模块化汽车总装生产线布局研究

范文健，韦震海，曹锐锋

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州545007）

现阶段，由于车型的升级迭代进程加快，平台车型增加，且不同产品处于混线生产的状态。不同的产品，装配工时有差异，现有的产线在生产过程中存在以下问题：（1）在已有生产线导入装配工时高于当前在产车型装配工时的产品混线生产，新产品溢出工时需要通过改造生产线，增加工位、新增装配员工或降低当前产线运行节拍实现，而传统的生产线包含大量钢构、滑板、滑橇等设施，后期改造困难，易导致生产线长时间停线，效率低下；（2）新增的工位、装配员工在完成高工时产品的装配后，产线在生产低工时产品时既浪费场地又浪费人力，混线生产存在资源浪费现象；（3）由于传统产线的结构刚性限制，线体的线路布置单一，产线柔性低，产品兼容能力差，后期改造成本高。

针对上述的问题，本文以某主机厂总装车间为研究对象，布局模块化生产线，提高产线柔性，以满足模块化及定制化的生产需求，并优化生产线的人员配置，提高产品的竞争力。

1 现状分析

现阶段，汽车总装技术更趋于模块化、柔性化、自动化及智能化的方向发展[1]。柔性化生产线不仅要满足产品模块化的生产需求，还要有兼容多平台车型、后期扩展性强的能力。

某主机厂总装车间A线在产车型中，产品工时差异最大达到了1870.63s（见图1），混线生产时极大地浪费了资源，再加之混动车型的导入，对生产线的冲击进一步加大。在现有的基础车型上开发混动车型，传统的零部件可以共用燃油车的产线，但混动汽车的动力电池、电机、充电设备等需要新增工位去装配。扩展生产线，新增工位，需要延伸钢构、延长板链、移升降机、重新开挖地坑等，经评估改造周期在25至35天，易导致生产线长时间停线，改造成本高，效率低下。为此，本文采用车体移载机器人、AGV、侧顶机等设备，取代传统的产线改造方式，将混动车型的动力电池装配线以模块化单元的形式接入现有总装生产线，并对其进行三维建模，评估改造方案。

图1 某总装车间A线产品工时

借鉴电池分装线的改造思路，未来总装车间的产线布置从产品工艺出发，梳理出不同产品的共有工艺及特有工艺，将共有工艺布置到主线上，特有工艺布置到柔性生产单元（旁线）上，使主线工时恒定，装配人员恒定，以达到优化车间人员配置的目的。和电池分装线一样，未来总装车间主要采用AGV布线，内外饰件在AGV组成的环线上装配，底盘件在由侧顶机及滑轨组成的底盘高工位上装配，发挥AGV小车系统部署迅捷、运动线路可灵活调整的特点，突破传统输送机械结构刚性及线路布置形式单一的限制，打造智慧工厂。

2 电池分装线模型的建立

借助三维建模软件，采用CAD/CAM技术快速建立生产线的数学模型，并对其进行虚拟装配，将模型直观地展示出来，在产线落地前对其进行可行性、干涉检查等工程应用分析，能有效避免在实际施工过程中出现的问题。

分装线包含BDC、车体移载机器人、侧顶机、AGV及磁条等设施，本文采用UG/NX软件对其建模并进行虚拟装配。首先创建各设备的模型文件，依次建立各设备的三维模型，再创建分装线装配模型文件，进行虚拟装配。

接下来以AGV（见图2）为例，介绍模型建立过程，考虑到模型仅用于工程应用分析，所以不对AGV的内部结构（电机、电路、传动机构等）建模，只对外部特征进行建模。

图2 AGV

首先对AGV进行特征分析：（1）主体特征：AGV车体、车体支撑为轴对称特征；（2）细节特征：倒圆角、倒斜角。建模流程如下：a.新建模型文件：打开UG软件，新建文件，类型选择模型，文件命名为：AGV_model.prt，指定保存路径，完成模型文件创建；b.新建草图，绘制AGV车体截面草图；c.使用拉伸命令，选中步骤a的草图，指定拉伸矢量（拉伸方向、拉伸值），拉伸出AGV车体实体模型；d.在AGV车体上表面新建草图，绘制车体支撑截面草图；e.使用拉伸命令，选中步骤b的草图，指定拉伸矢量，拉伸出车体支撑实体模型；f.使用边倒圆、倒斜角命令完成细节特征的建模；g.选中实体模型，指派特征颜色；h.检查、完善模型，完成车体托运AGV建模，如图3。

同样采用上述建模方法及同步建模命令（替换面、拉出面等），依次完成BDC、移载机器人、侧顶机、AGV环线等的模型建立。完成设备建模后，对模型进行虚拟装配，如图4。

图4 电池分装线模型

该方案具体的实现过程为：（1）移载机器人将车身从BDC上搬运至AGV上；（2）AGV托运车身至侧顶机；（3）侧顶机将车身抬起到滑轨上；（4）动力电池装配AGV举升电池，紧固螺栓，完成动力电池装配；（5）侧顶机将车身下放至AGV上；（6）AGV托运车身至车体搬运处；（7）移载机器人将装配完动力电池的车身搬运回BDC上。

3 智慧工厂布局

电池分装线在完成虚拟装配后，经评估改造方案可行，目前已落地支持生产，节拍可调，满足生产需求。类似地，智慧工厂采用模块化的装配形式，将产品高度集成，提高产品总成级别，采用不同类型的AGV配送物料，线体整体布局如图5。

图5 智慧工厂

线体主线呈“一”字形，辅以环形旁路（旁线），主线用于生产工艺相同的产品和装配工时有较大差异的产品，溢出工时的部分在旁线分装。

该布局方式有以下优势：

（1）柔性高，扩展性强：采用AGV布线，线路灵活可调，后期扩展新工位，只需增加AGV、延长磁条即可；（2）主线产品装配工时恒定，人员恒定：在主线上装配的产品，装配工时固定，各工位的人员配置不做调整，工时有差异的产品，采用外包分装或是在旁线分装的装配方式，能兼容多平台、不同配置的车型；（3）产线布局便捷：采用AGV布线，相比于传统生产线采用钢构布线的方式，能大幅节约线体搭建周期，加快产线落地支持生产。

4 结束语

高柔性、高扩展性的产线布局具有很高的推广价值和可复制性，能很好地满足企业的模块化生产需求以及客户的个性化定制需求。本文采用移载机器人、侧顶机、AGV搭建生产线的方法，在后续扩展时，只需要对AGV路线（磁条）进行规划、增加AGV即可，加快产线落地支持生产，缩短产线的建设周期。然而，由于检测线上设备大多包含室体（ADAS标定、DVT房、淋雨试验室等），且需要开挖地坑，不利于快速布线及后期的改造，本文缺乏检测线上相关工艺设备的布线方式，为进一步优化智慧工厂，完善总装车间生产线，本文将从以下几个方面继续进行研究：（1）以动力电池分装线为蓝本，以点及面，逐步改造现有的生产线；（2）研究先进的汽车检测工艺，完善智慧工厂，加速智慧工厂落地；（3）开发柔性生产线配套的仓储技术，并对物流进行规划。