動力總成制造中拉動式投料系統設計

楊李安卓，李健馳，陳 佳

（東風龍擎動力有限公司，湖北 十堰 442000）

0 引言

隨著我國汽車產業的快速發展，汽車市場正在從增量市場向存量市場轉變，汽車產業不僅要靠產品和技術，更要從效率、質量、成本等角度不斷提升核心競爭力[1]。在此過程中，合理的物流規劃能有效降低物流配送過程中的各種浪費，從而降低生產成本。智能立庫、AGV/RGV、條形碼技術、RFID 等自動化、信息化技術在物流系統中已廣泛應用[2]，這有效提升了物料配送的效率和準確率，因此合理有效的配送技術及系統的研究顯得尤為重要[3]。

拉動式生產的邏輯是：除非需要，否則就不生產[4]，其生產系統中的所有物料流動由實際需求拉動。因此，拉動式物料配送[5]是根據生產節拍和需求拉動物料配送的。信息系統根據物料需求量、線邊庫存以及期初任務量，計算出各工位點所需物料的配送數量。工作人員針對所需物料進行分揀、裝配和備料后，根據生產計劃和物料配送數量運送物料到指定站點，補充生產。

劉磊，等[6]針對離散型小型企業建立拉動式物料流轉模型，并提出以模塊為基礎的物料分類及存儲方式。王旭東，等[7]針對電子生產企業自動化輸送，開發“拉動式”合并備料軟件系統，搭建智能視覺分揀與跨層傳輸系統。倪文勝，等[8]通過生產計劃、物流路線、看板管理等管理方式在叉車制造領域的應用，驗證了精益生產方式對中國制造業不僅是可行的，而且效果是非常顯著的。上述文獻雖然對拉動式投料進行了研究和應用，但是并沒有關于其在汽車/動力總成裝配制造中的應用及研究，沒有提供汽車/動力總成裝配制造業精益化物流配送相關的解決方案。

本文以D工廠“拉動式投料”項目為例，介紹應用精益、自動化、信息化發動機制造物流布局，設計“拉動式物料配送投料”系統，開發配套防錯系統，采用多種物流配送模式共用，解決裝配車間物流浪費問題，進而建立動力總成制造中拉動式投料精益物流配送模式，為產品工藝復雜、產品多樣性大、生產體量大的制造業物流規劃設計提供一定借鑒。

1 物料配送問題

D工廠重型發動機裝配線的生產訂單是由整車需求確定，隨著整車車型的不斷新增，重型發動機生產訂單呈現“批量小、品種多、需求急”的形態[9]，導致現有物流能力已無法滿足生產需求。

供應商根據生產計劃預告需求，將物料配送至工廠庫房；生產科在系統上發布3日滾動計劃，勞務人員打印備貨清單進行物料備貨準備，根據投料清單往裝配線進行線邊投料。N+6生產計劃只能對未來生產進行方向指導，無法精準指示現生產。因此，在這個過程中就會造成供應商將過量/不足的物料配送至庫房，庫房內部會產生物料過多、面積不足等現象。

物料配送過程中，車間各工位節拍無法保證百分之百均衡，各工位對零件消耗速度不一致，經常需要人工定期對現場進行確認后再進行配送，或者人工根據經驗配送導致現場零件過多或不足，無法根據生產實際消耗情況實時投控。

物料下賬是由人工將物料配送簽收單進行匯總，然后在每日工作完成后24h內，在系統上進行掛帳上傳，由工廠自有人員確認后進行賬目下賬。在這個過程中，存在人工匯總的誤差，由于時間性差異導致賬實不相符。

上述問題的根源在于備投料時刻和實際生產時間不匹配，所以如何解決什么時候投料，投多少合適是提升備投料準確性及效率的關鍵。

2 拉動式投料系統設計

目前，備投料邏輯基于理論節拍計算出備投料數量和配送時刻，是預先設定好的推動式投料控制系統[10]。“拉動式投料”項目的提出，就是為改變現有的備投料模式。

2.1 系統設計

拉動式投料的開發，首先需要在系統邏輯上進行變更。從倉庫到線邊構建基于拉動式、信息系統各環節防錯的投料控制系統。以裝配線線邊工位作為一個小型倉庫進行投控，按照零件屬性、大小、SNP值、消耗量等設置不同的投料批量及安全庫存，并根據裝配實際進行此小型倉庫的自動扣料、數據更新，呼叫補料等作業。

例如：當裝配總成A行至1號工位時，通過1號工位設備PLC到位數據信號通知拉動式投料系統索引MES-BOM數據，查找A總成在1號工位所需的零部件信息（包含品種、數量），并在1號工位的虛擬線邊倉扣除上述品種及數量的零部件，此時虛擬線邊倉自動更新實時庫存，根據前期設定的1號工位虛擬線邊倉的補貨原則，判斷是否需要呼叫物料補貨。如需要，則在1號工位綁定的工業手持機上出現補貨訂單，訂單內容包含補貨物料號、數量、要求補貨時間。主流程（計劃拉料）示意圖如圖1所示。

圖1 主流程（計劃拉料）示意圖

2.2 硬件需求

在系統優化的同時，需要投入相應硬件設施。裝配線線邊硬件主要有：（1）托盤載碼體：記錄、存儲裝配總成信息標簽；（2）載碼體讀寫頭：讀寫及刪除載碼體總成信息標簽；（3）上線工控機：上線掃描控制及掃描打印程序控制；（4）條碼打印機及掃描槍：標簽打印及讀寫；（5）部分工位新增PLC控制器：總成信息標簽讀寫及信號發布。庫房硬件主要有：（1）防錯料架[11]、防錯燈及控制系統：針對差異件防錯指示的專用料架；（2）條碼打印機：標簽打印；（3）工業手持機：訂單顯示、標簽掃描等；（4）相關網絡硬件等。

通過軟硬件的優化更新，即可按照如下步驟操作：（1）線邊工人通過掃描條碼，向MES系統請求投料，MES系統校驗所需投物料是否全部投完；（2）沒有投完，MES 系統向WMS系統發出投料請求信號，如果全部投完，則不發請求；（3）WMS系統向倉庫發出備料指示；（4）倉庫根據請求信息，安排投料工備料；（5）投料工根據指示將物料投送線邊；（6）投料工通過掃描條碼向MES系統發送已投送零件編碼、數量、料位等信息，同時校驗投料是否準確；（7）MES系統把所投物料信息反饋給WMS系統，投送流程結束。線邊工位信息系統處理流程如圖2所示。

圖2 線邊工位信息系統處理流程圖

在上述條件具備后，可以實現最理想化生產狀態下的拉動式投料。但是在實際生產過程中，可能會遇到各種異常情況（插單、異常下線、異常停工等），要使拉動式投料在實際生產情況下順利運行，還需要系統能夠自發對異常問題進行判斷和處理。

2.3 防錯系統

異常情況的發生對于拉動式投料的影響主要是系統扣料數據與線邊實際用量不符，造成投送人員無法準確掌握線邊實時生產情況，影響物料配送的及時性與準確性，從而導致拉動式投料的下帳數據不準，嚴重的甚至導致總成報廢，對企業造成直接經濟損失。因此，采取必要的防錯手段，可以有效保證新技術的高效應用，同時提高下線合格率，降低成本[12]。

由于系統采集判斷程序只能通過定時觸發，而生產節拍、周期不固定，所以考慮優化漏采集判斷程序將采集信息與生產計劃進行對比。將每個采集點最后一臺采集到的發動機ID對應到當日生產計劃，對比已采集到的ID號與這一臺ID號之前的計劃，未采集到的ID判斷為漏采。

X：采集點過點發動機ID合集；Y：當前采集ID之前的計劃ID合集。當Y?X時，判斷無漏采集；Y?X時，存在發動機ID屬于Y不屬于X，判斷為該發動機ID在X采集點漏采。

以A 點為例說明一種當前過點發動機漏采集的情況（如圖3所示）。

圖3 漏采集模型

9:00時，若A點未采集到發動機4，當前采集ID為發動機3，Y=–1,2,3–，X=–1,2,3–，Y?X，判斷無漏采集。

9:30時，A點當前采集ID為發動機11，Y=–1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11–，X=–1,2,3,5,6,7,8,9,10,11–，Y?X，“4∈Y”∩“4?X”，判斷為發動機4在A點漏采集。

以上是正常生產時漏采集的判斷邏輯，針對以下三種特殊情況進行補充：

（1）發動機取消生產，則所有采集點都沒有這一臺發動機的過點信息，程序標記為未上線，不判斷漏采集；

（2）發動機中途下線，則某一采集點之后都沒有這一臺發動機的過點信息，需要與裝配線下線臺賬進行對比，人工剔除；

（3）異常插單，對生產計劃進行補充，更新主計劃中ID合集。

3 拉動式投料系統應用

對以上作業進行標準循環往復，就形成了重型裝配線拉動式投料的主體架構。以此為基礎，根據零件結構及屬性不同，分別進行多種方式共存的操作方式，從而提高整體物流配送及裝配效率。

3.1 系統看板補貨

針對標準件（螺栓、螺帽等）及通用型小件（堵蓋/保護帽等），采用直供線邊模式，按照系統看板補貨模式運行[13]。將線邊工位設定為微型倉庫，進行上、下限庫存設置；發動機過點采集后進行線邊倉物料扣料；當線邊倉物料低于庫存下限時，投料工PDA手機會進行提示預警，從而開始進行零件備投料；將備投料零件投控至預警工位。看板補貨示意圖如圖4所示。

3.2 KIT集配

針對各機型需求不同的差異件（支架、機油收集器、調溫器、齒輪等），采用單量份集配（KIT）模式運行[14]。將差異件布置于集配區；集配區根據過點發動機信息，采用亮燈按鍵模式，指示投料工進行備投料；單量份集配完成后由AGV配送至主線與主線發動機對接完成。

針對集配區零件的備投料，采用微型倉庫模式。根據集配完成信號進行扣料，結合安全庫存，使用PDA指示庫房人員備投料，進行集配料架補貨。KIT集配示意圖如圖5所示。

圖5 KIT集配示意圖

3.3 JIS順序上線配送

結合裝配線工藝布局、廠房利用率、發動機零部件屬性，對中、大型差異件（飛輪、減震器、搖臂等），采用JIS順序集配上線模式運行[15]。

以飛輪為例，現生產品種數為3，標準SNP為16，標準器具規格為940*940*1 160。按照順序集配模式，根據主線上線計劃，庫房備貨人員對不同零件進行按序排放，并結合過點扣料指示，按需按時配送至線邊。順序集配示意圖如圖6所示。飛輪順序集配后擺放排序見表1，從而便于裝配現場作業。

表1 飛輪順序集配后擺放排序表

注：1-16代表主線總成裝配順序，A-C代表飛輪品種。

D工廠發動機裝試車間拉動式投料運行半年以來，生產線物料影響停工時間基本消除，線邊零件庫存由原來的32量份/工位減少至8量份/工位，部分工位線邊庫存面積優化1/3，庫存盤點準確率提升至99.3%，減少每月人工盤點工時161h/月，物流配送人員由原來5人減少至4人。由此每年可減少生產物流成本20余萬元。實踐證明，基于消耗的拉動式生產系統可以大幅提高生產經營效率，最終有效提高企業的競爭力。

4 結語

動力總成裝配線是汽車產業中最為核心的生產線，也是整車成本中心中降成本的核心。對混流動力總成生產線，在保證高效快捷的生產節拍前提下，物流配送和物料的管理是關鍵。其中，包含關鍵零部件管理，線邊各工位零件配送、裝配清單、異常處理等情況。在有限的裝配線邊空間下，同時滿足各種不同機型總成裝配零件需要，那么就要通過拉動式投料形式，以主線需求為拉動輸入，在恰當的時間、配送準確的、恰當數量的零件，減少線邊庫存積壓，節約資金。拉動式投料系統結合系統看板補貨、KIT集配、JIS順序上線配送等配送方式，以及防錯系統，有效保證裝配線拉動式投料系統高效運行，更加準確及時地保證生產物流需要，提高了生產效率，且有效節約了生產物流成本。