集约化模式在总装工厂的探讨与应用

吴耿雄 刘德志 钟和辉 费劲

摘要：中国汽车工业经历二十多年的蓬勃发展，在进程中不断完善汽车生产技术，提高生产的质量和效率。总装工厂在汽车生产中是最重要的工艺环节之一，为了满足市场的需要，不断地进行自身制造能力的升级。面向未来，汽车工业充满了机遇和挑战，一方面依托于工业技术蓬勃发展带来的机遇，不断吸收先进制造技术和管理模式，促进生产效率提升;另一方面，市场需求多元化和内部制造成本上升所带来的挑战，导致多车型柔性共线生产的要求越来越高，劳务成本逐年上升带来的成本压力也越来越大。因此，总装工厂需把握机遇、迎接挑战，以创新为驱动，通过采用先进的生产技术、工艺设计、科学管理方法等，将其融入现有的生产体制中，不断强化体质，来实现快速、低碳、低价向客户提供超越期待的商品的目的。

关键词：集约化;总装工厂;生产现状

0  引言

总装工厂以流水线的方式生产，线体和设备单机配合运作，各生产环节不断实现分聚与汇流，从而规律有序地完成产品装配工作。

随着汽车商品功能不断升级和丰富，零部件从单一机械功能到越来越受欢迎的丰富智能功能，同时需装配的零部件数量在不断增加，总装工厂既有的技术能力面临着越来越大的挑战。另一方面，人员数量和工资在持续增加和上涨，成本压力越来越大。

大家知道，生产整体是作业岗位和设备单机等多个个体组成，整体生产和生产个体间存在正向的相互关系[8]。当将分散的个体集约、组合起来，形成局部，再由多个局部组成整体。显而易见，消除局部累积叠加的浪费（即集约化），个体或局部越有机集约，就越有利于整体效率。

在总装工厂生产中探讨实施该方法，利用工艺整合改善或数字化技术等集约化手段，将存在共性的分散作业岗位或设备单机组建起来，形成模块化的局部。通过这一组建过程，消除工时浪费（分散的个体间存在的等待、重复等浪费），局部效率得以提升。当多个局部效果汇聚起来后，正向积极影响整体效率。

1  总装工厂的特点及现状

1.1 总装工厂主要特点

总装工厂装配的零件有4000种以上，数量多、形状各异、功能不同，且生产工位处于流水线移动状态，这些特点决定了它现阶段主要以人工装配为主。由此带来，总装工厂的工人数量总是全工艺各工厂中最多的[12]。装配的方式主要有对位调整、螺栓连接、粘接作业、油液加注等（见表1）。其中对位调整组装占工作量的约70%，螺纹紧固约占20%，粘接作业占5%，其余5%是油液加注[6]。

1.2 总装工厂生产现状

为响应市场多样化的产品需求，通常总装工厂需具备3个车型以上的共线生产能力，细化到派生差异区分更是多达100种以上。总装工厂采用共线生产的方式，并长期在两种状态间动态切换：①稳定的量产车型靜态共线状态;②新车型导入在线流动的动态共线状态。由此，多车型共线生产带来有生产设备、人员配置等差异化，且该差异是动态变化;同时，新车型导入时在线流动时，要对设备进行升级改造，且还需不断进行人员投入和培训，上述的变化点会相互影响[11]。

1.2.1 生产设备

现在的总装工厂，兼容多车型共线生产能力，柔性化程度不一。生产设备按照不同的生产节拍、车型、规格等前提条件，设计了相适应的设备规格形式。其数量和规格，随着汽车产品推陈出新换代，需要在一边量产中推进改造升级。过去，由于大部分改造升级都是针对短期的明确需求开展的，存在通用性考虑不足，在总装工厂内逐渐形成相对分散式的工艺布置。

1.2.2 人员效率

对于共线生产的总装工厂而言，生产车型种类不断增加，而不同车型之间生产工时的差异往往非常大。大车型因装配工时多，所以配员就多;反之，小车型因装配工时相对少，其配员也较少。为了保证流畅的快速生产效率，总装工厂配员数基本以最大车型进行配备，见表2。

∑人员总数=∑总工时÷（作业节拍×工程编成率）

人员效率=人员总数÷日产量

人员效率单位为“人/台”，即完成一台车需要多少人，数字越小人员效率越高，可折算为单台成本（表2计算单台成本参考2018年广州市在岗职工年均收入8218元/月）。

总装工厂的生产配员基本按最大车型工时配置，从表2可以看出，显而易见，如果生产A型车的劳务成本要按照C型车配员计算，A型车的生产成本会大幅增加。但最大C型车生产比例有限，这对于相对小车型的生产成本和人员效率存在不利影响。虽然基于此特点可实施一些措施来降本增效，如偏差吸收、同车型集中排产等方式，但措施会限制生产计划灵活快速变化，满足不了市场需求。

因此，必须思考和采取进一步的措施，来解决工作中所遇到的问题。开展集约化改造是提升总装工厂柔性化生产能力，降低成本的有效途径。

2  集约化模式在总装工厂的实践

2.1 工艺集约化的技术方案

在具体项目企划时，思路是对类似机能的装配单元进行集约成模块工序：对不同机种车型间的装配零件和机能分析后，找到有明确的相似性的工艺进行归类，检讨将其设置进集约化的单元内完成装配。

如传统的分散独立式加注类工艺，共同点是完成管路装配后进行加注。包括有制动液、冷媒、冷却液、玻璃清洗液等流体辅助材料，过往采用分散独立式加注，在相应机能区域完成管路连接后加注，设计成线边定置辅材存储、设备独立设置的分散布局方案（见图1a）。该方案因使用线边区域面积大，导致其他零件难以在该区域供应，存在工位的利用率低、人员等待的工时浪费等现象。当总装工厂规划共线生产车型数量越来越多时，面积不足和工时浪费的课题日益凸出，成为制约产线柔性化能力提升的桎梏。

经过仔细检讨和整合，制定了集约化的复合加注工艺：四种辅材加注集中设置在同一个区域内，设置共享加注工位（见图1b），线外共用存储区。

集约化复合加注工艺方案（见图2），在第①工位安装加注头，并在第④工位回收加注头，利用第②、③工位流动时间（按照75JPH节拍约有弹性工时101S），吸收不同辅料间由于加注量差异造成的加注工时差异，特别是针对大车型因辅助材料量多产生的专有工时，从而实现配置人员的最小化。

该方案相对分散式方案（见表3），减少7个工位和8个作业人员，腾出283m2线边物流占地面积，实现了空间共享、人员共享，线边占用面积削减64%，削减人员66%。由于集约化方案拥有整体设计和施工的整体性优势，实现了占地面积最小化、作业人员最小化、配套设备简化等精益效果，直接体现就是降低了投资成本和人员劳务成本，提升了应对未来共线车型数量增加的对应兼容能力。

2.2 設备集约自动化方案

把零部件特性相近或装配工艺相似进行归类，把归类好的若干零部件集中起来形成装配工作站，在工位站内完成装配和品质保证。以下列举在日常工作中成功开展的具体事例进行说明。

2.2.1 集约化的轮胎工作站

在传统轮胎装配设备自动化的方案里，大量精密机械定位装置占用较大生产空间。为满足机种变化和节拍提升等需求，频繁地开展机械硬件、自动化、场地等改造工作，所引起的成本投入、改造周期、变化点管理等一直困扰着工厂。采用视觉识别/图像分析技术，将5个轮胎（4个主胎和1个备胎）集约化设置在一个工位内安装（见图3（a））。视觉识别/图像分析系统包含摄像头、图像分析、光场设置、数据运用等技术，可将原有体积大且机械定位复杂的装置简化到有限空间。这相当于给机器人装上智能眼睛和大脑，指挥机器人实现轮胎自动安装。

该集约化方案，采用数字化定位取代精密机械定位方式，利用图像分析和数据运用的技术优势，通过拍摄和图像分析，在软件里模拟计算出精确位置取代机械定位，克服了机械化占用空间大、调试校正困难等缺点，实现了空间大幅度集约，通过调试模拟参数等软件就可满足生产变化的需求。经过统计，该集约化方案相对传统自动化方案，节约工位空间50%以上，人员减少12人。

2.2.2 集约化的前后挡工作站

前后挡风玻璃工作站方案，是将前后挡风玻璃搬运、加强剂底涂、玻璃胶涂布、车身加强剂涂布、安装等工序集成在一个工位内完成，实现工序高密度集约。通过使用机器手、3D扫描、图像分析、大数据匹配等工程技术，利用MES系统识别机种规格，自动匹配拍摄程序动作（摄像头扫描路径、拍摄光源参数），图像分析生成模拟场景和定位参照基准，后台大数据分析计算出机器人的安装指令，进行前后挡风玻璃的全自动化装配工序。该方案的实施，实现在一个工位75JPH高节拍内的高度集约化。与传统手工安装方案对比，该集约化方案节约工位空间75%以上，人员减少8人，在整体生产成本、人员效率、占地面积、未来扩展能力等方面，有显著改善效果。

通过上述两个代表性集约化工作站方案，可以看出：①摄像和图像分析技术，将机械定位方式转移到系统软件里模拟定位，实现了机械空间最大限度简化，克服了因机械结构复杂导致兼容能力的不足;②模拟定位数据，通过共享方式满足各装配单元使用，最大程度简化工作站空间结构，同时扩大工作站的装配单元数量。采用集约化的自动化方案，达到降本增效显著效果，并且最大程度上释放了既有生产现场的工位空间和活力，提升生产线的柔性化能力。

应用集约化技术，机器人在总装工厂应用范围不断扩大，例如车门密封胶自动化涂布、发动机装配自动化检查、新能源车动力电池自动化安装等工序，都已经得到应用，满足在有限空间内完成数字定位、自动完成不规则路径装配/检查等作业。

3  结论

汽车制造企业之间的综合竞争日益激烈，通过采用缩短生产周期、提高质量、降低制造成本等措施来提高市场竞争力。在制造环节，新材料、新工艺和新技术随着市场、政策导向等因素的推动而不断进步。面向未来汽车产品的平台化、通用化、模块化开发和设计，在总装工厂中主要从4个方面迎接汽车产业的发展趋势：

①产品结构的模块化、通用化，将更加有利于制造工厂的集约化、定置化模式应用[10];

②模块化生产工艺、柔性化生产能力的增加，成为应对丰富个性化产品的有利手段;

③数字化、自动化的量产方式，成为管理效率和质量的有力武器;

④产业互联技术，拉近了消费市场和工厂的距离，以消费为导向更加敏感。

本文论述的集约化方案，就是在遵循产业发展趋势前提下，发挥视觉识别、图像分析、数字化等的技术优势，将机器人自动化技术在总装工厂内的应用范围变得宽广，以此来提高工厂的生产效率和柔性化生产能力。为了在保证品质基础上最大程度降低生产成本，并且提升总装生产线柔性化能力，需从工艺设计出发，在工序优化、设备集约的方向深耕，建设共线生产体制下的可持续发展健康体质。

参考文献：

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