一种典型汽车车身多品种柔性生产线车型切换效率提升方案

黄敏鸫、陈强、史敏

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州 545007）

1 引言

当前，随着科技的发展，市场竞争越来越激烈，汽车新产品的更新换代不可避免越来越快。传统大批量、单一化的车辆生产方式对汽车生产企业来说，已经无法满足生产场地、设备投资等逐渐增加的需求。国外一些先进的汽车生产企业，在焊装生产线柔性化方面已经有了较为完善的实现方式，国内各大车企也已开始探讨适合的柔性化焊装生产模式。随之，多品种高柔性车身生产线在各车企中陆续出现，它实现了不同车型在同一生产线进行生产的要求。

同平台车型的生产线导入，因汽车底盘基本一致，往往大部分工装设备可以做到共用，只需开发部分专用工装；不同平台车型，现有生产线的工装设备、机器人在柔性线中也可实现最大化利用。柔性车身线在降低生产成本的同时很好地解决了场地等问题，极大增强了企业的核心竞争力。车型间工装设备的反复切换，是柔性车身线日常生产中必不可缺的部分，但是切换时间的长短，往往直接影响车间的产能输出。因此，如何提升车型切换效率，已成为各大车企重点关注的问题之一。

2 车型切换

柔性车身生产线的车型切换即工装设备的切换，主要包含焊接定位工装切换，如补焊台等；线旁工装切换，如精确料框等；下车体输送定位工装切换以及抓手切换等。焊接定位工装、线旁工装，一般由人工通过推拉方式进行切换；抓手由人工通过调用电控程序切换至抓手放置台。下车体输送定位工装（随行夹具）一般含有4 组定位单元，前/后两组定位销、中间两组定位支撑，其切换方式分为翻转切换和插拔切换两种。根据有无夹具库，下车体输送定位工装切换方式如表1所示。

表1 下车体输送定位工装切换方式

下车体输送定位工装切换如图1所示。若同一组随行夹具上的2 个车型A 与B 间切换，只涉及翻转切换。不同随行夹具上的车型切换，如由A 车型切换至C 车型，涉及拔插切换，由机器人从夹具库中抓取定位单元放置于滑撬上，并通过机械自锁机构进行精确定位。若切换后，随行夹具的工作状态为D 车型，则需再进行一次翻转切换转为C 车型。具体切换形式需根据车身车间单日所生产的车型来确定。

图1 下车体输送定位工装切换示例

3 车型切换周期分析

汽车车身焊装生产线是白车身全部形成工位的总称。根据所生产零部件的不同，焊装生产线一般分为6 大区域，分别为车架生产区域、侧围生产区域、主线装配焊接区域、白车身焊点补焊区域、门盖生产区域和门盖/翼子板装调区域。不同生产企业，对各部分区域的称呼存在差异。

以某公司某条车身生产线为例，其大致布局如图2所示。供应商零件及厂内冲压自制件送至车身车间后，依次经过前车体线、侧围线、车身主线、补焊线和调整线/门盖线，最终完成白车身的焊接及装配。

图2 车身线布局图

该车身生产线前车体为手工焊接线，由人工通过焊钳完成前车体总成的焊接。主线及侧围线为柔性机器人焊接线，由机器人代替人工完成分总成的焊接工作。门盖线为手工焊接门内板，内、外板合门后，采用机器人进行滚边。补焊、调整线为常规传统线体，补焊线对前道工序遗留或无法焊接的焊点进行补焊，调整线完成门盖/翼子板的装调。

以补焊线之前，下车体输送定位工装在同一随行夹具上的车型切换为例。A 车型与B 车型的生产净节拍均为40.0JPH（每小时生产40 台白车身），切换周期统计如图3所示。

图3 车型切换周期统计

前车体为一个独立区域，其各工位之间互不影响，线旁空间较充足，可提前进行现有总成的生产存储。待新车型切换开始后，可边切换边往车身主线输送前车体总成。

车身主线分为下车体和总拼两大区域。下车体区域共10个工位，电控程序设计上分为2 个区：UB10～40 为一区，UB50～100 为二区；总拼区域共8 个工位，电控程序设计上同样分2 个区：MB10～40 为一区，MB50～80 为二区。根据主线的现状，车型切换过程中，需待A 车型最后1 台车出下车体线UB40 后，方可开始进行B 车型UB10～40 的工装夹具切换；待A 车型最后一台车出UB100 后，进行B 车型UB50～100 的工装切换；总拼区域依此类推。

经生产统计，从B 车型的前车体工装开始切换，到缓存的A车型最后一台前车体总成上主线并输送至UB50，此过程累计过线约13 台A 车型前车体总成，用时20 min。下车体UB10～40间的工装切换需求时间为20 min；结合产线节拍，B 车型从UB10～MB10 需15 min。进而前车体工装开始切换后55 min，B 车型到达主线MB10 工位。

侧围区域因产线本身原因，程序上暂未分区。侧围总成通过空中平台输送到主线MB10 区域，故需待A 车型最后一套侧围总成到总拼线MB10 后，开始切换B 车型工装夹具。此过程共计过线约20 套A 车型侧围总成，用时约30 min。根据生产过程多次切换的结果，侧围工装开始切换至完成，整个过程需35 min。侧围区域开始生产B 车型的侧围总成，至第1 套侧围总成到达主线MB10 工位，用时15 min。前车体工装开始切换后80 min，B车型侧围到达主线MB10 工位。

B 车型第一台白车身下主线，随行夹具全部完成切换的整个过程约92 min。此期间累计下线A 车型约28 台，节拍18.3JPH。通过上述周期分析，发现影响生产线切换效率的问题主要有3 个方面：①下车体UB10～40 的切换周期较长，约20 min ；②侧围工装切换周期较长，约35 min；③A 车型与B 车型之间切换存在25 min 的等待浪费；侧围切换慢，与主线切换不匹配。

4 方案设计及应用

下车体UB10～40 及侧围工装切换周期长，可以通过适当增加切换人员等方式进行改善。现主要针对第3 个问题，切换过程中存在等待浪费，以及侧围总成供应与主线需求不平衡，进行分析和设计优化。

经过组织专业工程师及车间人员多次现场实地考察及讨论，发现原侧围线未进行电控程序上的分区，导致无法分区域开展切换工作。同时受限于场地，不能有效进行侧围总成的线下缓存。最终确认从以下两个方面进行改善。

（1）对现有电控程序进行优化，增加分区功能，侧围10～20 工位为一区，30～50 工位为二区 。消除一区与二区间的相互影响，在后续切换过程中，提前开展一区的切换工作。

（2）延长侧围总成上线的2 层平台滑移轨道，同步对侧围总成上/下线葫芦轨道进行改造，进而增加手工上/下线功能。同时，扩大侧围总成上线二层钢平台空间（根据现场勘察情况，扩展面积约100 m），增加侧围总成缓存空间（图4）。

图4 改进方案示意图

基于低成本高价值理念，上述所涉及的改造内容，由车身车间工程师、生产维修及工段员工主导实施，供应商配合，最大限度地降低改造成本。

改造完成后，车间班组员工可利用平时吃饭、周末停产等时间完成左/右侧围总成各15～20 件缓存。改造后的车型切换周期如图5所示。由于现场已缓存部分A 车型侧围总成，B 车型侧围工装切换可在B 车型前车体工装开始切换后5 min 左右进行。根据工装切换周期及产线生产节拍，确保B 车型切换开始后55 min 侧围总成到达MB10，消除B 车型在MB10 不必要的等待，实现侧围总成 供应与主线需求同步。A、B 两个车型的整个切换过程可在67 min 内完成，缩短25 min。下线车型不变的前提下，节拍从18.3JPH 提升至25JPH，切换效率提升27% 。

图5 改造后车型切换周期分析

该柔性生产线上其他车型间的相互切换，因各车型生产节拍不同等因素，导致整个切换周期可能存在差异性。但是切换效率在改造后普遍提升20%以上，很好地提升了产线的产能输出。

5 结束语

柔性车身生产线车型切换，基于产线结构、生产环境的不同，影响切换效率的因素也存在差异。本文针对产线切换过程中实际存在的问题，着眼于因侧围线与主线间切换节拍不同而导致的等待浪费，从软硬件两方面对切换慢的侧围线进行改善。通过程序上增加分区，建立缓冲区域进行侧围总成缓存，减少及消除时间上的不匹配浪费，提高车型间切换效率。