基于柔性化的汽車儀表臺裝配線技術及其應用

吳耿雄 謝景山

摘要：為了節約建造及運營汽車儀表臺裝配線的投資成本、縮短制造周期、提高生產兼容的柔性化能力，對總裝工廠建造前期進行綜合考慮，研究滿足投資最小化、建造周期最短化、柔性兼容能力最大化的儀表臺裝配系統的系統設計技術方案。對國內主機廠的調查，總裝工廠里儀表臺裝配線主要采用主裝配線以外獨立建一條懸掛線進行儀表臺裝配，并用升降機及空中輸送線來實現與主輸送線對點銜接，構成完整的單循環流水線，傳統懸掛線建造周期長，設備投資大，工位數固定等特點，柔性化及成本效率相對較低，面對需產能變化或是新機種導入時，存在明顯的柔性化改造困難，存在較大的投資，偏長的改造周期等突出課題;本文通過研究新的構思和線體設計，實現大幅度提升柔性化能力，將建造投資和后期改造投資最小化，并確保后期適用性升級周期最短化。

關鍵詞：儀表臺裝配線;AGV小車;空中懸掛線;SPS物流模式

0? 引言

在汽車主機廠建造汽車生產線進行流水線作業，實現高效、快速生產出高品質、高一致性的汽車商品，提供給顧客滿意的產品也實現了企業的生產盈利，在總裝工廠建造主輸送線、發動機裝配線、儀表臺裝配線、車門裝配線等線體的運作來進行生產環節的分聚匯流實現整車零件裝配;因此在生產線的設計和建造過程中需要考慮到當前投入必要的投資建造具備當下需要生產的機種和車型，按照短期的生產任務、目標設定相關的生產線規格，并且需要伴隨著市場的變化、車型機種的升級變化，需不斷進行升級改造，做到生產能力與市場需求形成快速聯動;本文定位于全新的儀表臺裝配工藝系統，采用新的制造工藝實現初期投資的最小化，并且能夠具備高度柔性化，應對未來多變的市場需求，可以實現快速的、改造周期最小化的生產工藝，并將這個新工藝建造、使用于汽車儀表臺的生產應用中。

1? 傳統的儀表臺裝配線的建造工藝特點及其分析

1.1 傳統儀表臺分裝線（儀表臺裝配線）的概況

傳統的儀表臺裝配線形式：空中懸掛線的形式，驅動模式主要有積放鏈驅動方式和摩擦輪驅動方式，通過空中3米的驅動動力帶動裝配線，空中廠房需設置載荷吊點，吊點的設計負載能力為3000kg/m2。傳統結構形式在量產中出現的課題及相關不足：

①由于采用懸掛線的形式整體投資高、造價相對較高，建造周期長，施工難度大（升降機配置，空中完成件輸送線體）;

②作業中出現晃動影響作業性，由于懸掛線的形式在生產線流動過程由于重心隨著裝配零件出現變化及作業施力情況下出現整體晃動（±8°）;

③整體空中線的產能變化柔性差，改造工期長等（調查某工廠 2011年24萬能擴中的18個工位延長到24個工位，需要進行區域線段拆除延長工程，耗費投資大、工期長）;

作業工位數=∑理論裝配工時÷設計編成率÷產能設計節拍

設計編成率=單位工位理論裝配工時÷產能設計節拍

產艱設計節拍=∑全天開動時間÷理論稼動率÷設計日產量

④后期導入SPS物流模式，在原有吊具上搭載SPS臺車牽引，由于受力及規格難以兼容，出現吊架連接部位磨損嚴重，SPS臺車在行進中出現干涉和卡阻等不良現象，造成稼動損失。

1.2 傳統儀表臺裝配線的主要技術

①組成：吊架，地面空中驅動鏈條（高度2700mm），升降機2臺，空中輸送鏈1條（高度6000mm），空中輸送線安全網。

②功能：作業線體及輸送線體組成;作業線體：由20個吊架組成一個橢圓形的循環線，按照生產體制節拍（24萬/年：75JPH）運轉，提供24個工位給裝配員工進行作業;輸送線體：主要負責將空吊架或者儀表臺完成件輸送到指定的地方進行下個工序，采用空中懸掛軌道的方式，分別有地面2700mm。

③作業過程：儀表臺空吊架進入作業區，員工將儀表臺橫梁、線束等零件按照順序安裝到儀表臺橫梁上，在作業過程中由于零件不斷裝配使得整個吊架不斷擺動（±8°），存在影響正常作業和帶來品質不良的隱患。

④調查發現某儀表臺裝配線于2006年建設完成后投入使用，并于2010年進行24萬能擴改造，改造工程，拆除環線中一段空中輸送軌道，并延長作業線長度（共20m，增加6個作業工位），耗時8天，存在投資大、改造工期長，生產產量損失大等問題。

1.3 傳統儀表臺裝配線的特點總結

傳統裝配線的優點有基礎穩固，生產穩定，缺點主要有由于整體設備形式復雜、空中鋼結構限制，延伸柔性化能力較差，其一前期的生產規劃用地相對固定，無法克服一些現場環境上的困難，其二后期的延伸改造工程復雜，需要投入投資及改造工期綜合成本較大。

2? 柔性化技術的儀表臺裝配線的建造工藝特點及其分析

2.1 設計的技術方案

技術創新重點：原懸掛式設計成為地面臺板式。

①儀表臺裝配部位中心支架與承載行走底座的中心新偏差設計，裝配部位中心線與底座中心線距離200mm，以及與臺板邊緣（靠近作業者端）200mm，偏心設計主要考慮作業性，消除作業者與整體臺車的干涉，此設計經過長達3個月（約5000臺車生產試驗）的試驗而確認的規格。

②承載行走底座的高度設計（400mm）高度設計包含了能過穿越作業線的軌道以及實現成品轉移的AGV小車驅動，通過底部AGV小車與底座的連接實現AGV小車驅動整體儀表臺臺車。

③整體儀表臺車的結構設計根據作業順序流程以及零件集配的過程，結合物流布置及零件取放工時考慮，儀表臺裝配部位及SPS臺車部位的關系，呈現左右關系（在作業角度確認左側為裝配部位，右側為SPS零件臺車）。

④承載行走底座的結構設計行走輪的位置設計，幾個整體的臺車在不斷重量及重心變化過程中確認整體臺車重心在4個行走輪中間，確保不出現臺車擺動及翻車，還在底部設計了地面軌道進行導向輪。

2.2 主體柔性化設計技術的研究和相關規格參數的論證

臺車單元設計主體包含儀表臺裝配部位、SPS零件臺車、承載行走底座。

①儀表臺裝配部位：主要承擔儀表臺分裝功能，具備不同車型不同作業角度調整功能;結構規格：長度：1948mm，高度：650mm，寬度：60mm，中心距離：200mm（兼容能力滿足車寬1.7m-2.1m的車型機種）。

②SPS零件臺車：將SPS零件臺車設計在裝配部位一側，可以在作業中直接從臺車上取出零件進行裝配，與裝配部位在整體流動過程中保持一體，無須進行連接或是脫離。

③承載行走底座：主要承載1）儀表臺裝配部位以及2）SPS臺車，通過地面行走輪可以直接在地面移動轉移，并配合線頭的驅動輪驅動保持按照節拍速度勻速（見表1）移動由4個行走輪和支架、臺板組成。長度：2960mm，寬度：800mm;高度：400mm。

3? 結論

①通過柔性化技術（本文技術已獲得國家實用新型發明專利，專利號：ZL 2017 2 0214569.7）的裝配線整體設計以下降投資為目標：設計獨立的分裝臺車，可在地面運轉行走：

1）本文技術的設計可減少空中行走線（作業區上空軌道、空吊架及成品空中運輸線，包括廠房鋼結構及載荷吊點等）;

2）設計為獨立模塊化作業臺車單元，可實現獨立自動移載到主線進行儀表臺合車，減少2臺搬送升降機。

②設計獨立分裝單元，在地面運轉行走，在地面導向軌道中形式并輔助導向軌道，通過重心控制保證臺車可以在垂直及水平方面的位移限制在±2°以內，提高了裝配的作業性，解決傳統技術形式存在的作業中晃動（擺動）的品質風險。

③針對原技術在進行改造（如增加工位）需投資大、工程量多、工期長的特性改善：設計成獨立分裝單元，并實現分離結合可隨時調整的結構：

1）模塊化單元在作業線上首工位摩擦輪驅動，并通過驅動力傳遞推動的形式實現工藝線體按照節拍均速運轉，快速段或轉移段可獨立行走，沒有固定的驅動軌道，在滿足延長裝配線或是新機種導入時，僅增加延長的臺車數量以及移動首工位的驅動輪即可;

2）無需建造荷載吊點工程，簡化結構，并且無控制軌道，在廠房設計中上空無須設置吊點（減少20個左右）可以節約廠房設計載荷及其建造投資費用。

④本文技術方案可延伸應用在整車生產的焊裝、涂裝、總裝生產線體，因其靈活性可大幅度減少車體裝配線的投資和建造周期，同時具備了良好的未來應用兼容能力，調查近10年來，主機廠的發展過程中，為了提高效率降低制造成本，不時導入了不同類型、不同功能的全自動化設備，本文技術相對傳統裝配線上體現了明顯的兼容優勢，可快速、低成本得滿足自動化輔助功能需求，可利用其柔性化特性在任意需要設置工位設置停止器即可滿足。

參考文獻：

[1]潘平雕.現代工業工程在制造業中的應用[J].居舍，2019（05）.

[2]李剛.淺談汽車總裝工藝工程規劃[J].四川水泥，2018（09）.

[3]金忠寶，謝堅.汽車總裝生產線設計分析[J].內燃機與配件，2017（15）.

[4]付傳武.淺談對汽車總裝線柔性化的探討[J].電子世界，2016（12）.

[5]齊兵兵.汽車總裝柔性化生產線的設計探討[J].科技傳播，2014（07）.