一種典型汽車車身多品種柔性生產線車型切換效率提升方案

關鍵詞：多品種;柔性;車身生產線;車型切換;效率

中圖分類號：U466 文獻標識碼：A

1引言

當前，隨著科技的發展，市場競爭越來越激烈，汽車新產品的更新換代不可避免越來越快。傳統大批量、單一化的車輛生產方式對汽車生產企業來說，已經無法滿足生產場地、設備投資等逐漸增加的需求。國外一些先進的汽車生產企業，在焊裝生產線柔性化方面已經有了較為完善的實現方式，國內各大車企也已開始探討適合的柔性化焊裝生產模式。隨之，多品種高柔性車身生產線在各車企中陸續出現，它實現了不同車型在同一生產線進行生產的要求。

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

2車型切換

柔性車身生產線的車型切換即工裝設備的切換，主要包含焊接定位工裝切換，如補焊臺等;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行切換;抓手由人工通過調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切換和插拔切換兩種。根據有無夾具庫，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，由機器人從夾具庫中抓取定位單元放置于滑撬上，并通過機械自鎖機構進行精確定位。若切換后，隨行夾具的工作狀態為D車型，則需再進行一次翻轉切換轉為C車型。具體切換形式需根據車身車間單日所生產的車型來確定。

3車型切換周期分析

汽車車身焊裝生產線是白車身全部形成工位的總稱。根據所生產零部件的不同，焊裝生產線一般分為6大區域，分別為車架生產區域、側圍生產區域、主線裝配焊接區域、白車身焊點補焊區域、門蓋生產區域和門蓋/翼子板裝調區域。不同生產企業，對各部分區域的稱呼存在差異。

以某公司某條車身生產線為例，其大致布局如圖2所示。供應商零件及廠內沖壓自制件送至車身車間后，依次經過前車體線、側圍線、車身主線、補焊線和調整線/門蓋線，最終完成白車身的焊接及裝配。

該車身生產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。主線及側圍線為柔性機器人焊接線，由機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板，內、外板合門后，采用機器人進行滾邊。補焊、調整線為常規傳統線體，補焊線對前道工序遺留或無法焊接的焊點進行補焊，調整線完成門蓋/翼子板的裝調。

以補焊線之前，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車型的生產凈節拍均為40.0JPH（每小時生產40臺白車身），切換周期統計如圖3所示。

前車體為一個獨立區域，其各工位之間互不影響，線旁空間較充足，可提前進行現有總成的生產存儲。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域。下車體區域共10個工位，電控程序設計上分為2個區：UB10～40為一區，UB50～100為二區;總拼區域共8個工位，電控程序設計上同樣分2個區：MB10～40為一區，MB50～80為二區。根據主線的現狀，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，進行B車型UB50～100的工裝切換;總拼區域依此類推。

經生產統計，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;結合產線節拍，B車型從UB10～MB10需15min。進而前車體工裝開始切換后55min，B車型到達主線MB10工位。

側圍區域因產線本身原因，程序上暫未分區。側圍總成通過空中平臺輸送到主線MB10區域，故需待A車型最后一套側圍總成到總拼線MB10后，開始切換B車型工裝夾具。此過程共計過線約20套A車型側圍總成，用時約30min。根據生產過程多次切換的結果，側圍工裝開始切換至完成，整個過程需35min。側圍區域開始生產B車型的側圍總成，至第1套側圍總成到達主線MB10工位，用時15min。前車體工裝開始切換后80min，B車型側圍到達主線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。此期間累計下線A車型約28臺，節拍18.3JPH。通過上述周期分析，發現影響生產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車型切換周期統計約20min;②側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;側圍切換慢，與主線切換不匹配。

4方案設計及應用

下車體UB10～40及側圍工裝切換周期長，可以通過適當增加切換人員等方式進行改善。現主要針對第3個問題，切換過程中存在等待浪費，以及側圍總成供應與主線需求不平衡，進行分析和設計優化。

經過組織專業工程師及車間人員多次現場實地考察及討論，發現原側圍線未進行電控程序上的分區，導致無法分區域開展切換工作。同時受限于場地，不能有效進行側圍總成的線下緩存。最終確認從以下兩個方面進行改善。

（1）對現有電控程序進行優化，增加分區功能，側圍10～20工位為一區，30～50工位為二區。消除一區與二區間的相互影響，在后續切換過程中，提前開展一區的切換工作。

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

基于低成本高價值理念，上述所涉及的改造內容，由車身車間工程師、生產維修及工段員工主導實施，供應商配合，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、周末停產等時間完成左/右側圍總成各15～20件緩存。改造后的車型切換周期如圖5所示。由于現場已緩存部分A車型側圍總成，B車型側圍工裝切換可在B車型前車體工裝開始切換后5min左右進行。根據工裝切換周期及產線生產節拍，確保B車型切換開始后55min側圍總成到達MB10，消除B車型在MB10不必要的等待，實現側圍總成供應與主線需求同步。A、B兩個車型的整個切換過程可在67min內完成，縮短25min。下線車型不變的前提下，節拍從18.3JPH提升至25JPH，切換效率提升27%。

該柔性生產線上其他車型間的相互切換，因各車型生產節拍不同等因素，導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，很好地提升了產線的產能輸出。

5結束語

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

作者簡介：

黃敏鶇，本科，工程師，研究方向為汽車生產制造工藝裝備、車身焊裝生產線開發與建設、智能制造和精益生產。