汽車工廠總裝車間混合動力汽車混線生產(chǎn)機運系統(tǒng)規(guī)劃方案研究

方 明 蔡自凡（上汽通用汽車有限公司，上海 201206）

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汽車工廠總裝車間混合動力汽車混線生產(chǎn)機運系統(tǒng)規(guī)劃方案研究

方 明 蔡自凡
（上汽通用汽車有限公司，上海 201206）

摘 要：本文以某合資汽車公司全新工廠的總裝車間項目為例，針對現(xiàn)代化汽車工廠總裝車間普通車型與混合動力車型混線生產(chǎn)的情況，對底盤機運系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計進行討論，探討了常規(guī)車型與混合動力車型混線生產(chǎn)的幾種不同方案，并對本次項目中實際采 用的方案，即針對混合動力車型采用專用Loop、專用吊架的方案進行了建模及軟件仿真分析，研究如何在給定條件下使混合動力汽車產(chǎn)能達到最大。

關(guān)鍵詞：總裝車間；機運系統(tǒng)；混合動力汽車

0 引言

近年來，我國國內(nèi)汽車產(chǎn)銷量保持持續(xù)高速增長的態(tài)勢，為滿足市場需求，各汽車公司不斷通過新建工廠來擴大產(chǎn)能。合理的前期規(guī)劃對于打造精益高效綠色的現(xiàn)代汽車制造工廠至關(guān)重要。

一般來講，現(xiàn)代汽車生產(chǎn)工廠由沖壓車間、車身車間、油漆車間、總裝車間組成。經(jīng)過沖壓、焊接、油漆等工序后的空車身，在總裝車間進行內(nèi)外飾裝配、合裝、底盤裝配、液體加注及檢測?？傃b車間生產(chǎn)線廣泛應(yīng)用機運輸送系統(tǒng)，以提高流水化作業(yè)效率?？傃b車間的機運線主要分兩大類，一是有裝配內(nèi)容的輸送線，二是純粹的輸送線。第一大類包括內(nèi)飾線、底盤線、最終線、合裝線、車門分裝線、發(fā)動機分裝線等；第二大類包括儀表板輸送線、車輪輸送線、座椅輸送線等。其中，底盤線主要完成底盤裝配、動力總成模塊與車身合裝、車輪裝配等任務(wù)，是整個總裝車間最重要的機運線之一。

隨著國家大力提倡發(fā)展新能源汽車，越來越多的汽車廠家推出混合動力車型。由于混合動力車型相對于常規(guī)車型生產(chǎn)數(shù)量較少，通常將混合動力車型與常規(guī)車型混線生產(chǎn)。然而，混合動力車型與常規(guī)車型在構(gòu)造上存在較大差異，這就為總裝車間機運系統(tǒng)，尤其是底盤機運線的兼容性設(shè)計帶來新的挑戰(zhàn)。

1 混合動力車型底盤線機運兼容性問題

某合資汽車公司基于平臺進行整車開發(fā)，同一平臺派生多款車型，同時，工廠實行多平臺制造策略，將多種平臺車型投入一個總裝車間生產(chǎn)。該合資汽車公司全新工廠先期規(guī)劃生產(chǎn)轎車A及SUV B兩種車型，其中轎車A又分為普通車型和混合動力車型（PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle車型）兩種?？傃b車間項目規(guī)劃要求機運系統(tǒng)能兼容這幾種車型的生產(chǎn)。

該合資汽車公司全新工廠總裝車間底盤線布局包含底盤I線和底盤II線，共54個工藝操作工位，底盤機運采用電動升降系統(tǒng)（Electrified Monorail System），吊架為L型形式。車身完成內(nèi)飾安裝后在內(nèi)飾線末端通過機構(gòu)被放到底盤吊架上，吊置于空中，沿底盤機運軌道經(jīng)過底盤I線和底盤II線，進行底盤裝配等工藝。

底盤線吊架在設(shè)計時必須使L形吊架垂臂從車輛A柱垂下，不能落在門框范圍內(nèi)，否則會與安裝座椅等工藝干涉；同時，吊架橫梁不能伸到后輪區(qū)域，否則會影響輪胎安裝等工藝。由于B車型為SUV，前后輪距相對于A車型較短，因此限制了吊架橫梁的長度。根據(jù)B車型的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量分布和重心等信息進行設(shè)計計算，吊架橫梁長度的最長極限為1795mm。由于轎車A普通車型與B車型重心位置較接近，經(jīng)過驗證，這樣長度的橫梁能兼容轎車A普通車型。而PHEV車型由于在后部配置有超過250kg的電池組RESS，導(dǎo)致整車質(zhì)心與A常規(guī)車型相比偏差較大，在底盤拼合前兩者重心在水平方向相差約400mm。根據(jù)PHEV車型的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量分布和重心等信息進行設(shè)計計算，L型吊架的橫梁合理長度約為2050mm。這樣長的橫梁顯然會影響B(tài)車型輪胎安裝等工藝。

圖1

圖2

2 底盤線兼容性問題解決方案

由上文論述得知，由于B車型輪距限制，底盤吊架橫梁長度最長極限為1795mm，而這樣的長度又無法滿足PHEV車型的兼容性要求。通過詳細分析，并對比國內(nèi)外大量既有案例，提出以下幾種問題解決方案。

2.1 工藝解決方案

前防撞梁增加配重塊，通過重心模擬得出配重塊質(zhì)量需150kg。影響分析：前防撞梁有變形風(fēng)險，產(chǎn)品設(shè)計不滿足該方案。

2.2 手動變距方案

制作一個PHEV專用支撐腳，手動安裝連接在橫梁上。影響分析：（1）現(xiàn)場執(zhí)行操作較難，需要根據(jù)車型信息進行人工更換支撐腳，操作性及穩(wěn)定性差，人工成本昂貴；（2）需要新增Loop專門進行支撐腳更換，且需要將所有的吊架做接口連接，成本昂貴；（3）對后續(xù)車型改造柔性差，需要全部吊架都要進行改造。

2.3 自動變距方案

這種方案考慮將底盤吊架橫梁設(shè)計成可伸縮形式，空吊架返程區(qū)增加吊架調(diào)整設(shè)備和檢測設(shè)備。影響分析：（1）兼容性好；（2）技術(shù)風(fēng)險：該技術(shù)不成熟沒有被推廣使用，變距的可靠性、安全性、穩(wěn)定性都存在風(fēng)險，國內(nèi)汽車廠商L型吊架變距使用案例極為罕見，變距部分將增加日常維護量，且潤滑油會存在吊架污染風(fēng)險。（3）對后續(xù)車型改造柔性差，需要全部吊架都要進行改造；（4）投資昂貴超過三千萬。

2.4 增加PHEV專用吊架，新增PHEV專用Loop作為緩存，根據(jù)車型選擇特殊的PHEV吊架。影響分析：（1）可靠性、穩(wěn)定性及安全性較高；（2）產(chǎn)量分析：根據(jù)PHEV產(chǎn)量，合理設(shè)置緩存PHEV Loop；（3）投資在一千萬左右，包含車型識別系統(tǒng)和防錯系統(tǒng)。

3 PHEV車型產(chǎn)能分析及仿真

該汽車公司全新工廠總裝車間初期規(guī)劃產(chǎn)能目標為20JPH。之前已說明，通過方案對比，充分考慮精益高效高質(zhì)量原則，該總裝車間為了兼容PHEV車型的生產(chǎn)，針對性地設(shè)計使用了專用吊架及專用的Loop，并增加了專用Loop，如圖1所示。

根據(jù)產(chǎn)能需求、工藝條件、車間布局和設(shè)備設(shè)施等條件進行設(shè)計計算，初步確定底盤機運線使用普通吊架60個，用于普通車型，PHEV車型專用吊架數(shù)量限制在4～12個之間。受各種條件限制，PHEV車型與常規(guī)車型共線生產(chǎn)，會導(dǎo)致車間總產(chǎn)能受到影響，這就要求先期規(guī)劃時對PHEV車型產(chǎn)能與總產(chǎn)能相互影響的確定性關(guān)系進行分析研究。

本文采用仿真軟件對該總裝車間生產(chǎn)系統(tǒng)進行建模，并根據(jù)相關(guān)工藝條件和已知數(shù)據(jù)，對模型做出如下假設(shè)：

（1）系統(tǒng)每班工作8小時，其中有24分鐘的休息時間，即95%工作時間；

（2）車間產(chǎn)能目標值20JPH（Jobs Per Hour每小時產(chǎn)量）；

（3）系統(tǒng)兼容生產(chǎn)普通車型和PHEV車型，普通吊架60個，PHEV車型專用吊架數(shù)量4～12個；

（4）所有工位都能按照規(guī)劃的CycleTime運行，且保持恒定不變；

（5）所有工位的停機呈指數(shù)分布，隨機發(fā)生；

（6）系統(tǒng)不受上游系統(tǒng)影響造成短缺；

（7）系統(tǒng)不受下游系統(tǒng)影響造成堵塞。

仿真結(jié)果如圖2所示。

由仿真結(jié)果知，在保證車間產(chǎn)能滿足20JPH的條件下，PHEV專用吊架數(shù)量越多，PHEV車型產(chǎn)能越大。PHEV專用吊架數(shù)量為4個時，PHEV車型產(chǎn)能最低，為1.4JPH；PHEV專用吊架數(shù)量為12個時，PHEV產(chǎn)能達到最大值，為3.6JPH。規(guī)劃PHEV車型產(chǎn)能為2JPH，滿足產(chǎn)能需求。

該總裝車間經(jīng)過實際投產(chǎn)運行，充分對混合動力汽車混線生產(chǎn)采用的Loop方案進行了驗證，表明該方案對常規(guī)車型影響較小，具有一定的獨立性。

結(jié)語

新能源車型是未來汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢，將新能源車型與傳統(tǒng)車型在總裝車間混線生產(chǎn)，底盤機運線兼容性成為各大整車廠難題。對比其他整車廠此類案例發(fā)現(xiàn)，投資成本及應(yīng)用效果參差不齊。本文以國內(nèi)某合資汽車公司全新工廠總裝車間機運系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃方案為例，首創(chuàng)性地提出PHEV車型專用Loop方式，有效解決了混合動力車型與其他不同車型混線生產(chǎn)的底盤機運線兼容性問題，且技術(shù)較為成熟可靠，為其他汽車工廠的規(guī)劃設(shè)計提供了有益的參考與借鑒。

參考文獻

［1］趙巍.現(xiàn)代轎車總裝車間工廠設(shè)計［J］.工程建設(shè)與設(shè)計，2002 （2）：38-40.

［2］王仲欽.現(xiàn)代汽車制造廠總裝車間工藝設(shè)計［J］.機械制造，41（464）：40-41.

［3］段文玲.轎車總裝車間工藝規(guī)劃［J］.汽車工藝與材料AT&M ，2010（10）：1-3.

中圖分類號：U468

文獻標識碼：A