某車型車身地板線節拍設計及工藝布局變化分析

摘要：以北京奔馳某車型車身地板線為例，通過計算生產線節拍，對比設計階段的生產線工藝布局方案變化，梳理生產線規劃過程中應該關注的事項和內容，通過工藝方案的不斷優化，為生產線項目節約投資成本，制定出合適的生產線制造方案，為后續車型生產線布局方案提供設計思路和參考。

關鍵詞：車身地板線；節拍設計；工藝布局；白車身

近些年來，隨著汽車產銷量的增加，汽車裝焊車間的自動化程度逐年提高，汽車裝焊車間的工藝復雜性也逐步提升：大量工業機器人在裝焊車間內得到廣泛應用；自動焊槍、自動鉚接槍、自動涂膠以及工藝質量輔助監測功能大量采用。同時為了進一步提升裝焊車間白車身質量穩定性，裝焊車間內所有的工藝連接技術與質量監測系統、電氣控制系統及生產控制系統都進行高度集成互聯。

由于每個車型外形獨特，對于裝焊車間的每個車型來說，生產線都相對獨立。但是為了節約成本和使用面積，在項目工藝規劃過程中，通常也要考慮最精益化的規劃方案，盡可能地實現多車型柔性化生產，同時減少工藝布局面積，用最少的成本、最小的工藝面積和最精益的工藝方案生產出更多的產品。

裝焊車間生產線工藝構成

以北京奔馳各車型為例，從生產線的工藝內容及構成來說，裝焊生產線主要由以下內容構成：

1）小零件分總成焊接工位，如縱梁內板、縱梁外板、后端橫梁等小件分總成焊接工位。

2）車身地板線分總成焊接線，如前端生產線、后端生產線和主地板生產線。

3）Z1地板總成焊接線，用來焊接地板分總成，將前端、主地板和后端拼接在一起，統稱為Z1線。

4）側圍分總成焊接線，包括車身側圍內板工位、側圍外板工位和側圍加強板工位等。

5）Z2主線，將地板總成、側圍總成、頂蓋等焊接在一起，形成車身的主體框架部分，Z2主線是生產線的主體，是車身定位和焊接的重要部分。

6）外覆蓋件區域，主要生產車門、翼子板、發動機蓋、行李箱蓋或尾門及頂蓋等零件。

7）Z3車身裝配及調整線，用于將外覆蓋件裝配到車身上，同時調整車門及發動機蓋和行李箱蓋的裝配尺寸，輔以手動調整，這是裝焊車間的最后一道工序內容。

生產線節拍設計

裝焊車間生產線工藝設計的基礎是平面布局設計，而平面布局設計的前提是生產線的節拍。在生產線節拍的規劃過程中，通常需要考慮幾個概念：設備開動率、設備修磨時間以及生產線生產方式。

設備開動率是反映生產穩定性的指標，即生產線在生產過程中穩定狀態，通常指在單位時間內設備是否能夠正常運轉，正常生產制造及加工車身零件。設備修磨時間是指焊接設備本身的質量穩定性相關因素，比如焊槍需要在一定周期內修磨電極頭，鉚接槍在一定周期內加注鉚釘，螺柱焊槍一定周期清洗槍頭飛濺殘渣。生產線生產方式，則可以分為傳統的推動式生產、拉動式生產或定制生產。

以北京奔馳某車型為例，生產線年產量為12萬臺，工作時間為雙班8h，每年工作日為250天，設備開動率為85%。通過以上信息，可以計算生產線的生產節拍。生產節拍具體到工位是指每臺車在每個工位需要多長時間能夠完成，是每小時產量的工作時間除以該小時的生產量計算出來的。生產節拍可以按照下面的計算公式進行計算。

有效工作時間T=（H×60）DPt" " " " " " " " " " " " （1）

式中 H——每天定時生產的時間；

D——每年的定時生產時間；

P——設備開動率；

t——生產班次。

依據以上公式，北京奔馳某車型對應各個值為H為7.7h，為8h工作時間減去生產線每日休息的時間，D為250天，P為0.85，t為2，則

T=（7.7×60）×250×0.85×2=196350（min）

如果需要滿足每年12萬臺的產量，有效生產時間分配到每輛車身的時間為

C=T×60÷120000=196350×60÷120000=98s

即整條線的生產節拍時間是98s，生產節拍是由夾具動作時間、裝配時間、焊接時間及搬運時間等組成。夾具動作時間取決于夾具的自動化程度，裝配時間取決于沖壓件精度，分總成零件精度以及工人的熟練程度等。

某車型車身地板線工藝方案變化分析

按照生產線工藝布局設計的思路，每個車型項目工藝方案都會進行幾次調整，并最終達到設計上合理的狀態。本文選取某車型車身地板線區域為參考區域，該區域主要包含了車身地板前端區域，車身地板后端區域，Z1車身地板線等，通過三個階段的布局變化探討工藝方案及設計思路變化。

圖1所示是車身地板線初版工藝方案，該方案發生在項目初始階段，對生產線各個區域所需要的占地面積進行評估，并對生產線各個區域位置進行初始設計。

圖1中每兩個廠房立柱之間的距離為33m，車身地板生產線需要占用8700m2 的面積。在初期的工藝方案中，重點考慮的是生產線能夠布置進這個區域面積內，車身地板線每個零件有相對粗略的上件位置，對生產線內的零件物流走向做粗略評估。

該方案布局中最左側帶有90°轉向的是車身地板后端區域，該區域零件從下到上進行工藝連接，通過工業機器人進行零件搬運及存儲，同時區域內設計了三個緩存轉臺區域，用于存儲零件，保證生產線輸入能力。中間區域為車身地板前端區域，零件物流走向同后端區域一致，都是從下到上進行工藝連接。

通過查看初版布局方案可以發現，前端區域和后端區域的主要零件均位于區域的下方和左右側進行上件，其中區域下方的零件主要是車身零件的前端縱梁輪罩，后端縱梁輪罩以及后端面板等尺寸較大的零件，在上件時需要較大的物流空間。前端和后端區域的分總成零件通過空中積放鏈傳送至Z1車身地板總拼區域，與車身主地板零件進行合拼，合拼后的地板總成零件通過工業機器人搬運，旋轉緩存臺以及二層鋼結構輸送積放鏈進行輸送，先后進行車身各區域螺柱焊接，通過生產線尾部的車身關鍵位置尺寸精度檢測工位，通過提升機上二層輸送平臺至Z2生產線工藝區域。

初始階段生產線工藝方案更多的是考慮生產線能不能在有限的空間內完成布局，同時設計初期的工藝區域范圍、零件生產流向、物流料筐擺放位置，以及生產線內的必要緩存、工藝區域之間的輸送方式等相關信息。初版方案在最初設計的過程中并沒有仔細考慮物流零件存儲轉運、物流部門送零件到生產線邊便捷性、生產線工藝區域布局最小可能性，以及人工上件位置或精度料筐上件等相關內容。

圖2所示是生產線設計階段完成的第二版工藝方案布局，此階段的工藝布局對比初版方案進行了細化和調整。

具體更新的內容如下：

1）細化了各工藝區域的設備種類數量和各工位工藝內容，通過細化工藝布局，盡可能減少工藝區域的占地面積。對比圖1和圖2可以發現，后端區域長度被縮短了。

2）對生產線的物流通道區域進行了細化，工藝區域之間的主要物流通道寬度設計為5m。需要注意的是，由于此布局的限制性，在前端和后端線尾區域的物流通道只能維持3.5m。

3）增加了零件線下返修區域的規劃。線下返修區域通常用于零件返修或車身零件質量檢查，該區域在此版本方案中被放置在了整個工藝布局的左下角。由于工藝區域內零件生產流向依舊使用了初版方案的流向，因此該線下返修區域距離待返修零件較遠，零件轉運不方便。

4）此版方案對生產線的零件上件工位進行了重新布局設計。以前端和后端區域為例，將生產線所需的零件盡可能放置在生產線的外圍區域，方便物流零件料筐轉運，但未對精度料筐和人工上件工位進行拆分和重點設計。

對比圖1的初版方案，圖2版本的布局方案對生產線零件物流走向沒有進行更新，仍采用了初版的方案設計。同時車身地板線總成零件仍采用空中積放鏈橫移機輸送方式，這種零件輸送設備成本投入較高，維護及運營成本也高，需要在后續方案中進行評估及調整。

結合對比圖1和圖2兩個版本工藝方案布局的優點和缺點，規劃團隊將后端區域和前端區域進行了位置對調，重新調整了工藝區域內的零件生產走向。工藝區域內的人工上件的工位設計了低成本自動化上件系統，同時優化了工藝布局空間，調整工藝區域之間的物流通道為5m，保證物流部門零件正常轉運。

圖3所示是生產線最終的工藝布局方案，該方案也是最終在現場正式實施的車身地板線工藝布局方案。

對比之前版本的布局方案，最終方案做了以下內容的優化和調整：

1）所有的車身零件上件方式均使用物流零件精度料筐直接上線或低成本自動化上件系統的形式，提高工人的使用效率，減少工人數量，降低生產線后續運營階段的人力成本。

2）對生產線重點工位的工藝步驟和工藝內容進行細化，對每個工位的工藝節拍進行核算，最大程度讓生產線各個工位的節拍均勻化，確保生產線生產效率更高。

3）優化工藝布局，將車身零件線下返修區域從圖2的左下角轉移到了前端區域，后端區域以及Z1地板線的下線區域附近，位于整個車身地板線的居中位置，這樣可以兼顧前端及后端零件的質量返修工作，節約返修設備，減少返修人工成本，方便零件返修及檢測。

4）通過調整前端區域和后端區域零件生產走向，調整了物流零件精度料筐上件位置，使物流零件精度料筐與人工上件工藝內容彼此不干涉，降低生產過程中的安全風險。同時通過調整工藝區域位置和零件走向，在整個生產線北側和南側也節約出了兩個較大的零件存儲空間，方便了物流零件臨時存儲使用。

5）節約項目成本，調整車身地板線的總成零件轉運概念。將車身地板區域的車身零件緩存及輸送方式改為固定式存儲臺或轉臺形式，通過工業七軸機器人進行零件搬運，取消原版方案中的輸送積放鏈形式，大幅降低了設備維護成本，提高了生產線穩定性。

6）優化了生產線關鍵工位工藝內容，如車身打碼工位噪聲優化；重要的點定合拼工位節拍設計；螺柱焊接工藝采用了雙節拍工位設計降低成本；對生產線總成零件增加了在線檢測工位，測量車身零件的關鍵尺寸，實時監控車身質量變化。

結語

裝焊生產線工藝布局設計的內容，是新車型開發、新產品產能擴充時裝焊車間最有全局感、最具經驗值及最有挑戰性的工作，也是裝焊生產線的核心技術。需要綜合考慮生產綱領目標、自動化率、生產場地、生產方式及投資規模等總體規劃要求，同時還要掌握車身數模對產品的工藝性要求如上件流程、焊點分配、節拍計算、物流設備等方面內容。

可以說，裝焊車間工藝布局的合理設計和先進程度，是衡量一個裝焊車間的加工能力和技術水平的重要指標。只有對裝焊車間的工位進行合理規劃，對生產線布局、工藝過程以及工位節拍等進行統一管理及實施，才能保證一條優秀的生產線順利誕生，進而生產出質量卓越的產品。

參考文獻：

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