面向多客户群研发的乘用车试制装配岛规划设计浅析

邢浩然 薛海鹏 苏涛 陈亚磊

摘  要：随着乘用车行业竞争日趋激烈，快速高质量短周期低成本达成车型的工艺量产化是汽车专业部门一以贯之考虑的重点课题，作为试制装配领域也要紧跟时代的步伐做到现代化试制和验证，有必要将适度信息化、数字化、智能化的工具运用到试制装配领域来解决试制装配领域当前的痛点问题，结合试制自身的特点，满足多客户群的研发单位用车需求及多车型的柔性装配及量产工艺性验证，同时还要力求成为试制领域的可供观摩、学习参观的标杆车间。需要一个系统的统筹方法对整车试制装配岛的设计规划进行指导，从而更好的保证能力建设项目的有效落地和实施运用。

关键词：试制装配岛；柔性装配；量产验证；数字化

中图分类号：U462.1       文献标识码：A      文章编号：1005-2550（2024）02-0092-07

Developed For a Multi-client Base Analysis on Planning and Design of Assembly Island For Passenger Car Trial Production

XING Hao-ran， XUE Hai-peng， SU Tao， CHEN Ya-lei

（Dongfeng Motor Corporation Research&Development  Institute.， Wuhan 430058， China）

Abstract： With the increasingly fierce competition in the passenger car industry， the process mass production of models with fast， high quality， short cycle and low cost is a key topic that the automotive professional departments always consider. As the trial production and assembly field， it is necessary to keep up with the pace of The Times to achieve modern trial production and verification. It is necessary to apply moderately informationized， digitized and intelligent tools to the field of trial production and assembly to solve the current pain points in the field of trial production and assembly. Combined with the characteristics of trial production， it can meet the needs of research and development units of multiple customer groups and the flexible assembly of multiple models and the verification of mass production technology. At the same time， it should strive to become a benchmark workshop for observation， learning and visiting in the field of trial production. A systematic overall planning method is needed to guide the design and planning of assembly island for vehicle trial production， so as to better ensure the effective landing， implementation and application of capacity building projects.

Key Words： Trial-Production Assembly Island; Flexible Assembly; Mass Production Verification; Digitalization

1    研究的背景

1.1   对标行业

柔性线体的导入在一定程度上提升了裝配效率和量产工艺可行性验证，柔性化的产线设计能够兼容各个平台车型的试制装配工作，同时也规范并验证了了设计部门对于固定要件的开发设计工作，数字化工具的运用也保证了重要验证数据的记录和可追溯，为样车的开发和试验的问题溯源提供了重要依据，同时无纸化手持终端工艺指导可以提升样车装配效率。当前国家号召企业进行数字化和智能化转型赋能高质量发展，同时也出台相关政策的支持，在这个大的背景下有条件的企业要抓住这个关键发展期。对标其他标杆车企的装配试制柔性线体基本概况如下表1所示。

1.2   目前痛点

传统车企在试制阶段目前还没有实现试制柔性线体和运用数字化工具赋能专业转型和升级，随着行业竞争和客户群的多样化需求日益增大，现有的模式已不能适应，主要有如下痛点：

1）试制数据人工记录、追溯困难。

2）设备孤立运行无法对使用率和负荷进行有效管理。

3）量产工艺性验证不足。

4）装配一致性差，装配效率低。

5）无法满足多客户小批量需求。

2    规划输入边界及目标

2.1   输入边界

在规划高性价比的柔性试制线/岛的时候要梳理出设计边界，一般需要考虑有如下几个方面：

1）厂房的的结构，是新建还是利用现场厂房，一般情况房顶承重厂房会优于非承重厂房。

2）厂房中可以为柔性试制线/岛的规划提供的有效面积，建议面积不要零星化，如果是新建的厂房一般面积会宽裕一些。

3）根据服务客户评估产能量纲作为柔性试制线/岛的工位规划和后期拓展依据。

4）服务的客户群的车型外廓尺寸、白车身承载方式、轴距、轮距、整备质量的参数信息。

5）费用预算额度可根据费用上限额度设计柔性试制装配岛的自动化和数字化程度。

2.2   规划原则

柔性试制线/岛的规划要按照预设的目标进行开展，要遵守下面几项原则：

1）路径最短：布置工位设置尽量保持直线运输，物流路线最短。

2）量产充分验证：遵循量产工艺路线，线体设置能覆盖量产工艺的验证。

3）安全性原则：高压三电装配安全及应急处理方式。

4）终端出入口布置：试制产线/岛终端靠近车间出入口布置。

5）工位可临时下线：考虑单工位停线应急缓冲处理方案。

6）柔性化、数智试制、精益管理：考虑设备、产品、工艺柔性化。

7）物流路线、装配路线、参观通道、各环节信息流打通等。

3    方案设计

3.1   试制线/岛规劃方案

试制线/岛的工艺装配路径要最大化遵循量产工艺工位设置特点，基本符合承载式车身和非承载式车身的工艺装配路线，工厂产线的布局方案一般有H型布局、S型布局、T型布局、U型布局（其各自的特点如表2所示），结合试制线/岛的自身特点和工位数设置及可规划面积的局限性，也有采用类U型的布局方式，装配过程中车体的转运采用AGV形式，这样会更为灵活，但对AGV的导航精确性和及时性提出较高要求，某企业的试制装配车间的有效面积为82m（长）×24m（宽），年生产量纲为1000台/年（从白车身开始装配），在厂房主体结构不变（厂房不承重）的情况下进行改造，根据量纲知晓该试制岛的节拍为0.5JPH（JPH数=年产量/工作日/每日工作时长），即每个工位时长2小时。一般小于10JPH主线体都采用步进式运行模式（岗位工序完成后由作业员按键放行），根据整车的最大工时可以得出主线的有效工位数为7个（主线岗位数=最大车型整车主线安装工时/工位时长），一般会考虑未来的工位拓展预留1-2个工位，因为受限于车间的长和宽，物流零件采用集配小车到工位的形式供应装配零件，将该试制车间的线体形式采用类U型（循环模式采用AGV转运完成），使用AGV转运的模式也最大满足整车试制装配特点（根据零件的到货情况和整车零件质量状态既能满足串岛成线，也能满足独岛运行的模式）。

3.1.1 分装区

按照乘用车装配工艺路径，设置仪表分装、玻璃涂胶、电池及动力总成吊装、发动机/前动力分装、后桥/后动力分装，前托架/前减震器分装、前端分装、车门分装，有些车企有非承载式车身，可以将车架领域的零件装配设置在分装区领域装配，分装区作业的设置高度一般为800mm，在考虑分装区有效区域是否满足需要在CAD或三维图中放置摆放，考虑人员活动路面宽度，一般料架摆放，工具台摆放，线边物料小车通道等，同时需要考虑关键场景的实现过程，例如非承载式结构的车架如何吊装到小车托盘上，车架的翻转实现，发动机分装后放置到合装托盘，后桥分装后放置到合装托盘，电池包吊装到合装托盘上等。分装区的柔性设计分别体现在仪表分装、前后动力分装、车门分装工装上兼顾全车型，同时涉及前后动力及电池包吊装KBK选型也要覆盖全车型，针对多总成合装AGV（前后动力及电池包）的托盘位置根据车型需求实现自动轴距调整等。 下图1为某车企的柔性试制线/岛的分装区的规划设计（参考）。

3.1.2 内饰线/岛

内饰线/岛的的作业根据量产装配工艺特点和工艺路线一般装配车身大小支架、车身线束、机构件、约束件、电器元件，仪表合装、车身内饰件，部分外饰件，玻璃粘贴等，车身距离地面的高度一般设置在450mm，内饰线的转运方式要考虑，是考虑平板小车人工转运的方式还是通过自动化设备转运的方式，自动化设备转运有跟大线上一样采用板链的方式，这就要求内饰线的工位设置较多，同时有个弊端就是试制工艺环境下做到灵活临时下线较困难，现在比较先进的自动化设备转运方式采用AGV承载小车实现，同时也要考虑相关关键场景的实现，例如白车身放置到转运工具托盘上，吊装工具的选择，白车身放置托盘的柔性化设计，临时下线和独岛运行模式场景等，图2为某车企的柔性试制线/岛的内饰岛的规划设计（参考）。

3.1.3 底盘岛

底盘线/岛的的作业根据量产装配工艺特点和工艺路线一般按照承载和非承载车身形态分。承载式车身底盘区域一般装配发动机合装、后桥合装、燃油件、排气类零件、副仪表装配、前端模块、机舱内管线路连接、机舱剩余外饰件装配、轮胎安装等。非承载式车身底盘区域又分为车架领域和车身领域，在车架上零件装配的基本顺序是底盘线束、制动管路、前后减震器、动力总成合装、前悬合装、后悬合装，其中传统车还有燃油系统的零件装配和排气系统的零件装配，新能源车有各种冷却系统的水管及水泵的零件装配；车身与车架合装后完成机舱领域的管线路的装配，传统车的装配顺序是进气系统零件装配、冷却系统管路连接、制动系统管路连接、前端模块零件装配、前后大灯装配，新能源车的装配顺序是冷却系统管路连接、制动系统管路连接、高压电缆及地线连接、新能源控制元器件安装、动力电池合装、前端模块零件装配、前后大灯装配等。车辆运转方式有采用EMS环形线，天上要布安全防护网；对于车间高度有限，面积不够富余的厂房则采用搭建立柱的垂直升降抱架形式，其中转运是靠人推或者自动化转运设备，目前较先进的是采用AGV转运的方式，采用这种方式重点是考虑每个工位承载转运的衔接。以采用AGV转运的方式为例，也需要考虑相关关键场景的实现，例如白车身承接点，托爪柔性化，车辆落地抱架打开方式等。承载式车身和非承载式车身的区别是承载式车身一般在底盘工位合装新能源车是前后动力和电池包（传统车是排气管和油箱），而非承载式车身是车架部分零件（动力总成及底盘零件已分总成到车架上）与白车身上装零件进行合装，底盘岛的设计要统筹考虑上述两种车身的特点，图3为某车企的柔性试制线/岛的底盘岛的规划设计（参考）。

3.1.4 下线及加注岛

下线及加注岛的的作业根据量产装配工艺特点和工艺路线一般涵盖座椅装配、前后保装配、方向盘及安全气囊装配、标识粘贴、行李箱工具、辅料加注及整备质量称重等。该区域的作业一般是在轮胎落地后进行作业，可以考虑车辆在轮胎落地后在节拍不快和考虑成本的情况下由人工推至下線工位，如果考虑节拍也可以采用自动化牵引设备或AGV伸缩承载转运方式，加注岛设置单独工位的原因是有加注设备比较占位置，所以在物理空间上设置专门的加注工位，一般的加注辅料类别有制动液、冷却液、冷媒、变速箱油等，为了保证加注效率和参数验证建议采用专用设备加注，玻璃水在试制阶段可以采用手工加注的方式，在加注完对整车进行整备质量承重，整个过程就是装配阶段需完成的内容，完成整套动作后便将样车交付至检测领域，进行软件刷写和下线调试。如图4所示：

3.2   线边物流及参观通道路径考虑

制定合理的物流路径，需遵循的原则如下

1）各条行进路线之间要无交叉、重复路线，尽量保证运行距离最短。

2）零件仓库单独设置出口和入口，避免共用一套路线。

3）车辆装配完成交付路线出口尽量不与仓库出入库零件共用出入口，避免出现隐患而造成产品质量损害。

参观通道尽量保证不走回头路，设置的入口和出口尽量不与零件和样车出入口共用，可以设置环形保证参观的流畅性和安全性，有条件的可以单独设置高台走廊作为参观专用通道。

3.3   数字化规划设计考虑

数字化规划是对乘用车试制装配岛过程的关键数据进行记录和上传，起到质量追溯和过程管控的目的，一般针对具体的使用场景功能需求进行定制化的设计，根据具体的功能场景考虑硬件和软件的能力建设。一般会考虑各个设备的能耗统计，设备运行监控，AGV使用电量监控，工位占位，工位缺件呼叫，异常停线呼叫记录，AGV智能调度，关键工序管控质量，车体AVI跟踪，产线设备APP可视，空气质量监控，厂内噪声监控，工艺指导界面设备放行，设备易损件生命周期管控等，对于数字化需求和试制装配岛建设可以参照表7形式进行搜集和整理，为了实现数字化要求，新投入的设备具备信息记录和将信息上传至上位机的功能，对于已有设备可以进行相应的改造升级满足信息记录和上传。为了对数据实现有效管理，可以设立车间级的中控系统对车间过程数据进行存储和整理，后期根据定制化要求对关键和有用数据对上位系统进行数据映射传递，系统架构软件框架如图6所示。

4    总结

面向多客户群研发的现代化乘用车试制装配线/岛规划设计是一个比较新和热门的领域，在行业中没有成体系方法和具体的案例可供借鉴，本文从输入边界出发，通过行业头部企业对标，针对当前整车装配试制的痛点问题，设定规划目标和原则，在此框架下根据试制装配岛布局的适用场景设定方式，再对整车装配的功能场景按试制装配岛功能区分别进行设计阐述，同时梳理出涉及的设备和工装清单供参考，再此基础上考虑线边物流、参观通道的分流设计，也考虑了数字化规划设计来打通信息流的记录和上传，对实现的数字化功能场景进行系统说明等，最终的预期效果是为整车试制装配验证赋能，实现整车试制装配柔性化、定制化、验证性、智能化，为传统行业进行数字化改造升级提供一定的智力支持和实践方案借鉴。

参考文献：

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