F1快速維修理念在北京奔馳設備維護領域的應用

楊成，王義軍，邵崇杰，游祖南

（北京奔馳汽車有限公司，北京 102600）

1 項目背景

北京奔馳汽車有限公司成立于2005年，由北京汽車有限公司和德國戴姆勒股份公司，戴姆勒大中華區投資有限公司共同出資組建，公司多款車型以其出色品質領跑國內高端市場。北京奔馳以打造國內外轎車高端制造企業為己任，擁有世界上領先的生產設備，其中沖壓車間使用全球領先的伺服直驅自動化生產線，焊裝車間的7大連接工藝，通過上千臺不同功能的機器人實現，噴漆車間純水為載體的水溶性噴涂裝備，在線監測系統和循環處理系統使車輛始終處于閉環控制之下，總裝車間擁有亞洲第一大的總裝車間，高柔性化得設備保證了每90s就有一倆奔馳車駛下生產線。先進的生產設備，高速的生產節拍，讓北京奔馳每一分鐘都顯得無比寶貴，它的每一秒鐘都產生著巨大的經濟價值。

憑借強大的品牌優勢，北京奔馳汽車有限公司的市場份額逐年增大，每年的產銷都會有30%的提升，目前已經從2012年的8萬輛的產能躍升到了2018年45萬輛的產能。面對日益嚴峻的生產壓力，北京奔馳管理層提出了走向卓越2020的戰略目標，確立了領導力流程、績效管理改善、車間效率提升、生產技術支持、人力資源決策文化與透明度、財務資源決策文化與透明度六大工作包，以解決日益突出的生產矛盾，其中車間效率提升首當其沖是2020戰略目標的核心部分。

面對這種全新的生產形勢，生產部門對設備的良好運轉提出了更高的要求，對設備的故障處理時間提出了更高的挑戰。同時隨著產能的提升，公司近年加大了新設備和新技術的引進力度，投資規模巨大，新的生產設備的順利運行對公司具有重要的價值，每一分鐘設備的運轉都為公司創造著巨大的經濟效益。面對這種日趨緊張的生產形勢，設備維護原有的維修理念已不能滿足當前生產的需求，如何化解高效生產和設備停機之間的矛盾成為維修亟待解決的問題。

2 項目實施

在設備維護部門原維修理念（兩維修、兩維護、一改善及，即緊急性維修、修正性維修、預防性維護、預測性維護、設備可持續改善）的基礎上，設備維護團隊借鑒F1方程式賽車的維修的管理模式，結合自身的特點，提出了基于汽車生產設備維修行業的快速維修模式，簡稱F1快速維修理念。通過F1快速維修理念的貫徹，在原有體系的框架下，突破原有理念的系統化流程化造成的問題，在結構化流程化的問題上做到突破，使維修的工作做到更換又快又準，為穩定生產爭分奪秒。根據原有體系的結構化流程化問題，F1快速維修理念在原有理念基礎上提出五點突破。首先通過建立快速維修小車，加快高頻故障的處理時間；其次通過離線維修模式，將線上停機引入線下，節約線上停機工時；第三通過現場備用方案的建立，大大增加處理突發問題的能力；第四通過建立維修專用工具，大大縮短維修處理時間；最后設備維護建立了備件的線邊管理和常用備件數據分析機制，縮短停機時領取備件的時間。

2.1 快速維修之—快速維修小車

隨著生產產量的提升，設備的停機對生產的影響也越來越大，這就使得一旦設備發生故障時需要在最短的時間內將其恢復。如何做到快速準確的維修是我們必須解決的問題，通過借鑒F1賽車維修站快速更換輪胎的模式，我們建立了一套快速維修的方案，即快速維修小車（圖1），將頻發或者影響比較大的停機總結出來，并針對該停機建立一臺固有的小車，內部包含備件、作業指導書、工具等，當故障發生時可直接攜帶該故障小車前往現場，做到故障的快速處理。以焊裝車間螺柱焊技術為例，因為設備眾多且在全廠分布分散，所以故障后的響應速度是提高維修效率的關鍵。另外，螺柱焊實際維修時需要更換的備件較多且大小不一，判斷出故障后的領取備件時間也浪費頗多。所以維修部門準備了一輛電瓶車，并且配備了螺柱焊技術的各種常用備件，如焊槍，接收器，接釘總成，管線包，送釘管等，實現了全廠的快速響應，并且在到達故障工位后通過完備的備件準備、工具準備和維修工的熟練操作，實現了類似F1賽車進站換輪胎的一站式效果，節約了維修工時。

圖1 快修小車展示

除了快修小車的使用，線上維修策略的改變也為節省維修時間起到很大作用。具體體現在總成件和整槍的整體快速更換方案代替原先的線上分析策略。也以螺柱焊技術為例，常見故障如焊接短路，通過線上操作機器人到維修位，解除槍衣，測量回路整體電阻通斷，拆卸槍頭，清潔回路焊渣，再進行焊接測試，有時還需要額外的更換磨損備件，整個維修過程在1小時左右，而通過整體更換焊槍，用時不到20分鐘。

2.2 快速維修之—離線維修

傳統的線上維修既浪費時間又不能保證維修成功率，生產線上救火式的維修，往往不能夠達到較好的效果。通過引入整體更換，線下進行維修測試的工作，將在線的停機引入離線，將精細化的工作通過維修策略帶到線下，節約線上的故障時間，有效保障生產。目前該模式在北京奔馳的四大工藝車間推廣效果良好，已經取得較好的成果。以噴漆車間為例，噴漆車間噴涂區域采用機器人全自動噴涂方式，密封膠區域采用一部分機器人自動噴涂，一部分手工刷膠的方式。使用的機器人包括杜爾機器人和ABB機器人。在日常的生產運行中，機器人設備的故障率是整個噴漆車間的最高的。而機器人故障主要集中在工藝設備上，包括霧化器、換色閥、齒輪泵、混合器、旋轉膠槍、3D膠槍、定量機等。這些總成件都是由各種零部件組成的，里面有很多易損件。當其中一個易損件損壞時，就會導致整個總成件失效。如果單獨修復損壞件，涉及到拆裝總成，需要比較長的維修時間。為了提高維修速度，我們在現場對很多總成件做了備用。當某個總成出現問題時，直接更換該總成件，之后在線下維修區，對該總成件進行維護，修復損壞的部分，之后將修復完成的總成件放回至線邊柜，等待下次使用。由于不涉及到總成件拆裝，只需要更換即可，這樣就大大降低了維修時間。

對總成件進行線下維修完成后，可能存在操作上不規范，導致該總成件并未完全修復。此時，如果使用此總成件安裝到現場，就會造成額外的停機。因此，我們制定了線下測試平臺。在維修完總成件后，逐一到測試平臺上測試，測試通過后再放置到線邊備件柜，以確保修復過的總成件可靠。包括霧化器測試平臺和旋轉膠槍測試平臺等。

噴漆機器人霧化器測試平臺主要用于測試維護過的霧化器總成。由于霧化器內部空氣、油漆和溶劑等通道構造復雜，多個閥組和接頭交錯安裝。噴漆機器人霧化器測試平臺由北京奔馳和durr聯合開發，是針對霧化器各個空氣、油漆和溶劑閥組進行泄漏檢測的專用設備，工作時采用空氣代替油漆和溶劑，對壓力進行監控，基本上可以排除由于備件質量和人為疏漏導致的泄漏問題，可以有效避免質量問題出現，杜絕二次維修的現象。

圖2 現場備用總成

密封膠機器人旋轉膠槍測試平臺主要用于測試旋轉膠槍總成件。該設備使用時轉速高達21000r/min，而且由于偏心結構的存在，維修保養時，安裝或者軸承質量的問題都會很容易引起電機三相電流的增加，導致過流報警。由于德國廠商知識產權保護無法提供專用測試設備，因此噴漆維護團隊首先針對旋轉膠槍的機械結構、電氣控制原理以及失效模式進行了深入解剖分析，獨立開發出了一套專用測試系統。該測試平臺與集成商杜爾和制造商SCA公司在現場應用的系統不盡一樣，采用西門子PLC進行控制，并對控制器的控制逐一進行功能驗證，并根據現場使用工藝要求對旋轉膠槍進行編程控制。同時與德國不萊梅工廠進行溝通交流，采取一致的檢驗標準對維修的膠槍備件質量進行評估。

目前，兩個項目已經全部完成投入使用，霧化器測試平臺有效地防止了備件泄漏的發生，既保證了工藝質量，又避免了二次停線。使用測試平臺后，再未發生霧化器泄漏問題。旋轉膠槍測試平臺基于電流和轉速對維修質量進行評價和考核，目前備件維修質量得到了極大改善，降低了返修成本，每年節約費用約16萬元。

圖3 霧化器測試平臺

圖4 霧化器測試平臺測試結果

圖5 旋轉膠槍測試平臺

圖6 旋轉膠槍測試平臺測量結果

2.3 快速維修之—備用方案

總裝車間作為汽車四大工藝的最后一道工藝，承擔了汽車的最后裝配工作。由于總裝車間的特點所限，其對于設備停機的敏感度非常高，而現有總裝車間的設備有效率目標為98%，且到2020年的目標將達到99%，換句話說全車間每個班次（按7.25小時的實際工作時間計算）允許的設備故障導致的停機時間為7.25×60×（100%-98%）=8.7min；而車間所有設備設計的設備的有效率為單臺98.5%，為了達到綜合98%和99%的設備有效率目標，除了通過預防性維修（Preventive Maintenance）和預測性維修（Predictive Maintenance）來降低設備故障率外，當設備發生故障以后對于關鍵工位和關鍵設備需要有備用的方案來保證生產線的繼續運行。通過對現場工藝設備的分析我們將備用方案分成四種情況來考慮，如圖7所示。

圖7 備份策略

（1）手動備份。對于用于安裝體積小，質量較輕零件的設備通常采用人工手動安裝的備用方案，與生產部門，規劃部門一起制定及演練其備用方案，確保設備故障后生產線能繼續運行，如電池安裝助力機械臂，天窗排序助力機械臂等設備。

（2）要增加額外設備。對于所安裝零件體積或質量較大的關鍵設備需要考慮增加額外的備用設備，用于滿足設備故障后的生產運行需求，如儀表安裝機械臂，前橋安裝機械臂等設備。

（3）滿節拍備份。對于專業的關鍵工藝設備來說，由于設備故障會直接造成生產停產，故采用雙備份的方式來確保生產正常運行，如整車標簽打印機，VIN劃刻機等設備。

（4）制定應急操作流程。對于現場已經有多臺設備來滿足生產的情況，如組合加注機，涂膠機等設備，通過對生產工藝及現場操作進行深入的分析從而制定出單臺設備發生故障后的應急操作流程。

如圖8所示，MRA1總裝車間的組合加注機共有4臺設備同時工作來滿足43.5JPH的工作節拍，如果其中一臺設備發生故障就會導致設備跟不上生產節拍。通過對設備整個工藝流程的時間的分析，我們發現整個加注流程可以分為兩部分：（1）設備運行時間；（2）設備工藝操作流程。設備運行時間為設備行走和升降時間，優化空間幾乎沒有。

設備工藝操作流程，經過分析發現其包含3部分時間：（1）加注準備時間；（2）實際加注時間；（3）加注完成后收尾時間。其中實際加注時間為真正的往設備中加注液體的時間，而加注準備時間和加注完成后收尾時間主要取決于操作人員的操作，經過觀察發現可以通過調整及增加操作人員來縮短這兩部分的時間，從而整個加注時間可以從287s降低到244s。

如圖9所示，MRA1總裝車間內飾1線在22工位,26工位和32工位共有3臺天窗涂膠機，其功能分別為205車型M1，213車型M1及M2，205車型M2的天窗涂膠功能。由于不同車型的天窗模塊尺寸，膠型軌跡等均不一致，導致3臺涂膠機不能互相備份。通過對三臺涂膠機出入口臺的機械調整并添加涂膠程序使得22工位和26工位的M1模塊互為備份，26工位的M2與32工位互為備份，從而實現現有設備的備用。

2.4 快速維修之—專用工具

圖8 組合加注機的應急操作方案

圖9 涂膠機備用方案

針對不同設備的故障點，判斷出故障點后，一般需要更換損壞件來恢復設備運行。此時，合適的工具就能夠起到事半功倍的效果。結合快速維修的特點，針對不同設備很多專用工具，用于提高維修速度。已噴漆車間為例。噴漆車間最難更換的備件要數ASU的送風風機。這個風機由3部分組成，電機、葉輪和基座。葉輪和基座基本不會損壞，一般損壞點是電機。由于現場的風機種類繁多，無法對每種風機購買備件，而是只備用電機。當電機損壞時，需要將風機整體拆下，將電機、葉輪、基座分開，然后將備用電機和葉輪基座組裝，安裝到現場。由于電機葉輪長時間運行，導致軸孔配合處有部分粘連，很難分離。因此，我們只做了液壓頂板。將固定板鏈接到葉輪上，液壓千斤頂位于電機軸端與固定板之間，通過液壓千斤頂的動作，將固定板逐漸遠離電機軸，從而將葉輪從電機上脫離。使用該工具拆卸葉輪的時間可降低2h以上（圖10）。

圖10 ASU風機拆卸工具

2.5 快速維修之—線邊備件

設備的每一次停機都需要進行備件的更換，而備件的精細化管理必然造成取用備件流程復雜，耽誤部分時間影響停機工時。根據現場實際情況分析，發現備件的準備時間對于故障處理時間特別是對于小故障的處理影響特別明顯。根據這個問題，我們提出了線邊備件的管理模式，在原有系統的基礎上，增加高頻更換件的線邊備件管理模式，簡化應急備件的處理流程，做到快而不亂。

以總裝車間為例，總裝車間的備件都是在備件庫房集中管理，但是由于庫房通常離現場有一定距離，且庫房領用備件有一套標準流程，這些都會導致備件的準備時間較長。根據以往經驗，通常本地庫房有備件的情況下，備件的準備時間約為10～15min，本地庫房沒有備件的情況下大約需要15～30min不等的時間。針對備件準備時間長的問題，我們制定了一個線邊備件庫的策略，其原則就是將常用備件及關鍵備件準備1～2件放到設備線邊存儲管理，這樣可以大大縮短備件的準備時間，實際運行過程中發現可以將備件的準備時間降低到5min左右。

圖11 備件出庫流程

圖12 線邊備件管理流程

3 項目成果

自2017年年初項目實施以來，北京奔馳通過創新性的引入快速維修理念，有效彌補了企業設備維修結構化流程化帶來的問題，為公司的設備停機率的降低和大停機的次數的減少做出了巨大貢獻。通過對關鍵節點采取有效措施，有力的保障了公司走向卓越2020的推進實施，在車間效率提升和生產技術支持兩個方面成果顯著。團隊發揮維護部門的自身特點，以設備停機快速解決為出發點，通過借鑒F1賽車快速維修的方式方法，對傳統維修模式做出改進，定制快速故障維修小車針對高頻故障；制定專用工具、備用方案應對特定的停機；優化現有備件管理模式，縮減備件；推進實施離線維修模式，節約線上維修時間。同時在故障處理的整個過程中，帶來了F1理念的高度的精確性和協調性，增強了團隊合作意識、溝通意識，間接促成了高效、團結團隊的建成。

通過對比2018年與2017年1～6月份的停機數據，對每項停機做出對比，發現各個車間的停機數量比以前更少，部門同樣的故障處理時間呈幾何級下降，表1為具體的各車間統計通過引入新方法節約的維修時間及停機次數，其經濟價值如果按照時間估算，對公司意義重大。

圖13 線邊備件柜

表1 2018年1～6月份停機率和停機次數取得成果