汽车发动机装配线作业分析及AGV 路径规划研究

陆 煜

（安徽巨一科技股份有限公司，合肥 230041）

近年来，我国社会经济飞速发展，促进了各行各业不断进步和创新。例如，人们的出行方式发生了很大变化，从20 世纪90 年代的自行车发展到现在的小轿车[1]。小轿车的需求量不断增加，这就需要汽车生产厂家提高其生产效率，以满足人们对汽车的需求[2]。为了提高生产效率，汽车企业积极采用自动化、大规模的装配生产线。本文研究现代生产制造企业的管理模式和生产情况，重点分析汽车制造企业的发动机装配生产线在实际运行过程中的现状和存在的问题，采用先进的管理技术，引入自动导引小车（Automated Guided Vehicle，AGV），有助于提升现代汽车发动机装配的效率，也有助于提高汽车的高效创新发展[3-4]。

1 发动机外装配车间现状与分析

以某公司的发动机外装配车间为研究对象，其装配车间平面布置如图1 所示。在长期的现场调研后，对现场车间的布局、设备情况以及该汽车发动机装配车间的生产流程进行了详细研究，可知发动机外装配车间主要由3 个部分组成。第1 部分，两条装配生产线。发动机的外装配在这个区域进行组装，且该部分的组装质量直接关系到发动机的品质。第2 部分，零件暂存区域。它的主要作用是发动机外装完成后，该部分存放有发动机外装需要的所有零部件、标准间。该区域涉及的零件进出库、补货都与整个流水线的发动机装配有直接关系。第3 部分，AGV 部分。AGV 在装配过程中进行运输，在运行过程中进行路径规划，有助于提升生产效率。通过对该企业的发动机外装配车间的长期观察发现，汽车发动机外装生产线使用的是国际先进设备，具有精度高、准确性强的优点，且在使用过程中能够充分保证发动机各个部分的品质。此外，装配线沿线安装有各种在线测量工具，能保证设备正常使用，也能够保证安装完成后的每台发动机都符合要求。同时，在汽车外装配车间的装配线上安装有检漏装置，能够对发动机的缸盖总成、半总成、发动机总成进行漏液试验，确保出厂时发动机的质量。

针对车间内日常工作过程中遇到的问题，发现其主要存在以下3 方面问题。

第一，汽车发动机外装配生产线在实际运行过程中流水线作业的作业顺序不规范。目前，企业发动机外装配生产线的作业是简单按照装配生产顺序进行排列，缺乏科学性和先进性。

第二，零件缓存区的主要作用是保证零部件与装配过程紧密衔接。但是，在实际操作过程中，缓存区的零部件存取依靠工作人员来完成，存在一定的随机性，造成在实际过程中可能会发生准备不充分、零件摆放不到位等情况。

第三，AGV 系统在实际工作管理过程中是不规范的，且小车在运行过程中经常出现不按实际工作轨迹运行的情况。此外，在AGV 的自动感应轨迹上，车间内部分路径轨迹已有一些破损，严重影响了AGV 的精度[5]。AGV 系统在路径设置上只连接了装配区和缓存区，未深入缓存区，导致缓存区内部需要工作人员完成其他工作，没有充分发挥其作用[6]。

2 装配生产线作业优化编程

现有的汽车发动机外装生产线是采用在装配线的一侧等距布置15 个工位，并且按照汽车发动机的外装顺序，由内到外、从上至下进行衔接[7-8]。它的工位布局图如图2 所示，采用“U”形装配线。

通过长期观察该流水线的工作人员发现，工作人员人均日生产数约为20 台。对装配线进行作业编程优化，优化后采取的工位布置方式是先将线束和水泵组件装配的工位分割为两个工位，再将总成试验泄露部分的工位分分割为两个部分，最后将装皮带张紧轮的工位分割为两个工位。分割后的工位布置采用方便哪个方向施工的原则进行布置，明显提升了工作人员的工作效率。统计分割工位后的工作效率可知，发动机外装配车间的人均日生产数为23 台，提高了3 台，凸显了瓶颈工位分割法在汽车外装配车间的优化效果，证明了其合理性和科学性。发动机装配生产线工位布局图如图3 所示。

3 AGV 系统路径优化

AGV 系统可在保证小车正常运行的情况下不使小车与障碍物发生碰撞。通过对小车的控制作业能够发现，它采取的是不断寻求一条连接各个节点的线且要求使其在整个过程中的行走距离最短。探究AGV系统的路径优化问题需要结合整个汽车外装配车间的生产线布置、车间的总体布局等方面[9-11]。AGV 系统流程图如图4 所示。

AGV 在该企业外装配生产线中的运行过程如下：

（1）AGV 空车状态一直运行至缓存区，然后在暂存区连接已经定位的零件运输车；

（2）AGV 连接好运输车后，按照相关设定顺序依次经过零件存放点，零件存放点的零件取用需由专人负责，将其摆放到AGV 上；

（3）AGV 将运输车悬挂输送到外装配车间，在装配车间内小车绕车间行走，在行走的过程中相关工作人员会拿走自身需要的零部件，从而实现对装配车间零部件的清空；

（4）当其完成所有零部件的清空后，AGV 将零件运输车输送至起点开始新的工作。

根据日常工作过程的观察发现，在日常的旅行商问题中，在AGV 路径搜索过程中直接搜索的是两个节点之间的最短路径，搜索完成后会直接朝着下一个节点行进，但是在两个节点之间往往会有流水线或者有障碍物的存在产生路径故障，因此需要在两个节点之间选择没有障碍物的路径行进。此时，根据“假设大距离绕行障碍物法”对AGV 进行路径规划，就能避免AGV 直接导引进入距离较近的直线路径。试验后发现，AGV 虽然算法上具备了绕行功能，但是在实际行动中没有识别绕行过程中的距离中间点，因此在导引小车两个节点之间需要AGV 寻找一个中间点实现绕行。在AGV 中间设置“添加中间节点法”，就可以使得小车在获得最大距离绕行指令后搜寻最近的节点，以此作为中间点再行进到下一个节点，从而解决了AGV 的绕行障碍物路径规划问题。实验验证证明，AGV 采用遗传算法，根据“大距离绕行障碍物法”和“添加中间点法”能够让AGV 很好地绕行障碍物，有助于AGV 在车间内更好地运输零部件。

4 结语

随着社会经济的发展，汽车行业为了满足人们的需求，必须不断加强技术创新。汽车发动机装配是汽车制造的核心工作，提升其制造效率对社会发展有着非常重要的作用。对某汽车制造公司发动机外装配车间的实际情况进行详细调研，发现其在装配生产线的布置方面和车间内使用的AGV 的路径上存在一定的问题。利用瓶颈工位分割方式对汽车发动机外装配车间的工位布置情况进行合理规划，然后AGV 采用遗传算法，根据“大距离绕行障碍物法”和“添加中间点法”能够让AGV 很好地绕行障碍物，有助于AGV 在车间内更好地运输零部件。改造后的汽车装配线取得了良好的应用效果，并且有效提升了发动机的单人日装配量，有助于促进汽车产业的发展。