F1快速维修理念在北京奔驰设备维护领域的应用

杨成，王义军，邵崇杰，游祖南

（北京奔驰汽车有限公司，北京 102600）

1 项目背景

北京奔驰汽车有限公司成立于2005年，由北京汽车有限公司和德国戴姆勒股份公司，戴姆勒大中华区投资有限公司共同出资组建，公司多款车型以其出色品质领跑国内高端市场。北京奔驰以打造国内外轿车高端制造企业为己任，拥有世界上领先的生产设备，其中冲压车间使用全球领先的伺服直驱自动化生产线，焊装车间的7大连接工艺，通过上千台不同功能的机器人实现，喷漆车间纯水为载体的水溶性喷涂装备，在线监测系统和循环处理系统使车辆始终处于闭环控制之下，总装车间拥有亚洲第一大的总装车间，高柔性化得设备保证了每90s就有一俩奔驰车驶下生产线。先进的生产设备，高速的生产节拍，让北京奔驰每一分钟都显得无比宝贵，它的每一秒钟都产生着巨大的经济价值。

凭借强大的品牌优势，北京奔驰汽车有限公司的市场份额逐年增大，每年的产销都会有30%的提升，目前已经从2012年的8万辆的产能跃升到了2018年45万辆的产能。面对日益严峻的生产压力，北京奔驰管理层提出了走向卓越2020的战略目标，确立了领导力流程、绩效管理改善、车间效率提升、生产技术支持、人力资源决策文化与透明度、财务资源决策文化与透明度六大工作包，以解决日益突出的生产矛盾，其中车间效率提升首当其冲是2020战略目标的核心部分。

面对这种全新的生产形势，生产部门对设备的良好运转提出了更高的要求，对设备的故障处理时间提出了更高的挑战。同时随着产能的提升，公司近年加大了新设备和新技术的引进力度，投资规模巨大，新的生产设备的顺利运行对公司具有重要的价值，每一分钟设备的运转都为公司创造着巨大的经济效益。面对这种日趋紧张的生产形势，设备维护原有的维修理念已不能满足当前生产的需求，如何化解高效生产和设备停机之间的矛盾成为维修亟待解决的问题。

2 项目实施

在设备维护部门原维修理念（两维修、两维护、一改善及，即紧急性维修、修正性维修、预防性维护、预测性维护、设备可持续改善）的基础上，设备维护团队借鉴F1方程式赛车的维修的管理模式，结合自身的特点，提出了基于汽车生产设备维修行业的快速维修模式，简称F1快速维修理念。通过F1快速维修理念的贯彻，在原有体系的框架下，突破原有理念的系统化流程化造成的问题，在结构化流程化的问题上做到突破，使维修的工作做到更换又快又准，为稳定生产争分夺秒。根据原有体系的结构化流程化问题，F1快速维修理念在原有理念基础上提出五点突破。首先通过建立快速维修小车，加快高频故障的处理时间；其次通过离线维修模式，将线上停机引入线下，节约线上停机工时；第三通过现场备用方案的建立，大大增加处理突发问题的能力；第四通过建立维修专用工具，大大缩短维修处理时间；最后设备维护建立了备件的线边管理和常用备件数据分析机制，缩短停机时领取备件的时间。

2.1 快速维修之—快速维修小车

随着生产产量的提升，设备的停机对生产的影响也越来越大，这就使得一旦设备发生故障时需要在最短的时间内将其恢复。如何做到快速准确的维修是我们必须解决的问题，通过借鉴F1赛车维修站快速更换轮胎的模式，我们建立了一套快速维修的方案，即快速维修小车（图1），将频发或者影响比较大的停机总结出来，并针对该停机建立一台固有的小车，内部包含备件、作业指导书、工具等，当故障发生时可直接携带该故障小车前往现场，做到故障的快速处理。以焊装车间螺柱焊技术为例，因为设备众多且在全厂分布分散，所以故障后的响应速度是提高维修效率的关键。另外，螺柱焊实际维修时需要更换的备件较多且大小不一，判断出故障后的领取备件时间也浪费颇多。所以维修部门准备了一辆电瓶车，并且配备了螺柱焊技术的各种常用备件，如焊枪，接收器，接钉总成，管线包，送钉管等，实现了全厂的快速响应，并且在到达故障工位后通过完备的备件准备、工具准备和维修工的熟练操作，实现了类似F1赛车进站换轮胎的一站式效果，节约了维修工时。

图1 快修小车展示

除了快修小车的使用，线上维修策略的改变也为节省维修时间起到很大作用。具体体现在总成件和整枪的整体快速更换方案代替原先的线上分析策略。也以螺柱焊技术为例，常见故障如焊接短路，通过线上操作机器人到维修位，解除枪衣，测量回路整体电阻通断，拆卸枪头，清洁回路焊渣，再进行焊接测试，有时还需要额外的更换磨损备件，整个维修过程在1小时左右，而通过整体更换焊枪，用时不到20分钟。

2.2 快速维修之—离线维修

传统的线上维修既浪费时间又不能保证维修成功率，生产线上救火式的维修，往往不能够达到较好的效果。通过引入整体更换，线下进行维修测试的工作，将在线的停机引入离线，将精细化的工作通过维修策略带到线下，节约线上的故障时间，有效保障生产。目前该模式在北京奔驰的四大工艺车间推广效果良好，已经取得较好的成果。以喷漆车间为例，喷漆车间喷涂区域采用机器人全自动喷涂方式，密封胶区域采用一部分机器人自动喷涂，一部分手工刷胶的方式。使用的机器人包括杜尔机器人和ABB机器人。在日常的生产运行中，机器人设备的故障率是整个喷漆车间的最高的。而机器人故障主要集中在工艺设备上，包括雾化器、换色阀、齿轮泵、混合器、旋转胶枪、3D胶枪、定量机等。这些总成件都是由各种零部件组成的，里面有很多易损件。当其中一个易损件损坏时，就会导致整个总成件失效。如果单独修复损坏件，涉及到拆装总成，需要比较长的维修时间。为了提高维修速度，我们在现场对很多总成件做了备用。当某个总成出现问题时，直接更换该总成件，之后在线下维修区，对该总成件进行维护，修复损坏的部分，之后将修复完成的总成件放回至线边柜，等待下次使用。由于不涉及到总成件拆装，只需要更换即可，这样就大大降低了维修时间。

对总成件进行线下维修完成后，可能存在操作上不规范，导致该总成件并未完全修复。此时，如果使用此总成件安装到现场，就会造成额外的停机。因此，我们制定了线下测试平台。在维修完总成件后，逐一到测试平台上测试，测试通过后再放置到线边备件柜，以确保修复过的总成件可靠。包括雾化器测试平台和旋转胶枪测试平台等。

喷漆机器人雾化器测试平台主要用于测试维护过的雾化器总成。由于雾化器内部空气、油漆和溶剂等通道构造复杂，多个阀组和接头交错安装。喷漆机器人雾化器测试平台由北京奔驰和durr联合开发，是针对雾化器各个空气、油漆和溶剂阀组进行泄漏检测的专用设备，工作时采用空气代替油漆和溶剂，对压力进行监控，基本上可以排除由于备件质量和人为疏漏导致的泄漏问题，可以有效避免质量问题出现，杜绝二次维修的现象。

图2 现场备用总成

密封胶机器人旋转胶枪测试平台主要用于测试旋转胶枪总成件。该设备使用时转速高达21000r/min，而且由于偏心结构的存在，维修保养时，安装或者轴承质量的问题都会很容易引起电机三相电流的增加，导致过流报警。由于德国厂商知识产权保护无法提供专用测试设备，因此喷漆维护团队首先针对旋转胶枪的机械结构、电气控制原理以及失效模式进行了深入解剖分析，独立开发出了一套专用测试系统。该测试平台与集成商杜尔和制造商SCA公司在现场应用的系统不尽一样，采用西门子PLC进行控制，并对控制器的控制逐一进行功能验证，并根据现场使用工艺要求对旋转胶枪进行编程控制。同时与德国不莱梅工厂进行沟通交流，采取一致的检验标准对维修的胶枪备件质量进行评估。

目前，两个项目已经全部完成投入使用，雾化器测试平台有效地防止了备件泄漏的发生，既保证了工艺质量，又避免了二次停线。使用测试平台后，再未发生雾化器泄漏问题。旋转胶枪测试平台基于电流和转速对维修质量进行评价和考核，目前备件维修质量得到了极大改善，降低了返修成本，每年节约费用约16万元。

图3 雾化器测试平台

图4 雾化器测试平台测试结果

图5 旋转胶枪测试平台

图6 旋转胶枪测试平台测量结果

2.3 快速维修之—备用方案

总装车间作为汽车四大工艺的最后一道工艺，承担了汽车的最后装配工作。由于总装车间的特点所限，其对于设备停机的敏感度非常高，而现有总装车间的设备有效率目标为98%，且到2020年的目标将达到99%，换句话说全车间每个班次（按7.25小时的实际工作时间计算）允许的设备故障导致的停机时间为7.25×60×（100%-98%）=8.7min；而车间所有设备设计的设备的有效率为单台98.5%，为了达到综合98%和99%的设备有效率目标，除了通过预防性维修（Preventive Maintenance）和预测性维修（Predictive Maintenance）来降低设备故障率外，当设备发生故障以后对于关键工位和关键设备需要有备用的方案来保证生产线的继续运行。通过对现场工艺设备的分析我们将备用方案分成四种情况来考虑，如图7所示。

图7 备份策略

（1）手动备份。对于用于安装体积小，质量较轻零件的设备通常采用人工手动安装的备用方案，与生产部门，规划部门一起制定及演练其备用方案，确保设备故障后生产线能继续运行，如电池安装助力机械臂，天窗排序助力机械臂等设备。

（2）要增加额外设备。对于所安装零件体积或质量较大的关键设备需要考虑增加额外的备用设备，用于满足设备故障后的生产运行需求，如仪表安装机械臂，前桥安装机械臂等设备。

（3）满节拍备份。对于专业的关键工艺设备来说，由于设备故障会直接造成生产停产，故采用双备份的方式来确保生产正常运行，如整车标签打印机，VIN划刻机等设备。

（4）制定应急操作流程。对于现场已经有多台设备来满足生产的情况，如组合加注机，涂胶机等设备，通过对生产工艺及现场操作进行深入的分析从而制定出单台设备发生故障后的应急操作流程。

如图8所示，MRA1总装车间的组合加注机共有4台设备同时工作来满足43.5JPH的工作节拍，如果其中一台设备发生故障就会导致设备跟不上生产节拍。通过对设备整个工艺流程的时间的分析，我们发现整个加注流程可以分为两部分：（1）设备运行时间；（2）设备工艺操作流程。设备运行时间为设备行走和升降时间，优化空间几乎没有。

设备工艺操作流程，经过分析发现其包含3部分时间：（1）加注准备时间；（2）实际加注时间；（3）加注完成后收尾时间。其中实际加注时间为真正的往设备中加注液体的时间，而加注准备时间和加注完成后收尾时间主要取决于操作人员的操作，经过观察发现可以通过调整及增加操作人员来缩短这两部分的时间，从而整个加注时间可以从287s降低到244s。

如图9所示，MRA1总装车间内饰1线在22工位,26工位和32工位共有3台天窗涂胶机，其功能分别为205车型M1，213车型M1及M2，205车型M2的天窗涂胶功能。由于不同车型的天窗模块尺寸，胶型轨迹等均不一致，导致3台涂胶机不能互相备份。通过对三台涂胶机出入口台的机械调整并添加涂胶程序使得22工位和26工位的M1模块互为备份，26工位的M2与32工位互为备份，从而实现现有设备的备用。

2.4 快速维修之—专用工具

图8 组合加注机的应急操作方案

图9 涂胶机备用方案

针对不同设备的故障点，判断出故障点后，一般需要更换损坏件来恢复设备运行。此时，合适的工具就能够起到事半功倍的效果。结合快速维修的特点，针对不同设备很多专用工具，用于提高维修速度。已喷漆车间为例。喷漆车间最难更换的备件要数ASU的送风风机。这个风机由3部分组成，电机、叶轮和基座。叶轮和基座基本不会损坏，一般损坏点是电机。由于现场的风机种类繁多，无法对每种风机购买备件，而是只备用电机。当电机损坏时，需要将风机整体拆下，将电机、叶轮、基座分开，然后将备用电机和叶轮基座组装，安装到现场。由于电机叶轮长时间运行，导致轴孔配合处有部分粘连，很难分离。因此，我们只做了液压顶板。将固定板链接到叶轮上，液压千斤顶位于电机轴端与固定板之间，通过液压千斤顶的动作，将固定板逐渐远离电机轴，从而将叶轮从电机上脱离。使用该工具拆卸叶轮的时间可降低2h以上（图10）。

图10 ASU风机拆卸工具

2.5 快速维修之—线边备件

设备的每一次停机都需要进行备件的更换，而备件的精细化管理必然造成取用备件流程复杂，耽误部分时间影响停机工时。根据现场实际情况分析，发现备件的准备时间对于故障处理时间特别是对于小故障的处理影响特别明显。根据这个问题，我们提出了线边备件的管理模式，在原有系统的基础上，增加高频更换件的线边备件管理模式，简化应急备件的处理流程，做到快而不乱。

以总装车间为例，总装车间的备件都是在备件库房集中管理，但是由于库房通常离现场有一定距离，且库房领用备件有一套标准流程，这些都会导致备件的准备时间较长。根据以往经验，通常本地库房有备件的情况下，备件的准备时间约为10～15min，本地库房没有备件的情况下大约需要15～30min不等的时间。针对备件准备时间长的问题，我们制定了一个线边备件库的策略，其原则就是将常用备件及关键备件准备1～2件放到设备线边存储管理，这样可以大大缩短备件的准备时间，实际运行过程中发现可以将备件的准备时间降低到5min左右。

图11 备件出库流程

图12 线边备件管理流程

3 项目成果

自2017年年初项目实施以来，北京奔驰通过创新性的引入快速维修理念，有效弥补了企业设备维修结构化流程化带来的问题，为公司的设备停机率的降低和大停机的次数的减少做出了巨大贡献。通过对关键节点采取有效措施，有力的保障了公司走向卓越2020的推进实施，在车间效率提升和生产技术支持两个方面成果显著。团队发挥维护部门的自身特点，以设备停机快速解决为出发点，通过借鉴F1赛车快速维修的方式方法，对传统维修模式做出改进，定制快速故障维修小车针对高频故障；制定专用工具、备用方案应对特定的停机；优化现有备件管理模式，缩减备件；推进实施离线维修模式，节约线上维修时间。同时在故障处理的整个过程中，带来了F1理念的高度的精确性和协调性，增强了团队合作意识、沟通意识，间接促成了高效、团结团队的建成。

通过对比2018年与2017年1～6月份的停机数据，对每项停机做出对比，发现各个车间的停机数量比以前更少，部门同样的故障处理时间呈几何级下降，表1为具体的各车间统计通过引入新方法节约的维修时间及停机次数，其经济价值如果按照时间估算，对公司意义重大。

图13 线边备件柜

表1 2018年1～6月份停机率和停机次数取得成果