多車(chē)型共線生產(chǎn)的車(chē)身車(chē)間機(jī)運(yùn)線規(guī)劃淺析

車(chē)身車(chē)間又稱(chēng)為焊裝車(chē)間，生產(chǎn)的是整個(gè)汽車(chē)零部件的載體——白車(chē)身。車(chē)身是以鋼制結(jié)構(gòu)件構(gòu)成的整車(chē)支撐部件，其制造成本約占汽車(chē)總成本的40%左右，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)整車(chē)質(zhì)量起著決定性作用。車(chē)身通常由300～600個(gè)形狀復(fù)雜的沖壓件及標(biāo)準(zhǔn)件，在70～100個(gè)工位上以快節(jié)奏焊接而成，輔以少量的焊接、膠接和螺接，焊點(diǎn)多達(dá)4000～6000個(gè)。

車(chē)身車(chē)間機(jī)運(yùn)線規(guī)劃的重點(diǎn)是將工藝設(shè)備、輸送設(shè)備、通道走廊和設(shè)備全生命周期等一系列因素有機(jī)協(xié)調(diào)，得出最佳方案，在滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的前提下，盡量減少物流搬運(yùn)量和搬運(yùn)時(shí)間，提高柔性化生產(chǎn)能力。

機(jī)運(yùn)線的先進(jìn)程度直接決定制造水平的高低，目前上汽乘用車(chē)結(jié)合多個(gè)工廠規(guī)劃實(shí)際情況，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了以柔性化、多車(chē)型混合焊接為目標(biāo)的高度自動(dòng)化、機(jī)器人取代人工的生產(chǎn)線規(guī)劃技術(shù)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

方案規(guī)劃

機(jī)運(yùn)線的方案規(guī)劃和車(chē)間的工藝流程設(shè)計(jì)是一個(gè)并行的過(guò)程，方案規(guī)劃以特定的工藝流程為前提，同時(shí)不同的機(jī)運(yùn)線布局設(shè)計(jì)又反過(guò)來(lái)影響工藝流程的設(shè)計(jì)。上汽某工廠的車(chē)身車(chē)間采用工藝流程原則來(lái)進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，車(chē)身各個(gè)零部件按加工工藝順序流經(jīng)不同的工位，不僅能夠達(dá)到特定的高生產(chǎn)節(jié)拍，同時(shí)可以給生產(chǎn)提供最大限度的制造柔性。

在方案規(guī)劃階段，需要通過(guò)部門(mén)交流、歷史資料和規(guī)劃目標(biāo)等來(lái)確定機(jī)運(yùn)線的輸入，根據(jù)輸入因地制宜地規(guī)劃最適合的方案。輸入主要分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是與工藝相關(guān)的輸入，如產(chǎn)品的變更、節(jié)拍要求變化、存儲(chǔ)區(qū)大小的需求以及車(chē)型生產(chǎn)配比調(diào)整等;第二類(lèi)是與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和工廠規(guī)范相關(guān)的輸入，如各類(lèi)設(shè)備的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、整車(chē)的通過(guò)性、機(jī)運(yùn)技術(shù)規(guī)范和設(shè)備的選型標(biāo)準(zhǔn)等。工藝輸入中最典型和常見(jiàn)的是工藝變更以及工藝能力不足提出的需求。

1.工藝變更提出的需求

上汽某車(chē)身車(chē)間共線生產(chǎn)A和B兩種車(chē)型，B車(chē)型側(cè)圍分為側(cè)圍外板和內(nèi)板，需要在拼合側(cè)圍和車(chē)頂板后才能拼合側(cè)圍外板，因此B車(chē)型需要有內(nèi)總拼和總拼兩次總拼;而A車(chē)型側(cè)圍內(nèi)板和外板可在側(cè)圍分拼完成拼合，因此完成內(nèi)總拼后可直接進(jìn)行補(bǔ)焊。兩種車(chē)型的工藝流程如圖1所示。

在規(guī)劃這兩種車(chē)型時(shí)，需要額外地考慮A車(chē)型到補(bǔ)焊線的機(jī)運(yùn)線(B車(chē)型為已有車(chē)型，規(guī)劃A車(chē)型時(shí)內(nèi)總拼和總拼線均已存在)。A車(chē)型到補(bǔ)焊線的工藝機(jī)運(yùn)線就可以認(rèn)為是一種工藝方案變更對(duì)機(jī)運(yùn)線造成的需求。

A車(chē)型每天的產(chǎn)量較高，因此要求機(jī)運(yùn)線具備快速通過(guò)、緩沖能力不小于30min的能力(即不少于20臺(tái)車(chē)的存儲(chǔ)量)。根據(jù)以上條件可以初步確定內(nèi)總拼(FI)線到補(bǔ)焊(RL)線的機(jī)運(yùn)需要有兩條或以上的通道，其中一條路線短，用于快速通過(guò);另外一條路線車(chē)身存儲(chǔ)量大，兩條線的總量不少于20臺(tái)車(chē)，根據(jù)以上需求進(jìn)行規(guī)劃(見(jiàn)圖2)。

圖2中緩沖區(qū)快速通道FI350到RL005只需要5個(gè)輥床位，滿(mǎn)足快速通過(guò)要求。FI350到FI510小循環(huán)中車(chē)身存儲(chǔ)量為4臺(tái)車(chē)，F(xiàn)I360到FI500大循環(huán)中車(chē)身存儲(chǔ)量為15臺(tái)車(chē)，共用BLD160和BLD165，共21臺(tái)車(chē)，可在FI停線時(shí)確保補(bǔ)焊線連續(xù)生產(chǎn)不小于30min，滿(mǎn)足緩存要求。

2.工藝能力不足產(chǎn)生的需求

工藝能力不足的典型需求就是生產(chǎn)節(jié)拍的提高，機(jī)運(yùn)線的運(yùn)輸能力、各個(gè)緩存區(qū)域的緩存能力設(shè)置等都是為了確保最終下線車(chē)輛的節(jié)拍。生產(chǎn)節(jié)拍的調(diào)整會(huì)造成提速、改造和新建等與其他因素交互的新需求。

在上汽車(chē)身車(chē)間A2車(chē)型導(dǎo)入的過(guò)程中，為了兼顧多種車(chē)型的生產(chǎn)配比，我們對(duì)整個(gè)側(cè)圍EMS輸送線進(jìn)行了柔性化設(shè)計(jì)，如圖3所示，其中綠色為A、B和Z車(chē)型的老線路，紅色為新增的A、A2和B車(chē)型線路，藍(lán)色的為A和A2車(chē)型共用線路。在確保高節(jié)拍的B車(chē)型和A車(chē)型的正常輸送外，在低節(jié)拍的Z車(chē)型側(cè)圍處增加了A2車(chē)型的側(cè)圍輸送線，共線后的側(cè)圍機(jī)運(yùn)線將可以實(shí)現(xiàn)B、A、Z和A2四種車(chē)型的柔性化，具備無(wú)級(jí)切換輸送能力，同時(shí)確保A車(chē)型和A2車(chē)型能同時(shí)以高節(jié)拍生產(chǎn)。

設(shè)備選型

現(xiàn)代機(jī)運(yùn)形式多種多樣，例如根據(jù)輸送形式可分為：地面輸送(輥床輸送線、滑板輸送線和往復(fù)桿輸送線等)和空中輸送(摩擦輸送線、EMS輸送線和懸掛輸送線等)。隨著技術(shù)發(fā)展，機(jī)運(yùn)線已經(jīng)可以完成基本所有的運(yùn)輸形式，并且同一種運(yùn)行軌跡亦可以通過(guò)多種設(shè)備達(dá)到，同樣的運(yùn)輸形式又可以根據(jù)具體設(shè)置獲得不同的生產(chǎn)節(jié)拍，因此機(jī)運(yùn)線的設(shè)備選型對(duì)于生產(chǎn)線的規(guī)劃影響深遠(yuǎn)。

1.輸送設(shè)備的可選形式

設(shè)備選用的考慮因素通常包括生產(chǎn)節(jié)拍、采購(gòu)成本和設(shè)備柔性化可擴(kuò)展能力。根據(jù)目前上汽工廠的規(guī)劃實(shí)際，常用機(jī)運(yùn)形式的節(jié)拍與設(shè)備選型通常遵照表1。

在實(shí)際生產(chǎn)中，節(jié)拍并不是一成不變的，因此柔性化對(duì)機(jī)運(yùn)線的全生命周期必不可少，通常一條機(jī)運(yùn)線面臨的挑戰(zhàn)包括：在新車(chē)型推出時(shí)需要能夠達(dá)到較高的節(jié)拍;當(dāng)車(chē)型陳舊后，線體的生產(chǎn)節(jié)拍能相應(yīng)地降低;線體使用后，如何滿(mǎn)足由制造需求產(chǎn)生的車(chē)型生產(chǎn)線節(jié)拍的變化;車(chē)型改款時(shí)，需要在原有生產(chǎn)線中兼容新的改款車(chē)型;車(chē)型增加時(shí)，需要在現(xiàn)有線體中兼容更多的車(chē)型。

2.遵循標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選型

機(jī)運(yùn)線的規(guī)劃是一個(gè)設(shè)備全生命周期的整體規(guī)劃，因此不光需要考慮設(shè)備的采購(gòu)成本，同時(shí)還需要考慮設(shè)備維護(hù)成本、新老產(chǎn)品的更新和兼容、設(shè)備的利舊性和設(shè)備使用年限等因素。標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)備在購(gòu)買(mǎi)、維護(hù)等各方面都更有優(yōu)勢(shì)，因此在規(guī)劃時(shí)首選的方案就是充分利用標(biāo)準(zhǔn)件。

圖4所示的是兩種六輥長(zhǎng)度的輥床輸送方式，一種是五輥加一輥的輸送設(shè)備，另一種是六輥的輸送設(shè)備。兩種方式都可以解決六輥長(zhǎng)度的規(guī)劃問(wèn)題，在規(guī)劃中就會(huì)面臨設(shè)備的選型，事實(shí)上在規(guī)劃中選擇五輥加一輥的方式會(huì)更加適合，原因包括：相對(duì)于六輥輥床，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備五輥輥床制作周期更短;如果與預(yù)想尺寸不吻合，五輥輥床調(diào)整起來(lái)更靈活;舊的線體拆除后，標(biāo)準(zhǔn)件五輥輥床可以利舊。

對(duì)于已經(jīng)擁有一定基礎(chǔ)的基地生產(chǎn)線體來(lái)說(shuō)，新線體的規(guī)劃應(yīng)該盡可能地與現(xiàn)有產(chǎn)品型號(hào)一致并減少備件數(shù)量，良好的設(shè)備一致性也有助于確保線體的穩(wěn)定性和新老線體的兼容。

3.遵循原則進(jìn)行選型

機(jī)運(yùn)線的規(guī)劃需遵循整體考慮、空間和距離最小的原則，在盡量減少干涉、空間浪費(fèi)的情況下給予未來(lái)足夠的拓展空間。以皮帶橫移機(jī)、橫移機(jī)、叉式移載機(jī)這三種完成橫移功能的設(shè)備對(duì)空間的利用對(duì)比為例，如表2所示。

根據(jù)表3的橫移方案評(píng)估，我們綜合考慮利舊性、工作范圍、空間利用率和投資費(fèi)用等因素，在滿(mǎn)足節(jié)拍要求的情況下，采用橫移機(jī)方案既可減少規(guī)劃空間，又不會(huì)增加太多費(fèi)用，因此在A車(chē)型內(nèi)總拼到補(bǔ)焊機(jī)運(yùn)線的規(guī)劃中，我們選用皮帶橫移機(jī)來(lái)存儲(chǔ)而不是全部布置輥床。對(duì)比上汽車(chē)身車(chē)間A車(chē)身存儲(chǔ)區(qū)和BLD車(chē)身存儲(chǔ)區(qū)，同樣存儲(chǔ)14臺(tái)車(chē)，皮帶橫移機(jī)需要約270m2，輥床和旋轉(zhuǎn)輥床的組合需要約500m2，顯然皮帶橫移機(jī)存儲(chǔ)空間利用率高。

計(jì)算驗(yàn)證和仿真

1.單一線體或系統(tǒng)的計(jì)算驗(yàn)證

對(duì)于單一的線體或系統(tǒng)，采用估算或者生產(chǎn)時(shí)序仿真的方法就可以獲得較高的可靠性。在驗(yàn)證線體是否符合節(jié)拍需求時(shí)，為了保證出口處的出車(chē)節(jié)拍，我們一方面要考慮線體內(nèi)的兩車(chē)間隔，另一方面要考慮停線后的緩存時(shí)間。

在線體內(nèi)的兩車(chē)間隔方面，例如圖5所示的連續(xù)運(yùn)行的線體，若運(yùn)行速度為20m/min、線體全長(zhǎng)為120m且節(jié)拍為40JPH，在不考慮設(shè)備開(kāi)動(dòng)率、車(chē)身長(zhǎng)度等因素的情況下，兩臺(tái)車(chē)的出車(chē)間隔為90s，即兩臺(tái)車(chē)之間的距離必須小于30m。

在停線后的緩存數(shù)量方面，設(shè)備停機(jī)會(huì)直接影響出口處的出車(chē)，緩存區(qū)域的車(chē)體數(shù)量為線體停線后可以連續(xù)出車(chē)的時(shí)間。例如圖6所示的補(bǔ)焊線車(chē)體存儲(chǔ)區(qū)，機(jī)運(yùn)線節(jié)拍為40JPH，要求停線后能夠保證機(jī)運(yùn)線連續(xù)出車(chē)30min，需要的存儲(chǔ)數(shù)量為20臺(tái)車(chē)。

在實(shí)際計(jì)算中，為了更貼近應(yīng)用，則需要考慮設(shè)備開(kāi)動(dòng)率、休息時(shí)間、適當(dāng)?shù)挠嗔恳约案嗟娜藶?、客觀因素。

2.車(chē)身車(chē)間的仿真驗(yàn)證

仿真軟件能夠提供全方位的虛擬仿真，并且可以加入隨機(jī)事件模擬車(chē)間的停線情況，仿真結(jié)果可以驗(yàn)證設(shè)置的緩存數(shù)量是否合適、設(shè)備運(yùn)行是否存在瓶頸以及多車(chē)型切換是否會(huì)干擾生產(chǎn)節(jié)拍等。例如圖7所示的車(chē)間仿真，通過(guò)仿真找出了限制車(chē)間生產(chǎn)節(jié)拍的關(guān)鍵設(shè)備，可以有依據(jù)地進(jìn)行調(diào)整，效果良好。

結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合上汽某車(chē)身車(chē)間的應(yīng)用，對(duì)該車(chē)間的機(jī)運(yùn)線柔性化規(guī)劃提出了一些方法，為其他機(jī)運(yùn)線或設(shè)備規(guī)劃提供了一定的參考。

機(jī)運(yùn)線的規(guī)劃主要遵循精益生產(chǎn)的理念，有以下幾個(gè)原則：

(1)整體考慮原則，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將對(duì)布局產(chǎn)生影響的所有因素進(jìn)行整體考慮，從而獲得最優(yōu)化的方案;

(2)移動(dòng)距離最小原則，產(chǎn)品搬運(yùn)距離的大小會(huì)影響搬運(yùn)費(fèi)用以及機(jī)運(yùn)設(shè)備布置的成本，同時(shí)對(duì)物流空間和空間利用情況造成影響;

(3)連續(xù)性原則，機(jī)運(yùn)線的布局應(yīng)能保證生產(chǎn)的連續(xù)性，適當(dāng)?shù)匕才啪彌_確保出車(chē)的連續(xù)性，消除無(wú)謂的停滯;

(4)空間利用原則，充分有效地利用生產(chǎn)區(qū)域和存儲(chǔ)區(qū)域的空間，提高車(chē)間的整體空間利用率;

(5)柔性化原則，在機(jī)運(yùn)線規(guī)劃之前應(yīng)考慮到后續(xù)因素變化可能帶來(lái)的布局變更，以便于后續(xù)擴(kuò)展和調(diào)整;

(6)利舊原則，對(duì)于機(jī)運(yùn)線的更新和擴(kuò)展應(yīng)考慮到已有的設(shè)備，在控制成本的情況下盡量減少設(shè)備的浪費(fèi);一致性原則，新規(guī)劃的機(jī)運(yùn)線設(shè)備與舊設(shè)備的轉(zhuǎn)接及備件應(yīng)盡量保持一致，從設(shè)備全生命周期的角度綜合考慮費(fèi)用;

(7)安全原則，應(yīng)考慮到作業(yè)人員的情況，一方面是使用的安全舒適，另一方面是維修的方便快速。

根據(jù)柔性化規(guī)劃原則的指導(dǎo)，上汽某車(chē)身車(chē)間已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了5種車(chē)型(A、B、I1、I2和Z)41種配置汽車(chē)的混線生產(chǎn)，未來(lái)將加入A2等更多車(chē)型，各線體之間高度柔性， A車(chē)型的機(jī)運(yùn)線如圖8所示。

先進(jìn)的技術(shù)和理念給汽車(chē)制造業(yè)帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí)也提出了更多的要求，多車(chē)型的柔性化生產(chǎn)作為工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，需要更優(yōu)化、全面的提升，相信在不久的將來(lái)，個(gè)性化、互聯(lián)網(wǎng)式的汽車(chē)制造業(yè)將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

此文為看點(diǎn)（深圳孫輝）原創(chuàng)內(nèi)容，特此聲明