多車型共線生產(chǎn)的車身車間機運線規(guī)劃淺析

車身車間又稱為焊裝車間，生產(chǎn)的是整個汽車零部件的載體——白車身。車身是以鋼制結(jié)構(gòu)件構(gòu)成的整車支撐部件，其制造成本約占汽車總成本的40%左右，焊接質(zhì)量優(yōu)劣對整車質(zhì)量起著決定性作用。車身通常由300～600個形狀復(fù)雜的沖壓件及標(biāo)準(zhǔn)件，在70～100個工位上以快節(jié)奏焊接而成，輔以少量的焊接、膠接和螺接，焊點多達4000～6000個。

車身車間機運線規(guī)劃的重點是將工藝設(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協(xié)調(diào)，得出最佳方案，在滿足生產(chǎn)要求的前提下，盡量減少物流搬運量和搬運時間，提高柔性化生產(chǎn)能力。

機運線的先進程度直接決定制造水平的高低，目前上汽乘用車結(jié)合多個工廠規(guī)劃實際情況，已經(jīng)基本實現(xiàn)了以柔性化、多車型混合焊接為目標(biāo)的高度自動化、機器人取代人工的生產(chǎn)線規(guī)劃技術(shù)，達到了國際先進水平。

方案規(guī)劃

機運線的方案規(guī)劃和車間的工藝流程設(shè)計是一個并行的過程，方案規(guī)劃以特定的工藝流程為前提，同時不同的機運線布局設(shè)計又反過來影響工藝流程的設(shè)計。上汽某工廠的車身車間采用工藝流程原則來進行布局設(shè)計，車身各個零部件按加工工藝順序流經(jīng)不同的工位，不僅能夠達到特定的高生產(chǎn)節(jié)拍，同時可以給生產(chǎn)提供最大限度的制造柔性。

在方案規(guī)劃階段，需要通過部門交流、歷史資料和規(guī)劃目標(biāo)等來確定機運線的輸入，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：第一類是與工藝相關(guān)的輸入，如產(chǎn)品的變更、節(jié)拍要求變化、存儲區(qū)大小的需求以及車型生產(chǎn)配比調(diào)整等;第二類是與國家標(biāo)準(zhǔn)和工廠規(guī)范相關(guān)的輸入，如各類設(shè)備的國家標(biāo)準(zhǔn)、整車的通過性、機運技術(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

上汽某車身車間共線生產(chǎn)A和B兩種車型，B車型側(cè)圍分為側(cè)圍外板和內(nèi)板，需要在拼合側(cè)圍和車頂板后才能拼合側(cè)圍外板，因此B車型需要有內(nèi)總拼和總拼兩次總拼;而A車型側(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)總拼后可直接進行補焊。兩種車型的工藝流程如圖1所示。

在規(guī)劃這兩種車型時，需要額外地考慮A車型到補焊線的機運線(B車型為已有車型，規(guī)劃A車型時內(nèi)總拼和總拼線均已存在)。A車型到補焊線的工藝機運線就可以認為是一種工藝方案變更對機運線造成的需求。

A車型每天的產(chǎn)量較高，因此要求機運線具備快速通過、緩沖能力不小于30min的能力(即不少于20臺車的存儲量)。根據(jù)以上條件可以初步確定內(nèi)總拼(FI)線到補焊(RL)線的機運需要有兩條或以上的通道，其中一條路線短，用于快速通過;另外一條路線車身存儲量大，兩條線的總量不少于20臺車，根據(jù)以上需求進行規(guī)劃(見圖2)。

圖2中緩沖區(qū)快速通道FI350到RL005只需要5個輥床位，滿足快速通過要求。FI350到FI510小循環(huán)中車身存儲量為4臺車，F(xiàn)I360到FI500大循環(huán)中車身存儲量為15臺車，共用BLD160和BLD165，共21臺車，可在FI停線時確保補焊線連續(xù)生產(chǎn)不小于30min，滿足緩存要求。

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，機運線的運輸能力、各個緩存區(qū)域的緩存能力設(shè)置等都是為了確保最終下線車輛的節(jié)拍。生產(chǎn)節(jié)拍的調(diào)整會造成提速、改造和新建等與其他因素交互的新需求。

在上汽車身車間A2車型導(dǎo)入的過程中，為了兼顧多種車型的生產(chǎn)配比，我們對整個側(cè)圍EMS輸送線進行了柔性化設(shè)計，如圖3所示，其中綠色為A、B和Z車型的老線路，紅色為新增的A、A2和B車型線路，藍色的為A和A2車型共用線路。在確保高節(jié)拍的B車型和A車型的正常輸送外，在低節(jié)拍的Z車型側(cè)圍處增加了A2車型的側(cè)圍輸送線，共線后的側(cè)圍機運線將可以實現(xiàn)B、A、Z和A2四種車型的柔性化，具備無級切換輸送能力，同時確保A車型和A2車型能同時以高節(jié)拍生產(chǎn)。

設(shè)備選型

現(xiàn)代機運形式多種多樣，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，機運線已經(jīng)可以完成基本所有的運輸形式，并且同一種運行軌跡亦可以通過多種設(shè)備達到，同樣的運輸形式又可以根據(jù)具體設(shè)置獲得不同的生產(chǎn)節(jié)拍，因此機運線的設(shè)備選型對于生產(chǎn)線的規(guī)劃影響深遠。

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、采購成本和設(shè)備柔性化可擴展能力。根據(jù)目前上汽工廠的規(guī)劃實際，常用機運形式的節(jié)拍與設(shè)備選型通常遵照表1。

設(shè)備選型

現(xiàn)代機運形式多種多樣，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，機運線已經(jīng)可以完成基本所有的運輸形式，并且同一種運行軌跡亦可以通過多種設(shè)備達到，同樣的運輸形式又可以根據(jù)具體設(shè)置獲得不同的生產(chǎn)節(jié)拍，因此機運線的設(shè)備選型對于生產(chǎn)線的規(guī)劃影響深遠。

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、采購成本和設(shè)備柔性化可擴展能力。根據(jù)目前上汽工廠的規(guī)劃實際，常用機運形式的節(jié)拍與設(shè)備選型通常遵照表1。

圖4所示的是兩種六輥長度的輥床輸送方式，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度的規(guī)劃問題，在規(guī)劃中就會面臨設(shè)備的選型，事實上在規(guī)劃中選擇五輥加一輥的方式會更加適合，原因包括：相對于六輥輥床，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)整起來更靈活;舊的線體拆除后，標(biāo)準(zhǔn)件五輥輥床可以利舊。

對于已經(jīng)擁有一定基礎(chǔ)的基地生產(chǎn)線體來說，新線體的規(guī)劃應(yīng)該盡可能地與現(xiàn)有產(chǎn)品型號一致并減少備件數(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.遵循原則進行選型

機運線的規(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、空間浪費的情況下給予未來足夠的拓展空間。以皮帶橫移機、橫移機、叉式移載機這三種完成橫移功能的設(shè)備對空間的利用對比為例，如表2所示。

根據(jù)表3的橫移方案評估，我們綜合考慮利舊性、工作范圍、空間利用率和投資費用等因素，在滿足節(jié)拍要求的情況下，采用橫移機方案既可減少規(guī)劃空間，又不會增加太多費用，因此在A車型內(nèi)總拼到補焊機運線的規(guī)劃中，我們選用皮帶橫移機來存儲而不是全部布置輥床。對比上汽車身車間A車身存儲區(qū)和BLD車身存儲區(qū)，同樣存儲14臺車，皮帶橫移機需要約270m2，輥床和旋轉(zhuǎn)輥床的組合需要約500m2，顯然皮帶橫移機存儲空間利用率高。

計算驗證和仿真

1.單一線體或系統(tǒng)的計算驗證

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

在線體內(nèi)的兩車間隔方面，例如圖5所示的連續(xù)運行的線體，若運行速度為20m/min、線體全長為120m且節(jié)拍為40JPH，在不考慮設(shè)備開動率、車身長度等因素的情況下，兩臺車的出車間隔為90s，即兩臺車之間的距離必須小于30m。

        在停線后的緩存數(shù)量方面，設(shè)備停機會直接影響出口處的出車，緩存區(qū)域的車體數(shù)量為線體停線后可以連續(xù)出車的時間。例如圖6所示的補焊線車體存儲區(qū)，機運線節(jié)拍為40JPH，要求停線后能夠保證機運線連續(xù)出車30min，需要的存儲數(shù)量為20臺車。

在實際計算中，為了更貼近應(yīng)用，則需要考慮設(shè)備開動率、休息時間、適當(dāng)?shù)挠嗔恳约案嗟娜藶?、客觀因素。

2.車身車間的仿真驗證

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

結(jié)語

本文結(jié)合上汽某車身車間的應(yīng)用，對該車間的機運線柔性化規(guī)劃提出了一些方法，為其他機運線或設(shè)備規(guī)劃提供了一定的參考。

機運線的規(guī)劃主要遵循精益生產(chǎn)的理念，有以下幾個原則：

(1)整體考慮原則，設(shè)計時應(yīng)將對布局產(chǎn)生影響的所有因素進行整體考慮，從而獲得最優(yōu)化的方案;

(2)移動距離最小原則，產(chǎn)品搬運距離的大小會影響搬運費用以及機運設(shè)備布置的成本，同時對物流空間和空間利用情況造成影響;

(3)連續(xù)性原則，機運線的布局應(yīng)能保證生產(chǎn)的連續(xù)性，適當(dāng)?shù)匕才啪彌_確保出車的連續(xù)性，消除無謂的停滯;

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

(5)柔性化原則，在機運線規(guī)劃之前應(yīng)考慮到后續(xù)因素變化可能帶來的布局變更，以便于后續(xù)擴展和調(diào)整;

(6)利舊原則，對于機運線的更新和擴展應(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;一致性原則，新規(guī)劃的機運線設(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)，上汽某車身車間已經(jīng)實現(xiàn)了5種車型(A、B、I1、I2和Z)41種配置汽車的混線生產(chǎn)，未來將加入A2等更多車型，各線體之間高度柔性， A車型的機運線如圖8所示。

        先進的技術(shù)和理念給汽車制造業(yè)帶來機遇的同時也提出了更多的要求，多車型的柔性化生產(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，個性化、互聯(lián)網(wǎng)式的汽車制造業(yè)將會成為現(xiàn)實。