汽车工厂总装车间混合动力汽车混线生产机运系统规划方案研究

方 明 蔡自凡（上汽通用汽车有限公司，上海 201206）



汽车工厂总装车间混合动力汽车混线生产机运系统规划方案研究

方 明 蔡自凡
（上汽通用汽车有限公司，上海 201206）

摘 要：本文以某合资汽车公司全新工厂的总装车间项目为例，针对现代化汽车工厂总装车间普通车型与混合动力车型混线生产的情况，对底盘机运系统的规划设计进行讨论，探讨了常规车型与混合动力车型混线生产的几种不同方案，并对本次项目中实际采 用的方案，即针对混合动力车型采用专用Loop、专用吊架的方案进行了建模及软件仿真分析，研究如何在给定条件下使混合动力汽车产能达到最大。

关键词：总装车间；机运系统；混合动力汽车

0 引言

近年来，我国国内汽车产销量保持持续高速增长的态势，为满足市场需求，各汽车公司不断通过新建工厂来扩大产能。合理的前期规划对于打造精益高效绿色的现代汽车制造工厂至关重要。

一般来讲，现代汽车生产工厂由冲压车间、车身车间、油漆车间、总装车间组成。经过冲压、焊接、油漆等工序后的空车身，在总装车间进行内外饰装配、合装、底盘装配、液体加注及检测。总装车间生产线广泛应用机运输送系统，以提高流水化作业效率。总装车间的机运线主要分两大类，一是有装配内容的输送线，二是纯粹的输送线。第一大类包括内饰线、底盘线、最终线、合装线、车门分装线、发动机分装线等；第二大类包括仪表板输送线、车轮输送线、座椅输送线等。其中，底盘线主要完成底盘装配、动力总成模块与车身合装、车轮装配等任务，是整个总装车间最重要的机运线之一。

随着国家大力提倡发展新能源汽车，越来越多的汽车厂家推出混合动力车型。由于混合动力车型相对于常规车型生产数量较少，通常将混合动力车型与常规车型混线生产。然而，混合动力车型与常规车型在构造上存在较大差异，这就为总装车间机运系统，尤其是底盘机运线的兼容性设计带来新的挑战。

1 混合动力车型底盘线机运兼容性问题

某合资汽车公司基于平台进行整车开发，同一平台派生多款车型，同时，工厂实行多平台制造策略，将多种平台车型投入一个总装车间生产。该合资汽车公司全新工厂先期规划生产轿车A及SUV B两种车型，其中轿车A又分为普通车型和混合动力车型（PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle车型）两种。总装车间项目规划要求机运系统能兼容这几种车型的生产。

该合资汽车公司全新工厂总装车间底盘线布局包含底盘I线和底盘II线，共54个工艺操作工位，底盘机运采用电动升降系统（Electrified Monorail System），吊架为L型形式。车身完成内饰安装后在内饰线末端通过机构被放到底盘吊架上，吊置于空中，沿底盘机运轨道经过底盘I线和底盘II线，进行底盘装配等工艺。

底盘线吊架在设计时必须使L形吊架垂臂从车辆A柱垂下，不能落在门框范围内，否则会与安装座椅等工艺干涉；同时，吊架横梁不能伸到后轮区域，否则会影响轮胎安装等工艺。由于B车型为SUV，前后轮距相对于A车型较短，因此限制了吊架横梁的长度。根据B车型的结构、质量分布和重心等信息进行设计计算，吊架横梁长度的最长极限为1795mm。由于轿车A普通车型与B车型重心位置较接近，经过验证，这样长度的横梁能兼容轿车A普通车型。而PHEV车型由于在后部配置有超过250kg的电池组RESS，导致整车质心与A常规车型相比偏差较大，在底盘拼合前两者重心在水平方向相差约400mm。根据PHEV车型的结构、质量分布和重心等信息进行设计计算，L型吊架的横梁合理长度约为2050mm。这样长的横梁显然会影响B车型轮胎安装等工艺。

图1

图2

2 底盘线兼容性问题解决方案

由上文论述得知，由于B车型轮距限制，底盘吊架横梁长度最长极限为1795mm，而这样的长度又无法满足PHEV车型的兼容性要求。通过详细分析，并对比国内外大量既有案例，提出以下几种问题解决方案。

2.1 工艺解决方案

前防撞梁增加配重块，通过重心模拟得出配重块质量需150kg。影响分析：前防撞梁有变形风险，产品设计不满足该方案。

2.2 手动变距方案

制作一个PHEV专用支撑脚，手动安装连接在横梁上。影响分析：（1）现场执行操作较难，需要根据车型信息进行人工更换支撑脚，操作性及稳定性差，人工成本昂贵；（2）需要新增Loop专门进行支撑脚更换，且需要将所有的吊架做接口连接，成本昂贵；（3）对后续车型改造柔性差，需要全部吊架都要进行改造。

2.3 自动变距方案

这种方案考虑将底盘吊架横梁设计成可伸缩形式，空吊架返程区增加吊架调整设备和检测设备。影响分析：（1）兼容性好；（2）技术风险：该技术不成熟没有被推广使用，变距的可靠性、安全性、稳定性都存在风险，国内汽车厂商L型吊架变距使用案例极为罕见，变距部分将增加日常维护量，且润滑油会存在吊架污染风险。（3）对后续车型改造柔性差，需要全部吊架都要进行改造；（4）投资昂贵超过三千万。

2.4 增加PHEV专用吊架，新增PHEV专用Loop作为缓存，根据车型选择特殊的PHEV吊架。影响分析：（1）可靠性、稳定性及安全性较高；（2）产量分析：根据PHEV产量，合理设置缓存PHEV Loop；（3）投资在一千万左右，包含车型识别系统和防错系统。

3 PHEV车型产能分析及仿真

该汽车公司全新工厂总装车间初期规划产能目标为20JPH。之前已说明，通过方案对比，充分考虑精益高效高质量原则，该总装车间为了兼容PHEV车型的生产，针对性地设计使用了专用吊架及专用的Loop，并增加了专用Loop，如图1所示。

根据产能需求、工艺条件、车间布局和设备设施等条件进行设计计算，初步确定底盘机运线使用普通吊架60个，用于普通车型，PHEV车型专用吊架数量限制在4～12个之间。受各种条件限制，PHEV车型与常规车型共线生产，会导致车间总产能受到影响，这就要求先期规划时对PHEV车型产能与总产能相互影响的确定性关系进行分析研究。

本文采用仿真软件对该总装车间生产系统进行建模，并根据相关工艺条件和已知数据，对模型做出如下假设：

（1）系统每班工作8小时，其中有24分钟的休息时间，即95%工作时间；

（2）车间产能目标值20JPH（Jobs Per Hour每小时产量）；

（3）系统兼容生产普通车型和PHEV车型，普通吊架60个，PHEV车型专用吊架数量4～12个；

（4）所有工位都能按照规划的CycleTime运行，且保持恒定不变；

（5）所有工位的停机呈指数分布，随机发生；

（6）系统不受上游系统影响造成短缺；

（7）系统不受下游系统影响造成堵塞。

仿真结果如图2所示。

由仿真结果知，在保证车间产能满足20JPH的条件下，PHEV专用吊架数量越多，PHEV车型产能越大。PHEV专用吊架数量为4个时，PHEV车型产能最低，为1.4JPH；PHEV专用吊架数量为12个时，PHEV产能达到最大值，为3.6JPH。规划PHEV车型产能为2JPH，满足产能需求。

该总装车间经过实际投产运行，充分对混合动力汽车混线生产采用的Loop方案进行了验证，表明该方案对常规车型影响较小，具有一定的独立性。

结语

新能源车型是未来汽车工业的发展趋势，将新能源车型与传统车型在总装车间混线生产，底盘机运线兼容性成为各大整车厂难题。对比其他整车厂此类案例发现，投资成本及应用效果参差不齐。本文以国内某合资汽车公司全新工厂总装车间机运系统设计规划方案为例，首创性地提出PHEV车型专用Loop方式，有效解决了混合动力车型与其他不同车型混线生产的底盘机运线兼容性问题，且技术较为成熟可靠，为其他汽车工厂的规划设计提供了有益的参考与借鉴。

参考文献

［1］赵巍.现代轿车总装车间工厂设计［J］.工程建设与设计，2002 （2）：38-40.

［2］王仲钦.现代汽车制造厂总装车间工艺设计［J］.机械制造，41（464）：40-41.

［3］段文玲.轿车总装车间工艺规划［J］.汽车工艺与材料AT&M ，2010（10）：1-3.

中图分类号：U468

文献标识码：A