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：中國汽車工業經歷二十多年的蓬勃發展，在進程中不斷完善汽車生產技術，提高生產的質量和效率。總裝工廠在汽車生產中是最重要的工藝環節之一，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，汽車工業充滿了機遇和挑戰，一方面依托于工業技術蓬勃發展帶來的機遇，不斷吸收先進制造技術和管理模式，促進生產效率提升;另一方面，市場需求多元化和內部制造成本上升所帶來的挑戰，導致多車型柔性共線生產的要求越來越高，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，以創新為驅動，通過采用先進的生產技術、工藝設計、科學管理方法等，將其融入現有的生產體制中，不斷強化體質，來實現快速、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;生產現狀

0? 引言

總裝工廠以流水線的方式生產，線體和設備單機配合運作，各生產環節不斷實現分聚與匯流，從而規律有序地完成產品裝配工作。

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。另一方面，人員數量和工資在持續增加和上漲，成本壓力越來越大。

大家知道，生產整體是作業崗位和設備單機等多個個體組成，整體生產和生產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。

在總裝工廠生產中探討實施該方法，利用工藝整合改善或數字化技術等集約化手段，將存在共性的分散作業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，數量多、形狀各異、功能不同，且生產工位處于流水線移動狀態，這些特點決定了它現階段主要以人工裝配為主。由此帶來，總裝工廠的工人數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整、螺栓連接、粘接作業、油液加注等（見表1）。其中對位調整組裝占工作量的約70%，螺紋緊固約占20%，粘接作業占5%，其余5%是油液加注[6]。

1.2 總裝工廠生產現狀

為響應市場多樣化的產品需求，通常總裝工廠需具備3個車型以上的共線生產能力，細化到派生差異區分更是多達100種以上。總裝工廠采用共線生產的方式，并長期在兩種狀態間動態切換：①穩定的量產車型靜態共線狀態;②新車型導入在線流動的動態共線狀態。由此，多車型共線生產帶來有生產設備、人員配置等差異化，且該差異是動態變化;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 生產設備

現在的總裝工廠，兼容多車型共線生產能力，柔性化程度不一。生產設備按照不同的生產節拍、車型、規格等前提條件，設計了相適應的設備規格形式。其數量和規格，隨著汽車產品推陳出新換代，需要在一邊量產中推進改造升級。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

對于共線生產的總裝工廠而言，生產車型種類不斷增加，而不同車型之間生產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效率，總裝工廠配員數基本以最大車型進行配備，見表2。

∑人員總數=∑總工時÷（作業節拍×工程編成率）

人員效率=人員總數÷日產量

人員效率單位為“人/臺”，即完成一臺車需要多少人，數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A型車的勞務成本要按照C型車配員計算，A型車的生產成本會大幅增加。但最大C型車生產比例有限，這對于相對小車型的生產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、同車型集中排產等方式，但措施會限制生產計劃靈活快速變化，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完成裝配。

如傳統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域面積大，導致其他零件難以在該區域供應，存在工位的利用率低、人員等待的工時浪費等現象。當總裝工廠規劃共線生產車型數量越來越多時，面積不足和工時浪費的課題日益凸出，成為制約產線柔性化能力提升的桎梏。

經過仔細檢討和整合，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域內，設置共享加注工位（見圖1b），線外共用存儲區。

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生的專有工時，從而實現配置人員的最小化。

該方案相對分散式方案（見表3），減少7個工位和8個作業人員，騰出283m2線邊物流占地面積，實現了空間共享、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勢，實現了占地面積最小化、作業人員最小化、配套設備簡化等精益效果，直接體現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，在工位站內完成裝配和品質保證。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空間。為滿足機種變化和節拍提升等需求，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安裝（見圖3（a））。視覺識別/圖像分析系統包含攝像頭、圖像分析、光場設置、數據運用等技術，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，指揮機器人實現輪胎自動安裝。

該集約化方案，采用數字化定位取代精密機械定位方式，利用圖像分析和數據運用的技術優勢，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、調試校正困難等缺點，實現了空間大幅度集約，通過調試模擬參數等軟件就可滿足生產變化的需求。經過統計，該集約化方案相對傳統自動化方案，節約工位空間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完成，實現工序高密度集約。通過使用機器手、3D掃描、圖像分析、大數據匹配等工程技術，利用MES系統識別機種規格，自動匹配拍攝程序動作（攝像頭掃描路徑、拍攝光源參數），圖像分析生成模擬場景和定位參照基準，后臺大數據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，實現在一個工位75JPH高節拍內的高度集約化。與傳統手工安裝方案對比，該集約化方案節約工位空間75%以上，人員減少8人，在整體生產成本、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軟件里模擬定位，實現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模擬定位數據，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現場的工位空間和活力，提升生產線的柔性化能力。

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，都已經得到應用，滿足在有限空間內完成數字定位、自動完成不規則路徑裝配/檢查等作業。

3? 結論

汽車制造企業之間的綜合競爭日益激烈，通過采用縮短生產周期、提高質量、降低制造成本等措施來提高市場競爭力。在制造環節，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。面向未來汽車產品的平臺化、通用化、模塊化開發和設計，在總裝工廠中主要從4個方面迎接汽車產業的發展趨勢：

①產品結構的模塊化、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模塊化生產工藝、柔性化生產能力的增加，成為應對豐富個性化產品的有利手段;

③數字化、自動化的量產方式，成為管理效率和質量的有力武器;

④產業互聯技術，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，就是在遵循產業發展趨勢前提下，發揮視覺識別、圖像分析、數字化等的技術優勢，將機器人自動化技術在總裝工廠內的應用范圍變得寬廣，以此來提高工廠的生產效率和柔性化生產能力。為了在保證品質基礎上最大程度降低生產成本，并且提升總裝生產線柔性化能力，需從工藝設計出發，在工序優化、設備集約的方向深耕，建設共線生產體制下的可持續發展健康體質。

參考文獻：

[1]廖國遠.論汽車總裝工藝技術的應用及發展趨勢[J].內燃機與配件，2019（15）.

[2]劉強，孫志金.淺談汽車總裝工藝規劃設計[J].內燃機與配件，2017-11-15.

[3]金忠寶，謝堅.汽車總裝生產線設計分析[J].內燃機與配件，2017（15）.

[4]付傳武.淺談對汽車總裝線柔性化的探討[J].電子世界，2016（12）.

[5]齊兵兵.汽車總裝柔性化生產線的設計探討[J].科技傳播，2014（07）.

[6]堯佳寧.汽車總裝工藝布局調整及改造的思考[J].科技經濟導刊，2018，26（10）：61.

[7]朱開爾.基于增值操作工時的工廠人員規劃方法研究[D].上海交通大學，2016.

[8]廖鵬翔.產業集約化發展研究述評[J].內蒙古煤炭經濟， 2019.

[9]楊軍偉.模塊化裝配生產在汽車總裝生產工藝中的運用[J]. 硅谷，2013（17）：47，49.

[10]陳平，蔣佳桉，譚志強，等.汽車總裝工藝技術應用及發展趨勢[J].汽車工程師，2016（3）：53-56.

[11]崔林林.淺談總裝車間混線生產線平衡的實現[J].科技創新與應用，2012（023）：95.

[12]崔永，魏夫忠.淺談汽車總裝工藝布局調整及改造的研究與實現[J].科學中國人，2016（29）：21.