轉接SKD車身。

b. PBS輸送線左側區(qū)域增加滾床、移行機、升降機等，用以存儲、輸送和下線SKD車。設備代號為PRB203-PRB219等。

c. 新增升降滾床PRB221和升降機構SLT221，用以空滑橇返回。

d. 將GA8和GA24由普通滾床改成旋轉滾床，整體更換滾床輸送結構和旋轉機構，用以空滑橇返回。原滾床移動至PRB209和PRB210利舊使用。

e. EL216為叉式移栽升降機，提升架安裝有移栽叉TF216，用以車身的下線及裝配。

f. GD2滾床、PRB203滾床、PRB215滾床安裝有夾緊機構POS201～POS203，保證滑橇停位準確，進而保證轉接的精度。

針對后期可能出現(xiàn)的提高產量，本次改造預留了SKD車存儲區(qū)，后期只需設置新增移行機的到位開關和動作邏輯即可。

3.2 電氣控制改造方案

電氣控制系統(tǒng)改造方案是對原PBS控制系統(tǒng)進行改造，主要包含2部分：增加新增部分的電氣控制系統(tǒng)，包含TF202移栽叉及其后續(xù)設備的電氣控制；共線部分的設備控制，包含GD2滾床、GA8滾床、GA24滾床及其前、后設備的控制系統(tǒng)。具體方案如下：

a. 新增一套遠程控制柜（Remote Control Panel，RCP），用于放置設備控制所需的斷路器、接觸器、變頻器等。

b. 新增操作站若干，對設備進行現(xiàn)場控制?，F(xiàn)場傳感器通過電子接線盒和預鑄線纜接入相應的操作站中。

c. GD2新增夾緊器和RFID讀寫頭，用來準確定位并讀取滑橇上載碼體的信息，如圖4所示。

d. PRB203和PRB215上新增夾緊器和RFID讀寫頭，用來讀寫滑橇上的載碼體信息。

e. GA8和GA24改為旋轉滾床后，電機的控制線纜更改為柔性線纜。增加旋轉的控制傳感器。

f. 新增本次改造相關的前后轉接滾床PX1、YC3等的控制程序。

3.3 利用MES識別SKD車

在涂裝工序和總裝工序的轉接位置，當涂裝完成的車身落入總裝滑橇上時，車身的車輛識別代碼（Vehicle Identification Number，VIN）會被寫入總裝滑橇的載碼體中。VIN具有唯一性，且MES中通過VIN可檢索到車身的全部信息，如訂單類型、車型信息、車身顏色、有無天窗等[2]。SKD車在PBS入口被RFID讀頭識別出后，MES會將指令下發(fā)給PBS庫區(qū)的PLC，使SKD車在PBS入口被攔截。由于SKD車不會觸發(fā)總裝的物料系統(tǒng)，在PBS庫區(qū)入口前將SKD車離線不會對總裝的物料拉動造成影響。

SKD車與國內銷售車外觀相同，因此，無法使用外觀識別的方法區(qū)分SKD車。本次改造項目的主機廠SKD車的訂單類型與其他車有所區(qū)別，因此，兩者可通過車身的訂單類型區(qū)分。

如圖5所示，SKD車的訂單類型為7，這是區(qū)分SKD車的唯一特征點。本次改造中利用GD2滾床上安裝的RFID讀頭，讀出滑橇上載碼體中的信息，即車身的VIN信息，通過PLC傳輸至MES。

MES與PLC交互的狀態(tài)是利用狀態(tài)字交替寫入來實現(xiàn)的，具體數(shù)據(jù)及定義如表1所示。

如圖6所示，PLC將RFID讀頭讀取的VIN信息填入數(shù)據(jù)塊DB6000中的S_VIN中，長度為17位，同時將狀態(tài)字PLACE設置為1，當MES接收到狀態(tài)字為1時，會從DB6000的S_VIN地址中讀取VIN，根據(jù)VIN在數(shù)據(jù)庫中檢索出此車身的全部信息，并將信息寫入DB6000相應的地址中。MES寫入以上信息后會將狀態(tài)字設置為2。當PLC識別到狀態(tài)字為2且訂單類型、車型等信息不為空時，將狀態(tài)字設置為4，意為已接收到以上信息，同時PLC判斷訂單類型是否為7。當訂單類型為7時，表示當前車型為SKD車，需移栽叉轉走。當訂單類型不為7時，則GD2滾床直接放行。當SKD車身到達時，MES會將狀態(tài)字設置為6，當非SKD車到達時，狀態(tài)字設置為7。當車身離開后，PLC會將狀態(tài)字設置為0，準備進車執(zhí)行下次循環(huán)。

需要注意的是，訂單類型為字符串，長度為2，與狀態(tài)字的內容格式不同。本次改造項目中采用的西門子PLC和STEP7 v5.5編程軟件無法直接比較STRING格式的字符串，需將訂單類型中的字符串進行分割[3]。圖5中訂單類型STRING[2]可分割為4部分，即DB6000.DBB36、DB6000.DBB37、DB6000.DBB38、DB6000.DBB39。其中：DB6000.DBB36為字符串的設定長度，設定長度為2；DB6000.DBB37為字符串實際長度，會根據(jù)實際數(shù)值變化；DB6000.DBB38為字符串的第1位字符；DB6000.DBB39為字符串的第2位字符。程序中僅需比較后2個字符，即DB6000.DBW38的值是否為14 080。如圖7所示，利用西門子的博圖軟件仿真得到字符串訂單類型STRING[2]為7時，十進制結果為14 080。

3.4 空滑橇返回

如圖3所示，當SKD車身在GD2滾床上被移栽叉轉接走后，原空滑橇會留在GD2滾床上?？栈寥绮患皶r轉走會影響后序車身通過，且空滑橇不能及時流入PBS庫中會造成庫區(qū)存儲空間浪費。本改造方案中，當空滑橇運行到GA8滾床后，通過新增的TT220旋轉90°送至PRB221滾床。SLT221升降臺將空滑橇提升至一定高度后，將空滑橇送往GA24滾床，最后匯入總裝工序的空滑橇返回線中，進而進入涂裝工序繼續(xù)接車?，F(xiàn)場設備布局如圖9所示。

當空滑橇從GD2滾床運行至GA8滾床時，此時PLC程序中已記錄此滑橇為空滑橇。GA8滾床位置新增車身檢測光電限位對空滑橇進行二次確認。當確認GA8滾床上的滑橇為空滑橇且PLC程序中已記錄為空滑橇后，GA8滾床會自動旋轉90°，與PRB221滾床對接，將空滑橇輸送至PRB221滾床上。車身檢測光電限位與程序記錄的雙重保險可保證滑橇輸送的準確度。

當PRB221升降滾床有空滑橇到達后，會與SJT4升降滾床輸送空滑橇沖突，即2個升降滾床同時向GA24滾床輸送空撬時，GA24需確認優(yōu)先接收的空滑撬。本方案中優(yōu)先接收PRB221的空滑橇，因為SKD車被轉走后，空滑橇不得進入PBS庫區(qū)，但空滑橇的緩存工位僅有PRB221一臺滾床，為不影響后序車身進入PBS，SKD車空撬需優(yōu)先轉走，即GA24需優(yōu)先轉走PRB221的空滑橇。本項目通過PLC程序互鎖、PRB221優(yōu)先出車實現(xiàn)以上方案。

3.5 下線升降機SKD工裝安裝

因SKD車需在KD車間進行裝配，為保證車身裝配工作順利完成，SKD車在PBS下線時需在底部安裝滑輪用以推動車身組裝。本方案在下線升降機處為SKD車底部安裝行走輪，如圖10所示。

具體方案為：

a. 下線升降機為叉式移栽升降機，可將車身從滑橇轉接至升降機上。

b. 升降機下降到中位后，距離地面約1.8 m，移栽叉將車身托舉伸出，此時工人利用工裝小車將行走輪工裝安裝至車身上，工裝小車具備一定的支撐強度，起到保護操作人員的作用，如圖11所示。

c. 當行走輪裝配完畢后，按下完工按鈕，升降機繼續(xù)下落，在距離地面約0.9 m處停止，工人對車身內固定螺栓進行緊固。

d. 當車身內部螺栓緊固完成后，按下完工按鈕，此時升降機會繼續(xù)下落，直到行走輪落至平臺上，車身與移栽叉脫離。

e. 當確認車身與移栽叉脫離后且無干涉后，再次按下完工按鈕，移栽叉會收叉。收叉完成后，升降機上升至接車位繼續(xù)接車。

f. 工人將車身推離此操作工位，由物流車將其輸送至KD車間裝配。

3.6 SKD車身的裝配

考慮到銷量及投入成本，且SKD車在KD車間僅需簡單裝配，此次改造項目中KD車間設計為手動線形式，利用行走輪推行。

當SKD車裝配完成后，拆下的行走輪工裝會被運輸至總裝車間SKD下線升降機工位繼續(xù)使用。

3.7 SKD車識別流程概述

SKD車識別流程如圖12所示。本次改造的2個任務為SKD車身離線和空滑橇返回。SKD車身離線的難點在于既要保證國內車型的正常生產，又要從無序無規(guī)律的車身隊列中識別出SKD車并離線轉接，不能對涂裝工序和總裝工序生產節(jié)拍造成影響。而空滑橇返回的難點在于空滑橇與正常生產的國內車身共線且改造空間有限[4]。

為此，本文利用MES、RFID技術以及移行機、旋轉滾床、舉升臺、叉式移栽升降機等設備實現(xiàn)了SKD離線改造項目的成功實施。施工工期短、投資少、未影響原生產節(jié)拍、可擴展存儲空間、全自動車型識別轉運、全自動空撬返回是本方案的主要特點。

目前，該改造項目已投產4個多月，為廠家轉運SKD車身近萬輛，運行狀態(tài)穩(wěn)定。

4 結束語

本次項目的成功實施為主機廠提供了SKD車進入總裝車間前的離線轉運方案，具有相似生產線設備的車間均可參考此種離線轉接方案對車身進行離線轉運。

相比于前期人工識別、人工轉運的方法，本文中RFID技術、MES訂單下發(fā)、車身自動轉接、空撬自動返回等大幅提高了SKD車身轉運的準確度和自動化程度，對后期車企實施類似項目提供了理論和實際應用案例的支持。

本文方案在調試和研究中發(fā)現(xiàn)SKD車身的轉運受限于人工操作的時間和轉運工裝器具的數(shù)量而無法達到更高的轉運節(jié)拍，后期將進行現(xiàn)場考察，結合現(xiàn)場實際生產情況制定提升產能和轉運效率的方案和實施措施。

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