模塊化汽車總裝生產(chǎn)線布局研究

范文健，韋震海，曹銳鋒

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

現(xiàn)階段，由于車型的升級(jí)迭代進(jìn)程加快，平臺(tái)車型增加，且不同產(chǎn)品處于混線生產(chǎn)的狀態(tài)。不同的產(chǎn)品，裝配工時(shí)有差異，現(xiàn)有的產(chǎn)線在生產(chǎn)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：（1）在已有生產(chǎn)線導(dǎo)入裝配工時(shí)高于當(dāng)前在產(chǎn)車型裝配工時(shí)的產(chǎn)品混線生產(chǎn)，新產(chǎn)品溢出工時(shí)需要通過(guò)改造生產(chǎn)線，增加工位、新增裝配員工或降低當(dāng)前產(chǎn)線運(yùn)行節(jié)拍實(shí)現(xiàn)，而傳統(tǒng)的生產(chǎn)線包含大量鋼構(gòu)、滑板、滑橇等設(shè)施，后期改造困難，易導(dǎo)致生產(chǎn)線長(zhǎng)時(shí)間停線，效率低下；（2）新增的工位、裝配員工在完成高工時(shí)產(chǎn)品的裝配后，產(chǎn)線在生產(chǎn)低工時(shí)產(chǎn)品時(shí)既浪費(fèi)場(chǎng)地又浪費(fèi)人力，混線生產(chǎn)存在資源浪費(fèi)現(xiàn)象；（3）由于傳統(tǒng)產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)剛性限制，線體的線路布置單一，產(chǎn)線柔性低，產(chǎn)品兼容能力差，后期改造成本高。

針對(duì)上述的問(wèn)題，本文以某主機(jī)廠總裝車間為研究對(duì)象，布局模塊化生產(chǎn)線，提高產(chǎn)線柔性，以滿足模塊化及定制化的生產(chǎn)需求，并優(yōu)化生產(chǎn)線的人員配置，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 現(xiàn)狀分析

現(xiàn)階段，汽車總裝技術(shù)更趨于模塊化、柔性化、自動(dòng)化及智能化的方向發(fā)展[1]。柔性化生產(chǎn)線不僅要滿足產(chǎn)品模塊化的生產(chǎn)需求，還要有兼容多平臺(tái)車型、后期擴(kuò)展性強(qiáng)的能力。

某主機(jī)廠總裝車間A線在產(chǎn)車型中，產(chǎn)品工時(shí)差異最大達(dá)到了1870.63s（見(jiàn)圖1），混線生產(chǎn)時(shí)極大地浪費(fèi)了資源，再加之混動(dòng)車型的導(dǎo)入，對(duì)生產(chǎn)線的沖擊進(jìn)一步加大。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)車型上開(kāi)發(fā)混動(dòng)車型，傳統(tǒng)的零部件可以共用燃油車的產(chǎn)線，但混動(dòng)汽車的動(dòng)力電池、電機(jī)、充電設(shè)備等需要新增工位去裝配。擴(kuò)展生產(chǎn)線，新增工位，需要延伸鋼構(gòu)、延長(zhǎng)板鏈、移升降機(jī)、重新開(kāi)挖地坑等，經(jīng)評(píng)估改造周期在25至35天，易導(dǎo)致生產(chǎn)線長(zhǎng)時(shí)間停線，改造成本高，效率低下。為此，本文采用車體移載機(jī)器人、AGV、側(cè)頂機(jī)等設(shè)備，取代傳統(tǒng)的產(chǎn)線改造方式，將混動(dòng)車型的動(dòng)力電池裝配線以模塊化單元的形式接入現(xiàn)有總裝生產(chǎn)線，并對(duì)其進(jìn)行三維建模，評(píng)估改造方案。

圖1 某總裝車間A線產(chǎn)品工時(shí)

借鑒電池分裝線的改造思路，未來(lái)總裝車間的產(chǎn)線布置從產(chǎn)品工藝出發(fā)，梳理出不同產(chǎn)品的共有工藝及特有工藝，將共有工藝布置到主線上，特有工藝布置到柔性生產(chǎn)單元（旁線）上，使主線工時(shí)恒定，裝配人員恒定，以達(dá)到優(yōu)化車間人員配置的目的。和電池分裝線一樣，未來(lái)總裝車間主要采用AGV布線，內(nèi)外飾件在AGV組成的環(huán)線上裝配，底盤件在由側(cè)頂機(jī)及滑軌組成的底盤高工位上裝配，發(fā)揮AGV小車系統(tǒng)部署迅捷、運(yùn)動(dòng)線路可靈活調(diào)整的特點(diǎn)，突破傳統(tǒng)輸送機(jī)械結(jié)構(gòu)剛性及線路布置形式單一的限制，打造智慧工廠。

2 電池分裝線模型的建立

借助三維建模軟件，采用CAD/CAM技術(shù)快速建立生產(chǎn)線的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行虛擬裝配，將模型直觀地展示出來(lái)，在產(chǎn)線落地前對(duì)其進(jìn)行可行性、干涉檢查等工程應(yīng)用分析，能有效避免在實(shí)際施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。

分裝線包含BDC、車體移載機(jī)器人、側(cè)頂機(jī)、AGV及磁條等設(shè)施，本文采用UG/NX軟件對(duì)其建模并進(jìn)行虛擬裝配。首先創(chuàng)建各設(shè)備的模型文件，依次建立各設(shè)備的三維模型，再創(chuàng)建分裝線裝配模型文件，進(jìn)行虛擬裝配。

接下來(lái)以AGV（見(jiàn)圖2）為例，介紹模型建立過(guò)程，考慮到模型僅用于工程應(yīng)用分析，所以不對(duì)AGV的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（電機(jī)、電路、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等）建模，只對(duì)外部特征進(jìn)行建模。

圖2 AGV

首先對(duì)AGV進(jìn)行特征分析：（1）主體特征：AGV車體、車體支撐為軸對(duì)稱特征；（2）細(xì)節(jié)特征：倒圓角、倒斜角。建模流程如下：a.新建模型文件：打開(kāi)UG軟件，新建文件，類型選擇模型，文件命名為：AGV_model.prt，指定保存路徑，完成模型文件創(chuàng)建；b.新建草圖，繪制AGV車體截面草圖；c.使用拉伸命令，選中步驟a的草圖，指定拉伸矢量（拉伸方向、拉伸值），拉伸出AGV車體實(shí)體模型；d.在AGV車體上表面新建草圖，繪制車體支撐截面草圖；e.使用拉伸命令，選中步驟b的草圖，指定拉伸矢量，拉伸出車體支撐實(shí)體模型；f.使用邊倒圓、倒斜角命令完成細(xì)節(jié)特征的建模；g.選中實(shí)體模型，指派特征顏色；h.檢查、完善模型，完成車體托運(yùn)AGV建模，如圖3。

同樣采用上述建模方法及同步建模命令（替換面、拉出面等），依次完成BDC、移載機(jī)器人、側(cè)頂機(jī)、AGV環(huán)線等的模型建立。完成設(shè)備建模后，對(duì)模型進(jìn)行虛擬裝配，如圖4。

圖4 電池分裝線模型

該方案具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：（1）移載機(jī)器人將車身從BDC上搬運(yùn)至AGV上；（2）AGV托運(yùn)車身至側(cè)頂機(jī)；（3）側(cè)頂機(jī)將車身抬起到滑軌上；（4）動(dòng)力電池裝配AGV舉升電池，緊固螺栓，完成動(dòng)力電池裝配；（5）側(cè)頂機(jī)將車身下放至AGV上；（6）AGV托運(yùn)車身至車體搬運(yùn)處；（7）移載機(jī)器人將裝配完動(dòng)力電池的車身搬運(yùn)回BDC上。

3 智慧工廠布局

電池分裝線在完成虛擬裝配后，經(jīng)評(píng)估改造方案可行，目前已落地支持生產(chǎn)，節(jié)拍可調(diào)，滿足生產(chǎn)需求。類似地，智慧工廠采用模塊化的裝配形式，將產(chǎn)品高度集成，提高產(chǎn)品總成級(jí)別，采用不同類型的AGV配送物料，線體整體布局如圖5。

圖5 智慧工廠

線體主線呈“一”字形，輔以環(huán)形旁路（旁線），主線用于生產(chǎn)工藝相同的產(chǎn)品和裝配工時(shí)有較大差異的產(chǎn)品，溢出工時(shí)的部分在旁線分裝。

該布局方式有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）柔性高，擴(kuò)展性強(qiáng)：采用AGV布線，線路靈活可調(diào)，后期擴(kuò)展新工位，只需增加AGV、延長(zhǎng)磁條即可；（2）主線產(chǎn)品裝配工時(shí)恒定，人員恒定：在主線上裝配的產(chǎn)品，裝配工時(shí)固定，各工位的人員配置不做調(diào)整，工時(shí)有差異的產(chǎn)品，采用外包分裝或是在旁線分裝的裝配方式，能兼容多平臺(tái)、不同配置的車型；（3）產(chǎn)線布局便捷：采用AGV布線，相比于傳統(tǒng)生產(chǎn)線采用鋼構(gòu)布線的方式，能大幅節(jié)約線體搭建周期，加快產(chǎn)線落地支持生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

高柔性、高擴(kuò)展性的產(chǎn)線布局具有很高的推廣價(jià)值和可復(fù)制性，能很好地滿足企業(yè)的模塊化生產(chǎn)需求以及客戶的個(gè)性化定制需求。本文采用移載機(jī)器人、側(cè)頂機(jī)、AGV搭建生產(chǎn)線的方法，在后續(xù)擴(kuò)展時(shí)，只需要對(duì)AGV路線（磁條）進(jìn)行規(guī)劃、增加AGV即可，加快產(chǎn)線落地支持生產(chǎn)，縮短產(chǎn)線的建設(shè)周期。然而，由于檢測(cè)線上設(shè)備大多包含室體（ADAS標(biāo)定、DVT房、淋雨試驗(yàn)室等），且需要開(kāi)挖地坑，不利于快速布線及后期的改造，本文缺乏檢測(cè)線上相關(guān)工藝設(shè)備的布線方式，為進(jìn)一步優(yōu)化智慧工廠，完善總裝車間生產(chǎn)線，本文將從以下幾個(gè)方面繼續(xù)進(jìn)行研究：（1）以動(dòng)力電池分裝線為藍(lán)本，以點(diǎn)及面，逐步改造現(xiàn)有的生產(chǎn)線；（2）研究先進(jìn)的汽車檢測(cè)工藝，完善智慧工廠，加速智慧工廠落地；（3）開(kāi)發(fā)柔性生產(chǎn)線配套的倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，并對(duì)物流進(jìn)行規(guī)劃。