陳 平，譚志強(qiáng)，劉曉鋒，趙東海，黃青斌，黃方怡

Chen Ping1，Tan Zhiqiang1，Liu Xiaofeng1，Zhao Donghai2，Hang Qingbin2，Huang Fangyi2

（1. 廣州汽車集團(tuán)汽車研究院，廣東 廣州 511434；2. 吉利汽車研究院，浙江 杭州 310018）

汽車總裝工藝流程的設(shè)計(jì)

陳 平1，譚志強(qiáng)1，劉曉鋒1，趙東海2，黃青斌2，黃方怡2

Chen Ping1，Tan Zhiqiang1，Liu Xiaofeng1，Zhao Donghai2，Hang Qingbin2，Huang Fangyi2

（1. 廣州汽車集團(tuán)汽車研究院，廣東 廣州 511434；2. 吉利汽車研究院，浙江 杭州 310018）

隨著市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，汽車制造商通過跨平臺(tái)車型混線生產(chǎn)方式來滿足市場(chǎng)對(duì)車型的多樣化需要，使汽車制造商對(duì)生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)越發(fā)敏感。文中介紹了總裝工藝流程的內(nèi)容，從生產(chǎn)線通過性、生產(chǎn)線布局、工藝技術(shù)3個(gè)方面詳細(xì)分析總裝工藝流程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為降低汽車總裝工藝的復(fù)雜程度，提高生產(chǎn)線的混線能力和對(duì)總裝工藝流程的設(shè)計(jì)提供思路和參考意見。

工藝流程；生產(chǎn)綱領(lǐng)；工序排布；生產(chǎn)線平衡；設(shè)備共用率

0 引 言1

隨著市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，汽車制造商通過模塊化，跨平臺(tái)車型混線生產(chǎn)方式來滿足市場(chǎng)對(duì)車型的多樣化需求，汽車制造商對(duì)于生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)越發(fā)敏感。合理的工藝流程設(shè)計(jì)對(duì)工廠的混線生產(chǎn)能力，以及對(duì)平臺(tái)車型拓展及柔性化起到極大的作用；合理的工藝流程，以先進(jìn)的工藝技術(shù)為驅(qū)動(dòng)力，追求零缺陷、消除浪費(fèi)、增值動(dòng)作占比最大化以及合理的經(jīng)濟(jì)成本，也是提高生產(chǎn)效率和降低制造成本的有力措施，最終影響著企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

1 汽車總裝工藝流程

1.1 汽車總裝工藝流程

汽車總裝工藝流程主要分為內(nèi)外飾線（Trim）、底盤線（Chassis）、最終線（Final）、分裝線（Sub）、檢測(cè)線（Test）和終檢線（Finish）?？傃b工藝流程設(shè)計(jì)需要考慮生產(chǎn)線通過性（如空間、設(shè)備、工裝、安全等方面）、生產(chǎn)線布局（比如工位數(shù)量、工位節(jié)距、節(jié)拍、仿真技術(shù)等）和工藝技術(shù)（諸如裝配特性、扭矩、加注、工藝設(shè)備水平等）3方面。合理的工藝流程設(shè)計(jì)可以在控制成本的前提下，使生產(chǎn)線具有更好的柔性和適應(yīng)性，進(jìn)而決定汽車制造商的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、成本控制、工藝技術(shù)水平等。隨著制造工藝技術(shù)的發(fā)展，汽車總裝工藝流程的設(shè)計(jì)向著自動(dòng)化、模塊化、平臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化和人性化的趨勢(shì)發(fā)展，這也是企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)，提高競(jìng)爭(zhēng)力和降低生產(chǎn)成本的戰(zhàn)略選擇[1]。

1.2 工藝流程設(shè)計(jì)主要參數(shù)

1）JPH：Jobs Per Hour：每小時(shí)車輛產(chǎn)量，是衡量一條生產(chǎn)線的產(chǎn)能高低的重要指標(biāo)。

2）工位節(jié)距：每個(gè)工位在生產(chǎn)線所占的長度。工位節(jié)距=生產(chǎn)車輛最大長度+兩車間距，兩車間距主要考慮裝配操作的安全性和便利性，一般設(shè)定在1.2～1.5 m。

3）T：生產(chǎn)線節(jié)拍（Cycle Time），即多長時(shí)間從生產(chǎn)線下線一臺(tái)整車。

T=60×μ/JPH，其中60為單位小時(shí)；JPH為每小時(shí)下線數(shù)量；μ為生產(chǎn)線設(shè)備開動(dòng)率，也是作為衡量生產(chǎn)線工作效率的指標(biāo)，一般生產(chǎn)線開動(dòng)率取值為90%～95%。

4）P：工位密度，即每個(gè)工位上的平均人數(shù)。

5）H：工時(shí)總額，指車輛從上線到下線的裝配總時(shí)間[2]。

H=T×P×N，其中T為生產(chǎn)節(jié)拍，P為工位密度，N為生產(chǎn)線工位數(shù)。

1.3 汽車工藝流程設(shè)計(jì)原則

1）工序集中原則：將多車型的相同操作集中在相同工位，盡量使用相同工具。這樣不僅減少設(shè)備投資，也減少裝配工時(shí)，提高生產(chǎn)效率。

2）工序分散原則：汽車生產(chǎn)是處于一個(gè)價(jià)值流下的流水線，為了生產(chǎn)線工時(shí)平衡，需將許多小件，獨(dú)立的裝配內(nèi)容分散到多個(gè)工位上，平衡工位間的工時(shí)差，以及進(jìn)行防錯(cuò)和復(fù)檢功能，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3）多車型混線的基本原則：RPS定位系統(tǒng)共用。車身定位基準(zhǔn)是汽車生產(chǎn)的總定位點(diǎn)，作為車身各子總成在整車的工藝基準(zhǔn)，保持車身坐標(biāo)系一致性是生產(chǎn)輸送線的基本原則，是焊裝、涂裝、總裝車間輸送的定位基準(zhǔn)和裝配工藝基準(zhǔn)，如圖1所示。

圖1 車身RPS定位孔

2 總裝工藝流程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 流程設(shè)計(jì)參考要素

工藝流程設(shè)計(jì)要參考企業(yè)的生產(chǎn)車型的復(fù)雜程度，諸如車型的產(chǎn)品特點(diǎn)、檔次、零部件模塊化程度、生產(chǎn)線工藝水平、工藝技術(shù)能力等因素；零部件總成彼此裝配關(guān)系和產(chǎn)品技術(shù)條件；生產(chǎn)綱領(lǐng)和節(jié)拍要求；法規(guī)限制級(jí)企業(yè)資源能力等；形成最優(yōu)的工藝流程，從而達(dá)到車間工位數(shù)量最少，縮短生產(chǎn)線的長度，減少總裝車間的面積，提高生產(chǎn)線的柔性化和可擴(kuò)展能力[3]。

2.2 工位劃分

汽車總裝生產(chǎn)線主要分為內(nèi)外飾線、底盤線、最終線、分裝線。工序排布要參考生產(chǎn)線的布局特點(diǎn)，根據(jù)整車BOM表信息，按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將整車各系統(tǒng)合理分布到各段生產(chǎn)線，再以零部件總成為單位合理編排到各工位。

2.3 工序排布順序

根據(jù)各零部件的裝配關(guān)聯(lián)性和產(chǎn)品屬性層級(jí)合理設(shè)定裝配順序。一般按照串聯(lián)或并聯(lián)的裝配屬性、上下先后順序、由內(nèi)至外的覆蓋層級(jí)進(jìn)行逐層覆蓋性裝配，同時(shí)考慮避免工序作業(yè)干擾，以及預(yù)留檢驗(yàn)工序。

2.4 零部件總成集中裝配

混線生產(chǎn)中，將各車型的相同零件總成布置到相同的工位上裝配，例如前后懸架、前后保險(xiǎn)杠等。將系統(tǒng)零件安排在同一工位進(jìn)行集中裝配，提高裝配效率，可以很好地防錯(cuò)和提高物流便利性，避免錯(cuò)、漏裝發(fā)生，利于質(zhì)量控制。

2.5 工位密度

考慮裝配人員操作空間的舒適性，工位密度一般以2～3人/工位的密度值為佳。如圖2所示，工位人員布置主要由車輛左右兩側(cè)、前后、內(nèi)外組合排列構(gòu)成。原則是裝配工序互相沒有干涉及行走路程無重疊區(qū)域；避免相鄰車輛的前車輛背門區(qū)域與后車輛的前艙區(qū)域同時(shí)布置人員；避免同車輛的兩側(cè)和車體內(nèi)同時(shí)布置人員。一般是同工位車輛兩側(cè)布置人員裝配對(duì)稱性零部件；同工位布置前艙區(qū)域和后艙區(qū)域人員；同工位布置車體內(nèi)區(qū)域與前艙區(qū)域或背門區(qū)域人員。再根據(jù)車型特點(diǎn)綜合排布[4]。

圖2 典型工位人員布置圖

2.6 獨(dú)立工序工位原則

部分獨(dú)立工序?yàn)榱吮ＷC裝配質(zhì)量，從物料配送及生產(chǎn)安全角度考慮，通常不會(huì)與其他工序關(guān)聯(lián)，該工位不宜規(guī)劃其他裝配內(nèi)容，基本原則是占用獨(dú)立工位來完成。比如前后風(fēng)擋的涂膠和裝配工序，輪胎安裝和擰緊工序，汽車燃油加注工序，底盤與車身合裝工序，整車四輪定位工序等[5]。

一般大型設(shè)備在工藝流程設(shè)計(jì)之初就要優(yōu)先設(shè)定和考慮，減少工藝流程的變更和修改對(duì)大型設(shè)備的影響。比如前后風(fēng)擋玻璃涂膠設(shè)備一般布置在內(nèi)飾線體的最后工位，內(nèi)飾線的工藝路程做何種變化也不會(huì)造成影響。底盤合車工序一般布置在底盤線中后段，給予足夠的緩沖工位來應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，確保整車性能的重要工藝裝配質(zhì)量。油液加注設(shè)備一般集中優(yōu)先布置在最終線處，優(yōu)先采用多合一形式的油液加注設(shè)備。

2.7 力矩管理

力矩是總裝工藝中最重要的工藝質(zhì)量參數(shù)之一，盡量采用高精度擰緊設(shè)備。工藝流程原則上盡量設(shè)計(jì)為：同一工位上1名員工只使用1種擰緊工具進(jìn)行 1種力矩值或同種規(guī)格螺栓的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件擰緊作業(yè)。減少套筒更換工序，不允許人員使用超過2種擰緊設(shè)備。對(duì)于1把高精度伺服電動(dòng)擰緊工具需要擰緊不同規(guī)格和力矩值的作業(yè)，必須增加防錯(cuò)和記數(shù)等追溯功能裝置。結(jié)合生產(chǎn)車型的標(biāo)準(zhǔn)件類型和數(shù)量、力矩值大小，考慮工序內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)件力矩和對(duì)邊尺寸的統(tǒng)一。在不影響產(chǎn)品性能的前提下，將工藝力矩進(jìn)行整合，從而達(dá)到減少標(biāo)準(zhǔn)件種類，減少使用工具種類的目的，使裝配達(dá)到最佳的簡量化。

2.8 模塊化裝配

盡量采用模塊化技術(shù)裝配，汽車總裝模塊化生產(chǎn)可以顯著縮短生產(chǎn)線長度、降低總裝工藝復(fù)雜性、縮小工廠規(guī)模，提高生產(chǎn)線柔性化。例如沒有采用模塊化的情況下，裝配冷凝器、散熱器、防撞梁、前組合燈總成、機(jī)蓋鎖等工序內(nèi)容至少需要6個(gè)工位，采用前端化技術(shù)裝配，只需要1個(gè)工位就可以完成前端模塊的裝配，顯著減少工位長度和裝配難度。目前可實(shí)現(xiàn)的總裝模塊化主要有前端模塊化、車門模塊化、底盤模塊化、頂棚集成化、油箱集成化、IP模塊化、車輪模塊化等[6]。

2.9 人機(jī)性裝配

總裝裝配內(nèi)容主要是由人完成裝配，零部件的裝配便利性要從作業(yè)人員動(dòng)作姿勢(shì)進(jìn)行匹配考慮，以人員站姿裝配為佳，盡量避免裝配人員過高、彎曲或側(cè)身的動(dòng)作，減少人員的職業(yè)健康傷害。對(duì)于底盤線的作業(yè)流程，建議采用高度可調(diào)及車身可旋轉(zhuǎn) 90°的C型鉗吊具來提高底盤裝配人機(jī)性；對(duì)于內(nèi)飾線的作業(yè)流程，經(jīng)常出現(xiàn)人員裝配位置和車身懸掛高度不吻合，作業(yè)人員需要下蹲或彎曲身體來完成裝配作業(yè)。通過采用Z向高度柔性可調(diào)的車身托盤，可以保證在不同的工位將車身定位在合理的高度，方便人員站立式裝配，減少蹲著及軀干彎曲造成的身體機(jī)能勞損，如圖 3所示。對(duì)于其他過重或大件的零部件，采用助力機(jī)械手輔助裝配，減少作業(yè)人員的勞動(dòng)量和勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖3 人性化工裝設(shè)備

2.10 延遲排布

考慮在線維修和生產(chǎn)掉線的突發(fā)情況，對(duì)于裝配關(guān)系存在先后串聯(lián)屬性的較大零部件，至少隔開一個(gè)延遲工位進(jìn)行排布。比如天窗與頂棚的裝配關(guān)系為先后串聯(lián)屬性，雖然必須先裝配天窗總成后才能裝配頂棚，但是在工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)，一般要求頂棚總成與天窗總成至少錯(cuò)開一個(gè)工位的延遲距離，是為了預(yù)防天窗裝配出現(xiàn)質(zhì)量問題或裝配人員跟不上生產(chǎn)節(jié)拍掉線，留給響應(yīng)人員在線處理問題的時(shí)間。

2.11 生產(chǎn)安全

易燃、易爆、易碎、有毒物質(zhì)或零部件的裝配盡量放在生產(chǎn)線后端工位，以減少安全防護(hù)工作量。比如汽油加注設(shè)備工位一般布置在生產(chǎn)線后端工位區(qū)域，消防要求上該工位應(yīng)與廠房通道大門距離最短并暢行無阻。

2.12 擴(kuò)展工位

考慮工藝技術(shù)的進(jìn)步和企業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展。工藝流程設(shè)計(jì)之初，要預(yù)留一部分的擴(kuò)展工位，以滿足后續(xù)平臺(tái)車型的增加，以及混線生產(chǎn)造成的工藝流程變更，以便在后續(xù)車型上線裝配時(shí)，不至于出現(xiàn)工位長度不足，或者導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)裝配擁擠的現(xiàn)象。

2.13 生產(chǎn)線平衡

生產(chǎn)線均衡的目的是在滿足約束狀態(tài)下使特定目標(biāo)函數(shù)最大化或最小化。目前普遍認(rèn)為總裝工藝流程平衡性（ALB）的問題主要分為3大類：生產(chǎn)綱領(lǐng)確定了生產(chǎn)節(jié)拍大小，求最少生產(chǎn)線工位的問題；生產(chǎn)綱領(lǐng)確定了生產(chǎn)線工位數(shù)量，求最小生產(chǎn)節(jié)拍的問題；生產(chǎn)線工位數(shù)和生產(chǎn)節(jié)拍都確定了的情況下，求混線車型之間生產(chǎn)的負(fù)荷均衡性問題[7]。

優(yōu)化生產(chǎn)線平衡的方法主要有5M法，從人、機(jī)、料、法、環(huán) 5個(gè)環(huán)節(jié)入手改善。以及 ECRS法，即取消（Eliminate）、合并（Combine）、重排（Rearrange）和簡化（Simply），從改善作業(yè)手法角度上優(yōu)化生產(chǎn)線平衡。

2.14 設(shè)備共用率

多品種混線的生產(chǎn)線，通用設(shè)備占總設(shè)備的比例，是評(píng)價(jià)混流生產(chǎn)線經(jīng)濟(jì)性與柔性化能力的重要指標(biāo)。

1）對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)分裝及合車的工裝設(shè)備，必須設(shè)計(jì)成柔性化通用工裝，以滿足多個(gè)不同動(dòng)力配置的裝配。

2）對(duì)于諸如儀表總成、前端模塊、車門模塊等的助力機(jī)械手，盡量采用通用的夾持孔和定位銷，以達(dá)到一套助力機(jī)械手滿足不同車型的裝配需求。

3）不同車型的各種油液加注口設(shè)計(jì)上要保持一致，才能滿足加注設(shè)備的共用。

4）標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格及對(duì)邊尺寸盡量采用國標(biāo)的產(chǎn)品，減少非標(biāo)設(shè)計(jì)，達(dá)到減少擰緊工具種類，減少設(shè)備采購費(fèi)用。

2.15 功最小原則

從價(jià)值流的理念出發(fā)，工藝流程設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)是在一定節(jié)拍條件下使各工位非增值時(shí)間總和最小或者增值時(shí)間總和最大。物流配送過程不增加增值屬性或任何附加值，因此物流運(yùn)輸“距離”要短，搬運(yùn)“量”要小。盡量采用SPS（Set Parts System）物流模式，減少人員走動(dòng)時(shí)間及物料搬運(yùn)時(shí)間[8]。

3 結(jié)束語

在汽車總裝生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)過程中，再好的生產(chǎn)通過性、生產(chǎn)線布局，都需要合理的工藝流程來匹配，才能發(fā)揮最大效能。伴隨著市場(chǎng)、技術(shù)及政策導(dǎo)向等多方面因素的推動(dòng)，汽車總裝工藝技術(shù)向著模塊化、自動(dòng)化、柔性化、人性化、智能數(shù)字化的趨勢(shì)發(fā)展。與之匹配的汽車總裝工藝流程也會(huì)產(chǎn)生變革性變化。

總裝工藝人員在進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮企業(yè)自身定位、生產(chǎn)車型的復(fù)雜程度、當(dāng)前工藝技術(shù)水平、生產(chǎn)綱領(lǐng)要求、法規(guī)限制及成本投入，也要提高新技術(shù)新材料的運(yùn)用，配合數(shù)字化工廠仿真，形成最優(yōu)的工藝流程。提高產(chǎn)品研發(fā)和工藝流程編排的進(jìn)度，減少試制過程和后續(xù)技術(shù)改造成本，從而縮短生產(chǎn)線的長度，減少總裝車間的面積，提高生產(chǎn)線的柔性化和擴(kuò)展性。

[1]董建華，肖田元，樊樹海，等. 大規(guī)模定制汽車總裝生產(chǎn)線規(guī)劃及其仿真環(huán)境[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2003，15（2）：202-204.

[2]秦春清. 淺談微型汽車總裝生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)[J]. 裝配制造技術(shù)，2010（4）：149-150.

[3]段文玲. 轎車總裝車間工藝規(guī)劃[J]. 汽車工藝與材料，2010（10）：1-5.

[4]余傳海. 總裝同步工程中工藝前期輸入對(duì)整車開發(fā)的影響[J].汽車工藝與材料，2013（3）：16-20.

[5]莊明惠，蔣惠強(qiáng). 轎車總裝車間規(guī)劃及質(zhì)量控制[J]. 汽車工藝與材料，2009（4）：30-34.

[6]田潤心. 模塊化裝配生產(chǎn)在汽車總裝生產(chǎn)工藝中的運(yùn)用[J]. 機(jī)械制造，2012，50（1）：62-63.

[7]張寶慶，胡利杰. 總裝新車型工藝可行性分析[J]. 汽車工業(yè)研究，2014（8）：50-52.

[8]張明. MTM 在汽車總裝車間生產(chǎn)線布線中的應(yīng)用[J]. 汽車維修，2008（12）：22-23.

U468.2+1

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2016.05.010

1002-4581（2016）05-0035-04

廣汽集團(tuán)整車關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)（201001N0104818165）。

2016-03-28