汽車總裝工廠島式制造模式的前瞻性探索

摘 要：從第一次工業革命開始，歷次產業領域變革都伴隨著生產過程更加集中、高效、批量化。而進入21世紀，制造業對于靈活性、敏捷性、個性化的需求日益增加。伴隨著數字化技術和人工智能技術的大發展，大規模島式制造成為可能。本文結合上汽通用五菱汽車股份有限公司精益智造總裝島式制造模式的新實踐，以市場驅動和滿足客戶需求為總方針，探討新技術在島式制造模式中的運用，匯集島式制造建設團隊的探索經驗，啟迪著今天，也影響著未來。

關鍵詞：島式制造 精益智造 智能總裝

隨著新技術的不斷發展，特別是工業機器人與協作機器人及視覺技術的不斷進步，數字化技術的不斷發展。汽車制造的涂裝工藝首先使用機器人進行噴涂操作，進而，沖壓車間自動化提升至85%左右，隨后，車身車間的因單一的焊接工藝，進入“黑燈”工廠時代。但是，工藝種類繁多總裝車間仍然處于自動化低水平階段。近年來，隨著以5G為代表的通信技術，以神經網絡為特征的智能化技術，以及智能群控等數字化技術的爆發式發展，總裝車間或者汽車總裝工藝也必將發生跨越式的變革。

1 傳統總裝制造的局限性

回顧汽車工藝的百年歷史，1886年卡爾本茨發明第一輛汽車，當年被稱為汽車元年。在1908年，福特發明T型車，1913年，福特汽車率先將流水線開始應用到汽車生產中。汽車總裝車間的生產方式，雖然有諸如豐田的汽車精益生產制造的管理模式進行優化，但是流水線的生產形態并沒有發生大的，顛覆性的變化。

傳統的總裝車間使用的是福特式的流水線。他以社會化大生產，產業專業化分工為指導原則。他的優勢是有效提高社會化生產效率，大批量生產單一產品，規模性制造，滿足了供方市場特征[1]。將整車制造成本壓縮至普通大眾能承受的水平。

隨著生產力的大力發展，人民生活水平的逐漸提升。傳統以技術定義產品的商業模式，以20%的產品滿足80%市場需求，以單一產品，三種配置（低、中、高）的制造的傳統總裝流水線，難以滿足用戶多元化、個性化、定制化為發展趨勢特征的未來市場。

新型自動化技術、智能感知技術、數字化以及智能調度技術的突破性發展[2]。傳統總裝制造工藝，串聯福特式流水線，以動態人工裝配為特征，難以實現自動化生產，難以實現個性化定制與產品工藝工時差異大的線平衡。其終將會被動靜態結合、模塊化制造、無人自動裝配島式生產模式、市場驅動的 “精益智造”總裝工藝所取代。

2 汽車總裝車間島式制造模式

在產品快速迭代、客戶需求個性化、制造業數字化轉型的時代發展背景下，長尾效應成為新能源汽車制造企業的破局關鍵，多品種小批量柔性化制造成為新能源汽車制造的必然發展趨勢。在市場競爭和長尾效應的雙重壓力下，如何搶占市場成為新能源汽車制造商面臨的重要挑戰。

上汽通用五菱率先提出以“島式裝配”為核心的精益智造模式（簡稱島式裝配模式），運用自動化、數字化、智能感知技術建設自動裝配島，實現了更加柔性的多品種小批量汽車制造以快速響應市場需求，為新能源汽車制造模式的轉型提供了參考和指導。

2.1 島式柔性的運載單元

精益智造工廠突破傳統汽車生產線剛性串聯架構，廣泛采用SLAM復合式導航移動機器人，實現高度自動化智能化產線與物流運輸。對車身、物料等各類生產對象可以高自由度靈活傳送，實現結構可重構、功能可拓展、快速可迭代的生產系統，見圖1，形成超強的產品適應性能力，敏捷響應產品迭代和用戶需求。

2.2 動態柔性化工藝模式

動態柔性工藝模式，是實現柔性生產節距可變，節拍可調的高效精益制造模式。

選裝工藝島模式。適用于根據客戶所需訂單生產，產品配置是選裝的零部件，見圖2。如：天窗、天幕、側氣簾、品牌低音炮揚聲器等零部件。

平行支線工藝島模式。平行支線工藝模式是一種傳統產線沒有的生產模式，見圖3。適用情況一：相同零件，工藝工時不相同的情況，如同車型不同配置的主線束布置長度不同導致工藝工時不同等。適用情況二：不同零件，差異工時情況。如主線有3個工位、支線有2個工位。

鏡像支線工藝島模式。鏡像模式是平行工藝模式的特殊形式，適用于兩條或者多條鏡像支線采用同樣的工藝形式，安裝同樣的零件，見圖4。

2.3 靜態自動化區域的建設

靜態自動化無人島。靜態自動化無人裝配島的主要目的是方便實現總裝工藝的自動化。一般來說總裝車間的自動化工藝主要有：玻璃自動底漆涂膠與自動安裝，輪胎的自動安裝、座艙的自動安裝、座椅的自動投放、天幕自動底漆涂膠與自動安裝、前端模塊的自動安裝、自動外觀檢測等[3]，見圖5。

平行無人裝配島。無人裝配區的建設不僅需要考慮總裝工藝的強制順序，還要考慮無人物流路線的合理性和總裝車間的參觀路線等要素。平行無人裝配島是上汽通用五菱的原創，見圖6。島與島之間突破傳統串聯方式，采用分布式布局，多島分布式結構柔性可變。智能群控對AGV等運輸單元智能調度，實現穿梭于多島的多樣化平行加工路徑，實現制造和物流之間多維度協同，高度柔性生產。

3 智算群控技術在汽車島式總裝車間的運用

智算群控系統，能智能協同完成交通管制，車料匹配，協同作業等交匯場景的各要素配置。智算群控系統主要由AGV協同調度、數據匯集處理、設備協同管理、任務排序管理、物料庫區調控、平行柔性調度、可視化孿生仿真幾個功能模塊組成，通過不同模塊的組合，實現各版塊的群控調度，見圖7。

在上文動態柔性化工藝模式中，對智算群控系統的運用已經有部分介紹。此處展示一典型的特殊場景：總裝門控區工藝工序。此場景中，智算群控系統調度三類型AGV，在實現智能調度的同時確保交通順暢。實現拆門工藝中主線AGV與門線AGV的同步協調，還實現門控區物料配送與主線隊列的一致，按要求將門運輸至門存儲區。而在裝門工位，按要求將主線隊列對應的門式運輸至裝門工位。在此工序場景中，可深刻理解智算群控系統的功用，見圖8。

4 結語

島式裝配模式的精益智造將流水線式的制造模式轉變為基于“自動裝配島+AGV調度”的超柔性制造模式，能夠實現多車型多品種的低成本、高效率、大批量的制造。通過自動裝配島實現汽車的模塊化生產，通過差異化分裝實現個性化生產，通過智能群控+AGV調度實現精準配送和島間協同，形成了面向多品種混排的精益智造模式。“島式裝配”為核心的精益智造模式是汽車制造模式的顛覆性創新，能夠推動新能源汽車行業的轉型升級，能幫助企業快速搶占市場，為企業發展創造價值。

基金項目：廣西科技重大專項《基于多信息維度的數字化精制造技術研究與應用（廣西新能源汽車實驗室專項）》（桂科AA23062061）。

參考文獻：

[1]B. J. Pine II， Mass Customization： The New Frontier in Business Competition[J].Harvard Business School Press， 1993.

[2]Foresight， The Future of Manufacturing： A New Era of Opportunity and Challenge for the UK Summary Report [J].The Government Office for Science， London， UK， 2013.

[3]黃峰，王悅峰.汽車總裝生產線自動化改造與實施[J]時代汽車，2024（03）27-29.