SPS物流技術在汽車生產中的應用

□ 朱陽兵 □ 劉云鵬 □ 趙 磊

安徽江淮汽車股份有限公司 合肥 230601

SPS（Set Parts Supply）是向生產線單臺車配貨的一種物料配送方式，是精益物流主要的實踐方式之一，是指在與生產線分離的另一個場地，將單臺車所需的零件揀選出來（或者進行分裝后），按照生產順序向生產線上操作工提供物料的配送形式，這種方式充分體現了適應多品種混流的精益思想，即集成必要數量的零件，在必要的時間將其配送到必要的地點。該物料配送方式在日系汽車企業得到了廣泛應用且成效顯著。

1 SPS系統要素

要對汽車裝配所需要的零部件物料實施SPS配送，需要規劃解決5個方面的問題，即集中集配場、設計倉儲貨架、建立零件指示系統、設計SPS配料小車、設計AGV運輸小車，稱之為“物流系統5要素”。

1.1 集中集配場

傳統的物流系統是由物流人員將零部件直接投送到生產線邊的物料區，因此沒有物料集中集配區。而SPS系統主要是把零部件在集配區集中起來，按生產線車型順序選配好后再送到生產線，因此需要根據產能及公司物流配送能力進行集中集配場的規劃。集配場的物流器具主要是存儲貨架，存儲貨架的布置通常有“一”字型和“U”字型等方式，在規劃集中集配場方案時要考慮以下兩點原則。

（1）集中化原則。集中化就是將集配區盡可能集中在一起，既可以節省從倉庫到集配區的運輸成本，同時也便于集配區的人力規劃。

（2）就近化原則。就近化就是集配區盡可能和生產線接近，既可以節省從集配區到生產線的運輸成本，也便于對主線的緊急情況采取應對措施，如出現配送錯誤和漏送等問題后，物料配送人員能快速提供合格的零部件，保證生產正常進行。

▲圖1 倉儲貨架

1.2 設計倉儲貨架

倉儲貨架是用來存儲零部件的貨架，傳統的貨架采用鋼結構焊接件。近年來，精益管已取代鋼結構貨架，與鋼結構貨架相比，精益管滑移架有防銹、可重復利用、制作簡易及外表美觀等優勢。具體結構參見圖1。

1.3 建立零件指示系統（防錯系統）

為了在快節奏的生產活動中作業人員能夠及時、準確、輕松地完成物料揀貨作業，需要設立一套能夠對作業人員發出明確的出貨指示的系統。控制系統的常用要求為：假設指示系統控制集配區里200個零件的集配，每個零件分別用1個指示燈指示；指示系統可以導入每天預先設定的作業數據，系統可以按照這些數據的順序進行作業指示。

1.3.1 系統功能描述

整個系統由主站、從站、控制器、電子標簽等組成網絡，一個從站控制器可以控制100個電子標簽指示燈，故使用兩個從站控制器可控制所有200個指示燈，進行作業指示。防錯系統構架如圖2。

系統可以根據每條數據的信息與每個零件的特征進行對應，得到相應的作業信息，指示各個零件的作業，各個工位作業人員根據零件指示進行取料作業，作業完成后系統自動進入下一個作業。

▲圖2 防錯系統構架

▲圖3 取料示意圖

▲圖4 PAG軟件界面

整個系統由一個功能強大的PLC作為主控制器并配以兩個從站，從而實現控制所有指示燈。為了方便對該揀料系統管理，采用了集成一體式的管理軟件，可以在上位機進行操作。零部件指示配料系統由取料支持系統、PAG軟件系統兩大部分組成。

（1）取料支持系統。該系統根據預先的生產計劃數據，按順序指示操作者進行零件作業。作業者根據料架上格欄的指示燈是否點亮進行操作。每個從站配備一個觸摸屏，顯示當前操作者作業的零部件的連續號。系統根據緩存區零部件的隊列數據和已設定的零件指示條件，生成指示數據去控制指定零件的料架格欄上的指示燈亮滅，操作員再根據料架上的指示燈取出當前號碼的物料放置于料盒，以便裝配。系統取料流程如圖3所示。

（2）PAG軟件系統。該系統的主要部分是PLC，而計算機只是作為一個監視和設置的部分存在。系統自帶有PAG軟件，并安裝于上位計算機中，它主要負責零件指示設置的功能和在顯示屏上顯示各工位的情況。PAG軟件功能見表1，軟件界面如圖4所示。

1.3.2 系統元器件說明

該防錯系統常用的元器件有PLC控制器、電子標簽等。

（1）PLC控制器。采用歐姆龍的SYSMAC CJ系列可編程控制器，其執行能力巨大,具有更快的處理能力、更小的尺寸、更迅速的數據傳送、更大的存儲容量等特點。并且系統擴展能力強，具有增強型的網絡通信功能，可以使用多種現場總線網絡，實現無縫網絡通信。

（2）電子標簽。電子標簽主要用于作業指示，即通過電子標簽亮燈和數字顯示來指示揀貨作業。還可用于揀貨完成的確認，即在揀貨作業完成后，按下亮燈的電子標簽確認鍵，告知系統揀貨作業已經完成。可供選擇的電子標簽種類很多，通常有無數字、帶有確認按鈕的電子標簽，也有可顯示1位到5位數字的電子標簽以及其它電子標簽。通過AI-NET標簽控制器對各種系列產品設備進行控制，種類有：PCI總線控制卡、RS-232C型控制器和TCP/IP控制器。

1.3.3 系統的特點

PLC控制器能夠滿足苛刻的工業環境可靠性要求，符合控制和監控分開的控制系統設計理念。PLC所采用的指令與計算機不同，不會受到計算機病毒的影響，系統安全性高。該揀貨系統具有無紙化作業、不依賴作業人員的熟練程度，進行無需思考的零判斷作業，系統可自動下達作業指示命令，作業人員無需等待，作業差錯率幾乎為零。計算機可以對系統進行實時監控，實時反映作業狀態。

1.4 設計SPS小車

SPS配料車是零件從集配區運輸到生產線的工具。配料車的設計需要結合生產線的零件數量、規格，還要方便作業人員取放，通常采用底部鋼結構、上部精益管結構的組合形式。這種結構形式柔性好，可以保持底部鋼結構的通用性，根據不同的車型來設計上部精益管，進而保證各AGV小車的通用性。該項目中，內飾線和車門線的SPS配料車均采用此結構，如5所示。

1.5 設計AGV運輸車

1.5.1 AGV的特點

AGV（Automated Guided Vehicle）的顯著特點是無人駕駛，車上裝備有自動導向系統，可以保障系統在不需要人工引航的情況下就能夠沿預定的路線自動行駛，將物料自動從起始點運送到目的地。

表1 軟件功能表

▲圖5 SPS配料車

▲圖6 AGV組成圖

AGV的另一個特點是柔性好、自動化程度高和智能化水平高，AGV的行駛路徑可以根據倉儲貨位要求、生產工藝流程等變化進行設定，并且與傳統的輸送帶和剛性的傳送線相比，改變運行路徑的費用低廉。AGV配備有自動升降的裝卸機構，可以與其它物流設備自動接口，實現物料裝卸與搬運全過程自動化。

AGV依靠自帶的蓄電池提供動力，比較適合于室內長距離的運輸。運行過程中無噪聲、無污染，具有清潔生產的特點。

1.5.2 AGV的構成

整個AGV系統由驅動器、控制器、車身、障礙物檢測傳感器、電池、充電系統等構成，各個部件組成結構如圖6所示。

2 生產現狀

隨著公司乘用車業務產能的提升，多品種小批量的混線生產模式對物料配送的要求越來越高。在多品種混線生產的模式下，傳統的物料配送技術不斷暴露出其局限性，主要表現在：生產線邊的物料緩沖區面積需求增加；操作工人在拿取物料裝配之前，需要辨別車型物料的時間增加，延長了生產節拍；對于顏色件、非通用件容易在產量大時出現拿料錯誤，造成返工。

為了解決以上物料配送過程中存在的問題，必須改進傳統的物料配送技術，引進先進的物料配送技術。而SPS物流技術已廣泛應用于各主流汽車廠，可以真正實現高效率的混流生產和方便快捷的物流過程。

3 方案設計

根據公司產能提升項目整體規劃的要求,總裝車間要具備年產30萬輛的生產能力，新建內飾線、底盤線、合裝線、調整線、車門線及動力總成分裝與合裝線，新建的內飾線、車門線物料配送采用SPS物流技術。

3.1 物流現狀分析

我公司總裝車間的零部件物料配送通常有兩種模式，一種是直送，即由零部件供應商直接配送到車間當日庫和裝配工位。另一種是通過中轉庫配送，即由零部件供應商先配送到中轉庫，再通過中轉庫集中配送到車間的當日庫，最后通過當日庫配送到裝配工位。

3.2 工藝布局設計

根據總裝車間的平面布局，綜合考慮SPS系統5大要素中的相關內容，在新建設的內飾線、車門線西側，集中規劃物料配送中心，工藝規劃布局如圖7所示。

3.3 配送方案設計

▲圖7 工藝平面圖

▲圖8 內飾線物料配送運行圖

雖然內飾線、車門線屬于不同的操作工藝，但物料的配送方案設計思路相同。下面以內飾線為例，對該裝配線上裝配的物料的配送方案進行詳細說明。

3.3.1 系統運行線路

根據車間工藝平面規劃及就近原則，將內飾線物料配送區域設定在內飾上線端，區域系統運行如圖8所示。系統主要動作有：AGV隨行并帶動料車慢速分揀、AGV隨行并帶動料車快速運行到物料上件點、AGV與料車脫開、AGV快速運行到空料車匯集點、AGV隨行并帶動空料車快速運行到分揀區。以上不同動作中，AGV可設定不同運行速度，如此開展下一個循環。

3.3.2 系統動作描述

①→②：AGV拖著空的SPS料車回到①點，速度自動檢5m/min（該速度可設定），SPS配料區人員按照零件指示系統進行配料。

②→③：當AGV到達②點后，配料結束，此時AGV自動加速到20 m/min。到達③點后，AGV自動停止，并與SPS料車脫離。

③→④：AGV離開③點后，自動加速到35 m/min，到達④點等待，當主線作業員推出4個SPS空料車后，按下AGV小車的啟動按鈕，小車啟動自動掛上SPS料車運行到①點。

③點：由作業員將SPS料車取下，推到內飾板鏈，插下取力掛鉤。

④點：SPS料車到達后自動脫離內飾板鏈，作業員將其推出到指定的位置，并掛好掛鉤。3.3.3 AGV小車及物料車方案

內飾線AGV小車設計為潛入式平板臺車，一臺AGV牽引4臺物料車。

配料用的物料車底座腳輪前面為2個萬向輪，后面為2個定向輪，可保證AGV拖行穩定。為保證配料車與生產線同步正向運行，根據配料小車的尺寸，在地面上采用螺釘固定導向條，在內飾板鏈上設計限位塊，該方案操作簡單，安全性高。

物料小車上內飾線流程：人工將小車推入內飾線輸送板鏈，物料小車作業完成后，人工操作將小車推向定位導向擋板，在定位導向擋板的限位下，人工將小車連接起來，完成4個小車連接后，啟動按鈕，AGV穿過配料小車，在掛車位停止，連接銷升起穿過配料小車連接孔AGV啟動拖動小車越過限位塊，將配料小車帶向配送集配場。

3.3.4 附屬配件設計方案

為了實現內飾線的裝配工藝要求，對物料集配區進行了詳細規劃設計。集配區通常規劃有存儲貨架、物流通道、補料平板車、料箱、固定工位器具等內容。

根據工藝要求，內飾線集配區存儲貨架由滑移式貨架、標準貨架組成。其中移式貨架可滿足先進先出（FIFO）的需求，節約空間、提高分揀效率，本項目中的滑移貨架采用四進一出的結構形式，可以使補料箱自由滑動，方便人工揀選，滿足雙側操作要求。

補料平板車是在集配區域物料人員用來放置零部件，往存儲貨架補送物料的工具。料箱是用在存儲貨架上，用來放置需要配送分揀的物料的容器具，采用萬通板制作，內部對物料進行分隔。

4 系統評價指標

企業的物流系統是指由多個既相互區別又相互聯系的單元結合起來，以物資為工作對象，以完成物資的實體流動為目的的有機結合體。

企業物流系統運行后，應定期對其進行綜合評價。通過對企業物流系統的評價，可以了解系統是否按預定的軌道運行，系統中存在哪些薄弱環節等。

通過對企業物流系統綜合評價，并進行縱向比較和橫向比較，有助于提高企業物流系統的運行效率和經濟效益，有助于企業了解自身物流系統與其同行其它企業物流系統的優勢與差距，為進一步完善企業物流系統提供依據。

為了客觀科學對企業進行綜合評定，需要設計一套科學完整的可操作性強的物流效率與效益的指標體系。企業物流系統具有輸入、轉化輸出等基本功能。與物流系統對應的三個基本功能相對應，企業物流系統綜合評價指標體系可分為：物流成本指標體系（單車物流成本=單臺車所有零部件物流成本累加）、生產效率指標體系（單車物流人力=物流人員總數/年生產臺數×100%）、物流服務質量指標體系（零部件送達準時率，零部件運輸損壞率等指標）。總之，企業物流評價系統的建立需要大量的數據統計和分析，需要企業專職部門不懈的堅持與努力。

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