新能源汽車(chē)高節(jié)拍總裝工廠規(guī)劃與實(shí)踐

概述

01  節(jié)拍等級(jí)的劃分

新能源汽車(chē)的銷(xiāo)售量每年都在增長(zhǎng)，預(yù)測(cè)2022年新能源汽車(chē)的銷(xiāo)量將達(dá)到總銷(xiāo)量的30%，這是為了更好地利用優(yōu)勢(shì)資源并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的效益，有必要建立一個(gè)年產(chǎn)量高達(dá)百萬(wàn)級(jí)的生產(chǎn)制造中心，并確保高節(jié)拍總裝工廠的一條總裝線(xiàn)具有超過(guò)70JPH的高節(jié)拍生產(chǎn)能力。生產(chǎn)節(jié)拍等級(jí)的劃分見(jiàn)下表：

02  高節(jié)拍總裝工廠的特點(diǎn)，以75JPH為例分析

1）生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行速度快，需要采用高速升降機(jī)，節(jié)拍需要達(dá)到48秒；

2）線(xiàn)邊工藝設(shè)備工作頻率高，要求設(shè)備可靠，故障率極低；

3）生產(chǎn)線(xiàn)工位多，操作人員多，工藝設(shè)計(jì)需滿(mǎn)足人員效率提升需求；

4）零件物流、整車(chē)流密集，需要有高效的物流工藝設(shè)計(jì)；

5）操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大，需要有好的人機(jī)工程設(shè)計(jì)。如車(chē)門(mén)線(xiàn)同步帶、底盤(pán)線(xiàn)同步帶；

6）為高效利用產(chǎn)線(xiàn)，需要提升模塊化裝配比例，或建立總成分裝線(xiàn)，如熱泵分裝、背門(mén)分裝、前端模塊分裝、智能面板分裝等。

03  高節(jié)拍工廠的優(yōu)勢(shì)

1）產(chǎn)量大，生產(chǎn)效率高

2）管理成本更低

3）規(guī)模效應(yīng)導(dǎo)致零部件配套成本更低

4）可實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)柔性化大批量生產(chǎn)

5）信息化、自動(dòng)化設(shè)備的利用率更高

6）投資產(chǎn)出率更高

高節(jié)拍總裝線(xiàn)規(guī)劃

01  方案統(tǒng)籌

在高節(jié)拍總裝工廠規(guī)劃中，必須對(duì)自動(dòng)化輸送設(shè)備，線(xiàn)邊工藝設(shè)備，物流設(shè)備，信息設(shè)備，監(jiān)控系統(tǒng)和智能防錯(cuò)進(jìn)行整體規(guī)劃，明確輕重緩急，將有限資金用在該用之處。

除硬件設(shè)備外，規(guī)劃時(shí)還需要統(tǒng)籌考慮：

02  高節(jié)拍總裝線(xiàn)規(guī)劃時(shí)需要

考慮的12個(gè)基本要素：

（1）人機(jī)工程 

（2）車(chē)型自動(dòng)識(shí)別  

（3） 運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)   

（4）過(guò)程控制數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取   

（5）生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)傳遞   

（6）低能耗/低噪音 

（7）設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)控  

（8）工位自動(dòng)化需求  

（9）自動(dòng)化裝配站 

（10）分裝總成上線(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)接 

（11）大總成自動(dòng)上線(xiàn) 

（12）零件物流優(yōu)先

03  高節(jié)拍總裝線(xiàn)規(guī)劃--信息化

總裝線(xiàn)的高節(jié)拍規(guī)劃離不開(kāi)信息化，除公司級(jí)的信息系統(tǒng)外，還需要做好總裝工廠級(jí)及各條生產(chǎn)線(xiàn)的信息系統(tǒng)規(guī)劃工作，通過(guò)信息系統(tǒng)吧各個(gè)自動(dòng)化設(shè)備有機(jī)地聯(lián)系在一起，以保證生產(chǎn)執(zhí)行層與設(shè)備控制層自動(dòng)完成被賦予的工作，如準(zhǔn)確地傳遞信息、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取、智能防錯(cuò)、運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、趨勢(shì)分析、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取?

04  以智能制造的思維開(kāi)展規(guī)劃工作

高節(jié)拍總裝線(xiàn)規(guī)劃，需要以智能制造的思維合理規(guī)劃汽車(chē)總裝的工藝流、信息流、物流的規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)三流統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、先進(jìn)，低成本生產(chǎn)、高質(zhì)量快速交付。

●工藝流：包含工藝流程、生產(chǎn)線(xiàn)、工藝裝備、自動(dòng)化設(shè)施、檢測(cè)設(shè)備等科學(xué)規(guī)劃

●信息流：接收、分發(fā)、傳遞和獲取、存儲(chǔ)、分析、反饋、糾錯(cuò)等與總裝制造相關(guān)的計(jì)劃、設(shè)備、產(chǎn)品、工藝、檢測(cè)信息、隊(duì)列順序

●物流：包含零件物流、倉(cāng)儲(chǔ)物流、物流設(shè)備、物流方式

05  高節(jié)拍總裝線(xiàn)的廠房規(guī)劃

總裝廠房一般采用類(lèi)似桁架結(jié)構(gòu)的可承載廠房，普遍為24*24或24*28柱距的網(wǎng)架或桁架結(jié)構(gòu)，主要優(yōu)勢(shì)：

①安調(diào)工程量相對(duì)較少、周期短；

②便于后續(xù)線(xiàn)體改造及擴(kuò)產(chǎn)

③便于工藝線(xiàn)體布局和線(xiàn)邊工藝設(shè)備的安裝；

④便于零件物流存放及轉(zhuǎn)運(yùn)

 圖1  非承載廠房

  圖2  承載式廠房

06  高節(jié)拍總裝線(xiàn)的工位設(shè)計(jì)

工位數(shù)設(shè)計(jì)及其影響因素很多，至少應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)的平衡：

1）車(chē)型平臺(tái)及主力車(chē)型的數(shù)量：混動(dòng)平臺(tái)、純電平臺(tái)、混流生產(chǎn)

2）加工深度及裝配零件數(shù)：模塊化率、廠內(nèi)形成模塊、廠內(nèi)形成模塊、分裝區(qū)分裝線(xiàn)等

3）汽車(chē)工時(shí)：裝配自動(dòng)化率、自動(dòng)化工作站、裝配工具效率、物流自動(dòng)化程度

4）人員效率：工位人數(shù)、人員素養(yǎng)、人機(jī)工程等

5）在線(xiàn)質(zhì)量門(mén)檢查、返工及新車(chē)型預(yù)留工位。

75JPH節(jié)拍，根據(jù)公司的實(shí)際及車(chē)型發(fā)展，主線(xiàn)的裝配工位數(shù)大約在210--230個(gè)之間，OK線(xiàn)工位數(shù)30個(gè)左右，總工位數(shù)240--260是比較合適的。

07  高節(jié)拍總裝工廠的工藝平面布置規(guī)劃

總裝主線(xiàn)的布置形式主要有S型、T型、L型等，在裝配工藝確定了情況下，以物流優(yōu)先為原則：

1）底盤(pán)及底盤(pán)分裝區(qū)，是大零件或總成的集中區(qū)，應(yīng)靠近大零件的物流區(qū)；

2）內(nèi)飾件以SPS集配為主，要有足夠的SPS區(qū)及SPS小車(chē)自動(dòng)上下線(xiàn)；

3）對(duì)于排序上線(xiàn)的零件，考慮物流路徑最短；

4）外購(gòu)的模塊化總成，采用自動(dòng)對(duì)接空中輸送至工位，要減少交叉；

5）自動(dòng)化裝配站盡可能布置在生產(chǎn)線(xiàn)的端頭；

6）新能源汽車(chē)，動(dòng)力電池是重要變量，可以設(shè)計(jì)單獨(dú)的電池包合裝線(xiàn)

考慮上述因素，較多采用類(lèi)似于S型布置方案

圖3  平面布置示意圖

08  高節(jié)拍總裝線(xiàn)的自動(dòng)化工作站規(guī)劃

新上總裝線(xiàn)自動(dòng)化程度均有較大幅度提升，部分大型總成件能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化裝配和測(cè)試，在做計(jì)劃時(shí)能夠依據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)和預(yù)算情況選擇執(zhí)行項(xiàng)目并構(gòu)建自動(dòng)化裝配或者測(cè)試智能站

?風(fēng)擋玻璃采用了智能工作站

?玻璃底涂智能站

?天幕自動(dòng)涂膠裝配站

?車(chē)輪自動(dòng)化裝配智能站

?前座椅自動(dòng)搬運(yùn)站

?動(dòng)力電池自動(dòng)擰緊站

?底盤(pán)合裝螺栓自動(dòng)裝配擰緊站

?底盤(pán)自動(dòng)檢查站

?自動(dòng)投放蓄電池站

?車(chē)門(mén)密封條自動(dòng)粘貼站；

?間隙面差自動(dòng)檢測(cè)智能站

?儀表板總成與車(chē)身合裝自動(dòng)化

?動(dòng)力電池自動(dòng)合裝工作站

?前副車(chē)架自動(dòng)擰緊站

?后托架螺栓自動(dòng)擰緊站

?底盤(pán)自動(dòng)合裝工作站

?車(chē)門(mén)自動(dòng)合裝站

圖4  風(fēng)窗玻璃裝配工作站

09  高節(jié)拍總裝線(xiàn)的數(shù)字化

監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)劃

建立RFID整車(chē)跟蹤系統(tǒng)，同步規(guī)劃工藝設(shè)備及質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控、快速?zèng)Q策、實(shí)時(shí)調(diào)整。

1）整車(chē)定位跟蹤系統(tǒng)

2）安燈系統(tǒng)

3）質(zhì)量監(jiān)控管理系統(tǒng)

4）物流調(diào)度系統(tǒng)

5）能源管理系統(tǒng)

6）重點(diǎn)設(shè)備、重點(diǎn)工位視頻監(jiān)控系統(tǒng)

7）設(shè)備管理系統(tǒng)      

需按要求做好每條線(xiàn)路的信息點(diǎn)計(jì)劃，網(wǎng)線(xiàn)計(jì)劃，服務(wù)器計(jì)劃，信息設(shè)備與軟件計(jì)劃，計(jì)劃預(yù)算中應(yīng)設(shè)置執(zhí)行項(xiàng)目并進(jìn)行預(yù)算，可以將各生產(chǎn)線(xiàn)子系統(tǒng)干預(yù)總裝中央監(jiān)控系統(tǒng)，統(tǒng)一規(guī)劃協(xié)調(diào)。

圖5 總裝中央監(jiān)控示意圖

10  高節(jié)拍總裝線(xiàn)的質(zhì)量門(mén)系統(tǒng)規(guī)劃

通過(guò)質(zhì)量門(mén)信息系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)中裝車(chē)及檢測(cè)的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行記錄與跟蹤，并自動(dòng)觸發(fā)各線(xiàn)質(zhì)量門(mén)燈光指示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)質(zhì)量門(mén)的管理；關(guān)聯(lián)RFID、研發(fā)、生產(chǎn)、質(zhì)量、電檢服務(wù)器等。能夠?qū)崟r(shí)生成車(chē)輛數(shù)據(jù)信息；在線(xiàn)生成需返修、返工車(chē)輛的項(xiàng)目，所有項(xiàng)目返修結(jié)束并確認(rèn)合格后放行出總裝車(chē)間；能分類(lèi)統(tǒng)計(jì)各類(lèi)缺陷數(shù)據(jù)。

圖6  質(zhì)量門(mén)系統(tǒng)示意圖

11  高節(jié)拍總裝線(xiàn)的線(xiàn)體設(shè)備規(guī)劃

近年來(lái)，總裝線(xiàn)體輸送方式并未得到根本改變，盡管新興AGV線(xiàn)體超柔性特質(zhì)被更多地應(yīng)用于分裝線(xiàn)中，而主線(xiàn)尚未以全AGV的形式進(jìn)行輸送。

（1）線(xiàn)體輸送方式選型--內(nèi)飾線(xiàn)和最終線(xiàn)

對(duì)新能車(chē)而言，合裝前與合裝后內(nèi)、外飾件的組裝工作量比較大，高節(jié)拍總裝線(xiàn)、內(nèi)飾線(xiàn)、最終線(xiàn)等均設(shè)計(jì)為環(huán)線(xiàn)。

內(nèi)飾線(xiàn)與最終線(xiàn)的線(xiàn)體之間，兼顧實(shí)用性和成本，通常會(huì)選擇普通滑板的線(xiàn)條，在資金允許的情況下，電動(dòng)升降滑板的形式可以較好的提高人機(jī)工程的效果。

（2）線(xiàn)體輸送方式選型--底盤(pán)線(xiàn)

（3）OK線(xiàn)

OK線(xiàn)主要擔(dān)負(fù)著檢查及一些在線(xiàn)調(diào)整工作，通常選擇鋼制寬板鏈，最近又出現(xiàn)了選擇塑料板鏈的情況，但是成本較高。

（4）總成分裝線(xiàn)

12  高節(jié)拍總裝線(xiàn)的線(xiàn)邊設(shè)備選型

充分考慮企業(yè)發(fā)展需要，建立加注設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、合裝設(shè)備、自動(dòng)化工作站等工藝設(shè)備的模塊化標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備技術(shù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化文本，使得工藝設(shè)備模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化了設(shè)備選型標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化仿真分析，減少適配風(fēng)險(xiǎn)，縮短了設(shè)計(jì)安裝調(diào)試周期。

      圖7 自動(dòng)化裝配智能工作站示意圖

圖8 電池包合裝模塊示意圖

圖9 檢測(cè)線(xiàn)模塊示意圖

13  高節(jié)拍總裝線(xiàn)的部件

模塊化裝配要求

某款外資車(chē)型在總裝過(guò)程中使用模塊化總成進(jìn)行供應(yīng)，在降低總裝線(xiàn)工位數(shù)的同時(shí)降低了一級(jí)總成零部件數(shù)量，提升總裝效率

圖10  模塊化總成示意圖

14  高節(jié)拍總裝線(xiàn)的擰緊工具

電動(dòng)化要求

在高節(jié)拍裝配線(xiàn)上，對(duì)擰緊工具的要求更為嚴(yán)格，通常全線(xiàn)都會(huì)配備高精度的電動(dòng)工具（擰緊軸+定扭電槍?zhuān)?，從而?shí)現(xiàn)了擰緊工具的電動(dòng)化，以及智能終端，設(shè)于關(guān)鍵/重要工位上，用于車(chē)輛精確定位與聯(lián)網(wǎng)管理以及車(chē)輛選裝信息，質(zhì)量缺陷，扭矩，擰緊角度等關(guān)鍵工藝信息的運(yùn)行指導(dǎo)與追蹤管理，

75JPH總裝線(xiàn)介紹

01  生產(chǎn)線(xiàn)形式及工位

02  油漆車(chē)身立體庫(kù)

鑒于高節(jié)拍生產(chǎn)的實(shí)際需求，有必要在涂裝和總裝之間構(gòu)建一個(gè)油漆車(chē)身立體庫(kù)，該庫(kù)將用于涂裝車(chē)身的緩存，而車(chē)身的存儲(chǔ)量將在4--8小時(shí)的生產(chǎn)量范圍內(nèi)。有必要對(duì)75JPH節(jié)拍立庫(kù)出入口進(jìn)行效率核算，準(zhǔn)確排產(chǎn)彩色車(chē)身出立庫(kù)入PPS線(xiàn)以滿(mǎn)足兩小時(shí)內(nèi)配送排序需求。

圖12    油漆車(chē)身立體庫(kù)示意圖

03  工藝布置方案示意

圖13   平面布置示意圖

04  自動(dòng)化裝配智能站示意

05  滑板寬度及SPS料車(chē)設(shè)計(jì)方案示意

06  隨行板鏈/升降滑板方案示意

●為解決車(chē)門(mén)線(xiàn)和底盤(pán)線(xiàn)高節(jié)拍情況下，操作工人機(jī)工程學(xué)問(wèn)題，保證裝配品質(zhì)，設(shè)計(jì)了與主線(xiàn)同步的隨行板鏈。

●為了解決內(nèi)飾線(xiàn)和最終線(xiàn)的人機(jī)工程學(xué)問(wèn)題，選用了可電動(dòng)升降高度的大滑板。

圖14  隨行裝配塑料板鏈?zhǔn)疽鈭D

 圖·15  電動(dòng)升降大滑板示意圖

07  AGV底盤(pán)合裝方案示意

利用三舉升AGV合裝臺(tái)車(chē)實(shí)現(xiàn)了前后動(dòng)力總成和托架總成半自動(dòng)化組裝，可柔性化制造多平臺(tái)型號(hào)。

 圖16 電池包合裝示意圖

08  雙動(dòng)力總成裝配方案示意

底盤(pán)合裝采用柔性化生產(chǎn)技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)力總成、雙電機(jī)總成、混動(dòng)總成的合裝。

 圖17  雙動(dòng)力總成合裝示意圖

09  動(dòng)力電池包裝配方案示意

隨著電動(dòng)汽車(chē)電池容量的逐漸增大，車(chē)身底盤(pán)的有效空間幾乎被完全占據(jù)，因此需要重新分配底盤(pán)吊具的空間。為此，我們建立了一條專(zhuān)為動(dòng)力電池設(shè)計(jì)的合裝線(xiàn)，即EV線(xiàn)，并將EV線(xiàn)吊具替換為托車(chē)輪；避免了大容量動(dòng)力電池對(duì)吊具的干擾。

  圖18   寬電池包合裝示意圖

10  一體化電池包裝配方案示意

一體化電池包作為車(chē)身結(jié)構(gòu)的一部分，取代了車(chē)身底板，為滿(mǎn)足75JPH高節(jié)拍的總裝生產(chǎn)要求。一體化電池包技術(shù)要求總裝工藝做到：

保證一體化電池包和車(chē)體水密封達(dá)標(biāo)；很好地控制車(chē)身精度和合裝精度；進(jìn)車(chē)身內(nèi)組裝內(nèi)飾件安全保障和操作便利性工藝設(shè)計(jì)。

圖19  一體化電池包合裝示意圖

11  動(dòng)力電池螺栓自動(dòng)擰緊方案示意

每輛汽車(chē)的動(dòng)力電池都裝有多達(dá)15個(gè)固定螺栓，這些螺栓不僅擰緊力矩巨大，而且其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也是非常高的。研究了采用人工預(yù)緊與機(jī)器人復(fù)緊的裝配過(guò)程。由三個(gè)機(jī)器人完成螺栓的復(fù)緊及數(shù)據(jù)采集。

圖20 自動(dòng)擰緊示意圖

12  零部件模塊化供貨方案示意

13  整車(chē)性能檢測(cè)方案示意

●75JPH產(chǎn)線(xiàn)，需要設(shè)計(jì)四條綜合檢測(cè)線(xiàn)，包含整車(chē)性能檢測(cè)及ADAS系統(tǒng)的標(biāo)定及檢測(cè)；

●需要設(shè)計(jì)二條45JPH的淋雨檢測(cè)線(xiàn)；

圖21  檢測(cè)線(xiàn)布置示意圖

●需要設(shè)計(jì)一條多功能廠內(nèi)檢測(cè)跑道

總裝下線(xiàn)的整車(chē)需要在該廠內(nèi)跑道上完成包含加速路、ABS路、扭曲路、鵝卵石路、磚路、角鋼路、減速帶路、搓衣板路、繩索路、駝背沖擊路、水坑路、“8”字路等23種不同道路的測(cè)試，全部檢測(cè)合格的車(chē)輛才能交付給用戶(hù)。設(shè)計(jì)好的廠內(nèi)檢測(cè)跑道要功能完善，留有足夠的測(cè)試區(qū)域。測(cè)試路進(jìn)出口要能夠容納80輛以上/時(shí)的通行能力并避免車(chē)輛通行，一般情況下這些賽道都要設(shè)計(jì)成商品化停車(chē)場(chǎng)附近。

結(jié)束語(yǔ)

科技發(fā)展不可限量，在智能化新時(shí)代下如何規(guī)劃和建設(shè)一條高水平總裝線(xiàn)，這是擺在我們面前的新任務(wù)，有許多技術(shù)問(wèn)題亟待解決，所要考慮的要素也比較復(fù)雜，大家對(duì)于構(gòu)建新能源汽車(chē)高節(jié)拍總裝線(xiàn)有著不同的認(rèn)識(shí)與做法。