汽車總裝工廠島式制造模式的前瞻性探索

摘 要：從第一次工業(yè)革命開始，歷次產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域變革都伴隨著生產(chǎn)過程更加集中、高效、批量化。而進(jìn)入21世紀(jì)，制造業(yè)對(duì)于靈活性、敏捷性、個(gè)性化的需求日益增加。伴隨著數(shù)字化技術(shù)和人工智能技術(shù)的大發(fā)展，大規(guī)模島式制造成為可能。本文結(jié)合上汽通用五菱汽車股份有限公司精益智造總裝島式制造模式的新實(shí)踐，以市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)和滿足客戶需求為總方針，探討新技術(shù)在島式制造模式中的運(yùn)用，匯集島式制造建設(shè)團(tuán)隊(duì)的探索經(jīng)驗(yàn)，啟迪著今天，也影響著未來。

關(guān)鍵詞：島式制造 精益智造 智能總裝

隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是工業(yè)機(jī)器人與協(xié)作機(jī)器人及視覺技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展。汽車制造的涂裝工藝首先使用機(jī)器人進(jìn)行噴涂操作，進(jìn)而，沖壓車間自動(dòng)化提升至85%左右，隨后，車身車間的因單一的焊接工藝，進(jìn)入“黑燈”工廠時(shí)代。但是，工藝種類繁多總裝車間仍然處于自動(dòng)化低水平階段。近年來，隨著以5G為代表的通信技術(shù)，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為特征的智能化技術(shù)，以及智能群控等數(shù)字化技術(shù)的爆發(fā)式發(fā)展，總裝車間或者汽車總裝工藝也必將發(fā)生跨越式的變革。

1 傳統(tǒng)總裝制造的局限性

回顧汽車工藝的百年歷史，1886年卡爾本茨發(fā)明第一輛汽車，當(dāng)年被稱為汽車元年。在1908年，福特發(fā)明T型車，1913年，福特汽車率先將流水線開始應(yīng)用到汽車生產(chǎn)中。汽車總裝車間的生產(chǎn)方式，雖然有諸如豐田的汽車精益生產(chǎn)制造的管理模式進(jìn)行優(yōu)化，但是流水線的生產(chǎn)形態(tài)并沒有發(fā)生大的，顛覆性的變化。

傳統(tǒng)的總裝車間使用的是福特式的流水線。他以社會(huì)化大生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)專業(yè)化分工為指導(dǎo)原則。他的優(yōu)勢(shì)是有效提高社會(huì)化生產(chǎn)效率，大批量生產(chǎn)單一產(chǎn)品，規(guī)模性制造，滿足了供方市場(chǎng)特征[1]。將整車制造成本壓縮至普通大眾能承受的水平。

隨著生產(chǎn)力的大力發(fā)展，人民生活水平的逐漸提升。傳統(tǒng)以技術(shù)定義產(chǎn)品的商業(yè)模式，以20%的產(chǎn)品滿足80%市場(chǎng)需求，以單一產(chǎn)品，三種配置（低、中、高）的制造的傳統(tǒng)總裝流水線，難以滿足用戶多元化、個(gè)性化、定制化為發(fā)展趨勢(shì)特征的未來市場(chǎng)。

新型自動(dòng)化技術(shù)、智能感知技術(shù)、數(shù)字化以及智能調(diào)度技術(shù)的突破性發(fā)展[2]。傳統(tǒng)總裝制造工藝，串聯(lián)福特式流水線，以動(dòng)態(tài)人工裝配為特征，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，難以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制與產(chǎn)品工藝工時(shí)差異大的線平衡。其終將會(huì)被動(dòng)靜態(tài)結(jié)合、模塊化制造、無人自動(dòng)裝配島式生產(chǎn)模式、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的 “精益智造”總裝工藝所取代。

2 汽車總裝車間島式制造模式

在產(chǎn)品快速迭代、客戶需求個(gè)性化、制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)代發(fā)展背景下，長(zhǎng)尾效應(yīng)成為新能源汽車制造企業(yè)的破局關(guān)鍵，多品種小批量柔性化制造成為新能源汽車制造的必然發(fā)展趨勢(shì)。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和長(zhǎng)尾效應(yīng)的雙重壓力下，如何搶占市場(chǎng)成為新能源汽車制造商面臨的重要挑戰(zhàn)。

上汽通用五菱率先提出以“島式裝配”為核心的精益智造模式（簡(jiǎn)稱島式裝配模式），運(yùn)用自動(dòng)化、數(shù)字化、智能感知技術(shù)建設(shè)自動(dòng)裝配島，實(shí)現(xiàn)了更加柔性的多品種小批量汽車制造以快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，為新能源汽車制造模式的轉(zhuǎn)型提供了參考和指導(dǎo)。

2.1 島式柔性的運(yùn)載單元

精益智造工廠突破傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)線剛性串聯(lián)架構(gòu)，廣泛采用SLAM復(fù)合式導(dǎo)航移動(dòng)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化智能化產(chǎn)線與物流運(yùn)輸。對(duì)車身、物料等各類生產(chǎn)對(duì)象可以高自由度靈活傳送，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)可重構(gòu)、功能可拓展、快速可迭代的生產(chǎn)系統(tǒng)，見圖1，形成超強(qiáng)的產(chǎn)品適應(yīng)性能力，敏捷響應(yīng)產(chǎn)品迭代和用戶需求。

2.2 動(dòng)態(tài)柔性化工藝模式

動(dòng)態(tài)柔性工藝模式，是實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)節(jié)距可變，節(jié)拍可調(diào)的高效精益制造模式。

選裝工藝島模式。適用于根據(jù)客戶所需訂單生產(chǎn)，產(chǎn)品配置是選裝的零部件，見圖2。如：天窗、天幕、側(cè)氣簾、品牌低音炮揚(yáng)聲器等零部件。

平行支線工藝島模式。平行支線工藝模式是一種傳統(tǒng)產(chǎn)線沒有的生產(chǎn)模式，見圖3。適用情況一：相同零件，工藝工時(shí)不相同的情況，如同車型不同配置的主線束布置長(zhǎng)度不同導(dǎo)致工藝工時(shí)不同等。適用情況二：不同零件，差異工時(shí)情況。如主線有3個(gè)工位、支線有2個(gè)工位。

鏡像支線工藝島模式。鏡像模式是平行工藝模式的特殊形式，適用于兩條或者多條鏡像支線采用同樣的工藝形式，安裝同樣的零件，見圖4。

2.3 靜態(tài)自動(dòng)化區(qū)域的建設(shè)

靜態(tài)自動(dòng)化無人島。靜態(tài)自動(dòng)化無人裝配島的主要目的是方便實(shí)現(xiàn)總裝工藝的自動(dòng)化。一般來說總裝車間的自動(dòng)化工藝主要有：玻璃自動(dòng)底漆涂膠與自動(dòng)安裝，輪胎的自動(dòng)安裝、座艙的自動(dòng)安裝、座椅的自動(dòng)投放、天幕自動(dòng)底漆涂膠與自動(dòng)安裝、前端模塊的自動(dòng)安裝、自動(dòng)外觀檢測(cè)等[3]，見圖5。

平行無人裝配島。無人裝配區(qū)的建設(shè)不僅需要考慮總裝工藝的強(qiáng)制順序，還要考慮無人物流路線的合理性和總裝車間的參觀路線等要素。平行無人裝配島是上汽通用五菱的原創(chuàng)，見圖6。島與島之間突破傳統(tǒng)串聯(lián)方式，采用分布式布局，多島分布式結(jié)構(gòu)柔性可變。智能群控對(duì)AGV等運(yùn)輸單元智能調(diào)度，實(shí)現(xiàn)穿梭于多島的多樣化平行加工路徑，實(shí)現(xiàn)制造和物流之間多維度協(xié)同，高度柔性生產(chǎn)。

3 智算群控技術(shù)在汽車島式總裝車間的運(yùn)用

智算群控系統(tǒng)，能智能協(xié)同完成交通管制，車料匹配，協(xié)同作業(yè)等交匯場(chǎng)景的各要素配置。智算群控系統(tǒng)主要由AGV協(xié)同調(diào)度、數(shù)據(jù)匯集處理、設(shè)備協(xié)同管理、任務(wù)排序管理、物料庫(kù)區(qū)調(diào)控、平行柔性調(diào)度、可視化孿生仿真幾個(gè)功能模塊組成，通過不同模塊的組合，實(shí)現(xiàn)各版塊的群控調(diào)度，見圖7。

在上文動(dòng)態(tài)柔性化工藝模式中，對(duì)智算群控系統(tǒng)的運(yùn)用已經(jīng)有部分介紹。此處展示一典型的特殊場(chǎng)景：總裝門控區(qū)工藝工序。此場(chǎng)景中，智算群控系統(tǒng)調(diào)度三類型AGV，在實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度的同時(shí)確保交通順暢。實(shí)現(xiàn)拆門工藝中主線AGV與門線AGV的同步協(xié)調(diào)，還實(shí)現(xiàn)門控區(qū)物料配送與主線隊(duì)列的一致，按要求將門運(yùn)輸至門存儲(chǔ)區(qū)。而在裝門工位，按要求將主線隊(duì)列對(duì)應(yīng)的門式運(yùn)輸至裝門工位。在此工序場(chǎng)景中，可深刻理解智算群控系統(tǒng)的功用，見圖8。

4 結(jié)語(yǔ)

島式裝配模式的精益智造將流水線式的制造模式轉(zhuǎn)變?yōu)榛凇白詣?dòng)裝配島+AGV調(diào)度”的超柔性制造模式，能夠?qū)崿F(xiàn)多車型多品種的低成本、高效率、大批量的制造。通過自動(dòng)裝配島實(shí)現(xiàn)汽車的模塊化生產(chǎn)，通過差異化分裝實(shí)現(xiàn)個(gè)性化生產(chǎn)，通過智能群控+AGV調(diào)度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)配送和島間協(xié)同，形成了面向多品種混排的精益智造模式。“島式裝配”為核心的精益智造模式是汽車制造模式的顛覆性創(chuàng)新，能夠推動(dòng)新能源汽車行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，能幫助企業(yè)快速搶占市場(chǎng)，為企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造價(jià)值。

基金項(xiàng)目：廣西科技重大專項(xiàng)《基于多信息維度的數(shù)字化精制造技術(shù)研究與應(yīng)用（廣西新能源汽車實(shí)驗(yàn)室專項(xiàng)）》（桂科AA23062061）。

參考文獻(xiàn)：

[1]B. J. Pine II， Mass Customization： The New Frontier in Business Competition[J].Harvard Business School Press， 1993.

[2]Foresight， The Future of Manufacturing： A New Era of Opportunity and Challenge for the UK Summary Report [J].The Government Office for Science， London， UK， 2013.

[3]黃峰，王悅峰.汽車總裝生產(chǎn)線自動(dòng)化改造與實(shí)施[J]時(shí)代汽車，2024（03）27-29.