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基于汽車總裝生產(chǎn)線規(guī)劃與設(shè)計(jì)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)參數(shù)定義、設(shè)備選型、布局規(guī)劃方面對(duì)汽車總裝生產(chǎn)線的規(guī)劃與設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)分析。特別是對(duì)投資、生產(chǎn)、物流影響較大的因素，如工位數(shù)量、工位節(jié)距、產(chǎn)線寬度、緩存數(shù)量、設(shè)備選型、布局方案也給出了較為詳細(xì)的理論計(jì)算方法和選用依據(jù)。最后還對(duì)新能源汽車總裝生產(chǎn)線規(guī)劃的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，分析了不同于傳統(tǒng)汽車的裝配工藝對(duì)產(chǎn)線規(guī)劃的影響，從而更好地指導(dǎo)相關(guān)工作開展。
汽車生產(chǎn)線規(guī)劃是連接汽車設(shè)計(jì)和汽車制造的重要紐帶。如何滿足當(dāng)前在產(chǎn)車型及將來可能導(dǎo)入車型的批量化生產(chǎn)要求，使總裝生產(chǎn)線在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，具有盡可能大的柔性和適應(yīng)性[1]，是總裝生產(chǎn)線規(guī)劃時(shí)應(yīng)當(dāng)予以重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容?？紤]到乘用車和商用車在制造工藝上的差異性較大，重點(diǎn)研究乘用車總裝生產(chǎn)線的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，主要從設(shè)計(jì)參數(shù)定義、設(shè)備選型、布局規(guī)劃方面進(jìn)行探討。 2.1 設(shè)計(jì)輸入資料生產(chǎn)綱領(lǐng)是進(jìn)行總裝生產(chǎn)線規(guī)劃的重要技術(shù)參數(shù)之一，通常以雙班制生產(chǎn)的年產(chǎn)能表示，例如雙班30 萬輛/年。廠房面積、生產(chǎn)線布局、工藝設(shè)備選擇、投資總額等均與生產(chǎn)綱領(lǐng)直接相關(guān)。不論是新建工廠還是已有工廠改造，都應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注現(xiàn)有條件能否滿足以及如何滿足生產(chǎn)綱領(lǐng)要求，綜合權(quán)衡投入與產(chǎn)出。2.1.2 生產(chǎn)班制和生產(chǎn)天數(shù)生產(chǎn)班制包含兩方面的內(nèi)容，每天生產(chǎn)班次和每班有效工作時(shí)間。每天生產(chǎn)班次可能為單班、雙班或者三班；每班有效工作時(shí)間和國家政策、企業(yè)制度有關(guān)，該時(shí)間應(yīng)為除去就餐和休息的凈工作時(shí)間。生產(chǎn)天數(shù)則是指全年凈生產(chǎn)天數(shù)，規(guī)劃時(shí)應(yīng)結(jié)合企業(yè)的具體制度確定，一般可按250 天/年或300 天/年考慮。生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)班制和生產(chǎn)天數(shù)一起共同決定了總裝生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)生產(chǎn)節(jié)拍。因此，在進(jìn)行總裝生產(chǎn)線的規(guī)劃前，應(yīng)當(dāng)獲取比較準(zhǔn)確的生產(chǎn)班制和生產(chǎn)天數(shù)信息。在生產(chǎn)線規(guī)劃階段，車型定義需要明確兩方面的內(nèi)容，分別是計(jì)劃導(dǎo)入的車型和各車型的技術(shù)參數(shù)。由于計(jì)劃導(dǎo)入的車型數(shù)量多少、是否屬于同一平臺(tái)、不同車型間的技術(shù)參數(shù)（尺寸、質(zhì)量）差異對(duì)總裝生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃、物流、投資總額影響很大，因此應(yīng)當(dāng)盡可能全面、準(zhǔn)確地收集計(jì)劃導(dǎo)入車型的相關(guān)技術(shù)資料。不論是新建工廠進(jìn)行新車型生產(chǎn)還是將新車型導(dǎo)入老工廠進(jìn)行生產(chǎn)，工藝方案都是進(jìn)行總裝生產(chǎn)線規(guī)劃、建設(shè)和改造的重要依據(jù)。總裝各工藝段輸送設(shè)備選型、工藝設(shè)備選型、各工藝段工位數(shù)量設(shè)置、總裝車間其它生產(chǎn)設(shè)施布局、投資總額均與工藝方案息息相關(guān)。任何工藝方案的變更，均可能導(dǎo)致上述內(nèi)容的改變，從而影響相關(guān)工作。在進(jìn)行規(guī)劃工作前，應(yīng)收集較為詳細(xì)和準(zhǔn)確的工藝方案。廠區(qū)規(guī)劃總圖也是需要收集的重要技術(shù)性文件之一，這是因?yàn)閺S區(qū)內(nèi)的各個(gè)車間并不是獨(dú)立存在的，而是存在人流、物流、信息流、能量流的交互，廠區(qū)規(guī)劃總圖能夠比較全面且形象地反應(yīng)這種交互關(guān)系，對(duì)于總裝生產(chǎn)線的合理規(guī)劃具有重要意義。在進(jìn)行總裝生產(chǎn)線規(guī)劃時(shí)，應(yīng)當(dāng)著重關(guān)注與總裝生產(chǎn)過程相關(guān)的各車間位置及廠區(qū)內(nèi)的物流條件。2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)定義根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)班制確定生產(chǎn)節(jié)拍，生產(chǎn)節(jié)拍的計(jì)算公式如下。式中，TT 為生產(chǎn)節(jié)拍（JPH）；AP 為生產(chǎn)綱領(lǐng)（輛/年）；n 為生產(chǎn)班制（班/天）；t 為每班有效工時(shí)（小時(shí)/班）；D為年工作天數(shù)（天/年）；μ為設(shè)備綜合開動(dòng)率，一般取95%～97%。例如，生產(chǎn)綱領(lǐng)為300000 輛/年，生產(chǎn)班制為雙班，每班有效工作時(shí)間9 h，每年工作天數(shù)300天，設(shè)備綜合開動(dòng)率95%，則根據(jù)上式可得生產(chǎn)節(jié)拍為58.48 JPH，規(guī)劃時(shí)可向上圓整為60 JPH。工位數(shù)量的計(jì)算受多種因素影響，應(yīng)從供貨狀態(tài)、機(jī)器人應(yīng)用、混線生產(chǎn)、新能源汽車裝配工藝、車型擴(kuò)展預(yù)留、檢查及返工預(yù)留方面綜合考慮，使得規(guī)劃結(jié)果能夠滿足當(dāng)下及未來一段時(shí)間的需求。a.供貨狀態(tài)。采用模塊化供貨可以減少主線工位數(shù)量[2]，如電控系統(tǒng)、動(dòng)力總成、前端模塊、儀表、車門、前后保險(xiǎn)杠等均采用模塊化上線，則對(duì)應(yīng)的工藝段工位數(shù)量相比傳統(tǒng)方式可相應(yīng)減少。b.機(jī)器人應(yīng)用。采用機(jī)器人自動(dòng)化裝配的，工位數(shù)量應(yīng)適當(dāng)增加，如果有一些部件考慮后期機(jī)器人自動(dòng)化裝配的，還應(yīng)做工位預(yù)留便于改造。以60 JPH 生產(chǎn)線為例，機(jī)器人自動(dòng)化裝配工作站通常需占用3～3.5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距工位。c.混線生產(chǎn)?；炀€生產(chǎn)的車型種類越多、平臺(tái)差異化程度越大，一般意味著線平衡度也越差，在工位數(shù)量規(guī)劃時(shí)，應(yīng)做適當(dāng)預(yù)留，滿足所需工時(shí)最長車型的需求。d.新能源汽車裝配工藝。對(duì)于新能源車型，如果不采用電池包和底盤整體合裝工藝，則應(yīng)單獨(dú)規(guī)劃電池包合裝工位，以60 JPH 生產(chǎn)線為例，通常需占用6～7 個(gè)工位。e.車型擴(kuò)展預(yù)留。一條生產(chǎn)線建成往往要使用10年以上的時(shí)間，應(yīng)考慮未來新車型導(dǎo)入的工位需求，根據(jù)生產(chǎn)線節(jié)拍不同一般可按5%～10%做適當(dāng)預(yù)留。f.檢查及返工預(yù)留。根據(jù)各工藝段裝配內(nèi)容和過程質(zhì)量檢查要求，還應(yīng)設(shè)置一定比例的檢查或返工工位，比例占單條輸送線工位數(shù)的5%～10%，規(guī)劃時(shí)可結(jié)合生產(chǎn)線節(jié)拍酌情預(yù)留。在綜合考慮上述因素后，應(yīng)對(duì)工位數(shù)量進(jìn)行理論計(jì)算，并結(jié)合車型擴(kuò)展、檢查返工預(yù)留得到實(shí)際工位數(shù)量。工位數(shù)量N可由各工藝段標(biāo)準(zhǔn)操作工時(shí)、平均工位密度、人員負(fù)荷率、生產(chǎn)節(jié)拍參數(shù)進(jìn)行估算，其計(jì)算公式如下。式中，N為理論工位數(shù)；ST為各工藝段標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)工時(shí)（分鐘）；C為平均工位密度；η為人員負(fù)荷率，與混線生產(chǎn)車型數(shù)量有關(guān)，一般可取80～90%；CT 為生產(chǎn)節(jié)拍（秒）。各工藝段的工位密度可按如下經(jīng)驗(yàn)值估算：內(nèi)飾線1.8～2.2，底盤線1.0～1.8，最終線1.5～2.0；車門分裝線1.0～2.0，儀表分裝線1.0，前副車架分裝線1.0～1.8，動(dòng)力總成分裝線1.0～1.5，后副車架分裝線1.0～1.5[3]。例如，內(nèi)飾線標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)工時(shí)100 min，平均工位密度1.8，人員負(fù)荷率85%，生產(chǎn)節(jié)拍60 JPH，則根據(jù)上式可得理論工位數(shù)為65.36 個(gè)，規(guī)劃時(shí)應(yīng)向上圓整為66 個(gè)。此外，應(yīng)在理論工位數(shù)的基礎(chǔ)上增加6～12 個(gè)工位用于車型擴(kuò)展和檢查返修，則總工位數(shù)可取72～88 個(gè)。影響工位節(jié)距的因素較多，應(yīng)當(dāng)從人員操作便利性、車型（部件）尺寸、設(shè)備安裝空間方面綜合考慮。a.操作便利性。各工位操作人員移動(dòng)不受影響、零部件取放不受影響、且便于使用工具進(jìn)行操作。b.車型（部件）尺寸。對(duì)于主線而言，一般以計(jì)劃投產(chǎn)車型的最大長度為基準(zhǔn)，如果在某個(gè)工藝段需要打開后背門進(jìn)行裝配作業(yè)，則該工藝段則應(yīng)以后背門打開時(shí)的最大長度為準(zhǔn)。對(duì)于輔線而言，則主要考慮需要分裝的零部件最大尺寸。c.集配小車放置空間。采用集配小車配送零部件的工藝段，還應(yīng)預(yù)留集配小車放置空間。d.機(jī)械臂和機(jī)器人空間。對(duì)于需要采用機(jī)械臂輔助安裝和機(jī)器人自動(dòng)安裝的工位，應(yīng)當(dāng)預(yù)留充足的設(shè)備安裝空間及人員或機(jī)器作業(yè)空間。綜合來看，工位節(jié)距的設(shè)置應(yīng)在預(yù)留足夠空間的情況下盡可能地短，從而控制投資。一般可在最大車型長度的基礎(chǔ)上預(yù)留1.0～1.5 m的操作空間即可。產(chǎn)線寬度定義需要考慮產(chǎn)品尺寸、載具尺寸、人員操作空間、物料堆放空間、設(shè)備安裝空間、物流通道、參觀通道、安全距離諸多因素（圖1）。對(duì)于總裝車間主線而言，一般情況下整車寬度按2.0 m 規(guī)劃、人員操作空間按1.0 m 規(guī)劃、線邊物料堆放區(qū)域按2.0～2.5 m 規(guī)劃、物流通道按3.0～4.0 m 規(guī)劃、參觀通道按1.0 m 規(guī)劃。對(duì)于機(jī)器人自動(dòng)安裝作業(yè)的區(qū)域應(yīng)特殊考慮，預(yù)留充足的設(shè)備安裝空間。總裝車間的主線寬度可按下述經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)劃。a. 車身存儲(chǔ)線（Painted Body Store,PBS）。根據(jù)PBS 粗排、精排數(shù)量設(shè)置車身存儲(chǔ)短、快速輸送段、空橇返回段。帶車身的PBS 線輸送設(shè)備間距按照2.8～3.0 m 考慮（車身寬度2.0 m、維修通道0.8～1.0 m）。b.內(nèi)飾線和最終線。由于內(nèi)飾線和最終線需要布置車門升降機(jī)，通常這兩個(gè)工藝段的裝配區(qū)域?qū)挾劝?.0～11.0 m 規(guī)劃。物流通道在不使用SPS小車配送的情況下按照4.0 m 規(guī)劃，在使用SPS 小車配送時(shí)可酌情按3.0～3.5 m 規(guī)劃。c.底盤線。底盤線裝配區(qū)域?qū)挾纫话惆?.0～10.0m 規(guī)劃，物流通道一般按照4.0 m 規(guī)劃。d.調(diào)整線（OK 線）。OK 線需要裝配的零部件較少，線邊物料堆放區(qū)域可適當(dāng)小一些，裝配區(qū)域?qū)挾纫话惆?.0 m 規(guī)劃，物流通道一般按4.0 m規(guī)劃。裝配工位滿足了總裝生產(chǎn)線基本的生產(chǎn)作業(yè)需求，但是為了滿足生產(chǎn)排產(chǎn)以及突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)，在總裝各線體需要設(shè)置一定數(shù)量的緩存。緩存數(shù)量一般以緩存時(shí)間為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。不同企業(yè)對(duì)PBS 緩存數(shù)量需求存在差異，一般情況下，PBS 粗排區(qū)和精排區(qū)可各預(yù)留1.5～2 h 的緩存量，對(duì)于采用彩車身庫的情況，可不設(shè)置PBS粗排區(qū)。其余工藝段各輸送線間的緩存數(shù)量可按預(yù)設(shè)的停線維修時(shí)間計(jì)算得到。例如，對(duì)于60 JPH的生產(chǎn)線，假如預(yù)設(shè)的內(nèi)飾線停線維修時(shí)間為10 min，則內(nèi)飾1 線到內(nèi)飾2 線之間的緩存數(shù)量因?yàn)?0 個(gè)。3.1 選型依據(jù)3.1.1 生產(chǎn)適用原則總裝生產(chǎn)線輸送設(shè)備的選型應(yīng)當(dāng)與本企業(yè)的產(chǎn)品特性、生產(chǎn)規(guī)模、組織管理方式相適應(yīng)，如此才能發(fā)揮其最大效能。考慮到總裝車間設(shè)備投資巨大、使用年限較長，在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選技術(shù)成熟可靠、性能指標(biāo)先進(jìn)的輸送技術(shù)，以利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命和提高投資效益。由于設(shè)備購入成本只是汽車制造成本中的一個(gè)部分，因而在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)產(chǎn)能或銷售預(yù)測、產(chǎn)品定位、銷售價(jià)格因素，綜合考慮設(shè)備的全生命周期成本，包括購入成本、使用期成本、設(shè)備殘值。3.2 設(shè)備選型目前，在汽車總裝輸送領(lǐng)域常用的設(shè)備形式有輥床線、柔性驅(qū)動(dòng)輸送系統(tǒng)（Flexible Drive System,FDS）、電動(dòng)單軌輸送系統(tǒng)（Electrified Monorail Sys?tem, EMS）、滑板線、板鏈線、輥道線、滾筒線、倍速鏈、自動(dòng)導(dǎo)引小車（Automated Guided Vehicle,AGV）輸送系統(tǒng)等[4]。參考當(dāng)前主流技術(shù)、造價(jià)及主流車企的應(yīng)用情況，總裝輸送設(shè)備選型可參考表1。表1 輸送設(shè)備選型參考汽車產(chǎn)品生產(chǎn)是一種大批量的、高標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)過程，因而其生產(chǎn)設(shè)施通常都采用產(chǎn)品導(dǎo)向布置，即根據(jù)產(chǎn)品制造的步驟來安排設(shè)備或工作過程的布置方式，也稱為裝配線式布置。產(chǎn)品導(dǎo)向布置的優(yōu)點(diǎn)是單位產(chǎn)品的可變成本低、物料處理成本低、存貨少，對(duì)勞動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)要求低；缺點(diǎn)是投資巨大，產(chǎn)品彈性小，一處停產(chǎn)將影響整條生產(chǎn)線。4.1 布局規(guī)劃應(yīng)考慮的因素4.1.1 工藝性生產(chǎn)線的布局應(yīng)當(dāng)首先滿足產(chǎn)品生產(chǎn)工藝過程的要求，對(duì)于包括總裝車間在內(nèi)的整個(gè)工廠而言，就是工藝流程順暢、在制品流轉(zhuǎn)便捷，各零部件在車間之間和車間內(nèi)的流轉(zhuǎn)距離盡可能短，避免迂回和往返運(yùn)輸。4.1.2 物流便捷總裝生產(chǎn)的所有零部件均來自車間外部，應(yīng)充分考慮各生產(chǎn)設(shè)施間的相對(duì)位置，盡量使較大、較重零部件的物流距離盡可能地短，相互之間存在物料流動(dòng)的生產(chǎn)設(shè)施盡可能靠近，從而降低物流負(fù)擔(dān)和成本。柔性化可以從兩個(gè)方面來考慮：第一，生產(chǎn)線本身可以通過一次規(guī)劃、分期實(shí)施的形式提升產(chǎn)能或改造，如需對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行改造，則盡量通過少停產(chǎn)甚至不停產(chǎn)的方式進(jìn)行改造；第二，生產(chǎn)線可以兼容多產(chǎn)品共線生產(chǎn)，包括已有產(chǎn)品生產(chǎn)和新產(chǎn)品導(dǎo)入等。因此，在進(jìn)行規(guī)劃是就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行充分預(yù)測考慮未來的可改造性、易改造性。生產(chǎn)線的布局將在很大程度上影響所要占用的空間大小、所需要的設(shè)備種類及數(shù)量、存貨水平，從而影響投資總額。如果是對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)線進(jìn)行改造，則更需要考慮所需投資和可能取得的收益相比是否合算。生產(chǎn)線的布局還應(yīng)考慮有利于安全生產(chǎn)、有利于職工身心健康，如易燃易爆品的存儲(chǔ)應(yīng)遠(yuǎn)離人員密集區(qū)域，并配有安全防范措施。應(yīng)設(shè)置足夠的消防安全設(shè)施、環(huán)保設(shè)施。規(guī)劃常用的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)見表2。表2 規(guī)劃常用國家標(biāo)準(zhǔn)4.2 常見布局方案總裝裝配工藝主線，按照傳統(tǒng)模式為PBS 線、內(nèi)飾線、底盤線、最終線、OK 線、檢測線、淋雨線、報(bào)交線等。進(jìn)行總裝生產(chǎn)設(shè)置布置時(shí)，在考慮工位數(shù)量的前提下，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合總圖面積及形狀、涂裝車間的位置、外部物流走向、路試跑道位置、成品車庫位置多重因素進(jìn)行規(guī)劃。目前比較流行的布局方案有H 型布局、S 型布局、T 型布局、U 型布局[5]。H 型布局適用于車間長度方面無制約條件，可將內(nèi)飾及底盤、最終裝配線按照H 型兩邊布置；此種方案物流區(qū)可分為小件及大件暫存，物流配送將更加清晰順暢。S 型布局車間寬度方面要求較大。工藝區(qū)及物流區(qū)兩邊分開，物流要繞線配送，返回路線較長。目前，國內(nèi)企業(yè)多采用此種布局形式。T 型布局占地面積最大，適合產(chǎn)能較大、總裝面積充足的項(xiàng)目。通常是內(nèi)飾線及最終線布置在兩側(cè)，底盤線垂直于內(nèi)飾線及最終線布置于中間。此種方案物料配送是最方便最合理的。U 型布局適合產(chǎn)能較小的項(xiàng)目，或是在場地方面有嚴(yán)格限制的項(xiàng)目。5、新能源汽車生產(chǎn)線規(guī)劃特點(diǎn)受技術(shù)成熟度及政府政策引導(dǎo)因素影響，目前我國形成了以增程式混合動(dòng)力汽車、插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車為主的新能源汽車和傳統(tǒng)汽車同臺(tái)競技的新格局。因此在產(chǎn)線規(guī)劃時(shí)，應(yīng)充分考慮新能源汽車和傳統(tǒng)汽車的裝配工藝差異，并做出適應(yīng)性調(diào)整。總體而言，純電動(dòng)汽車由于結(jié)構(gòu)較為簡單，理想的方式是單獨(dú)建設(shè)生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)。而增程式混合動(dòng)力汽車和插電式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)燃油車更為復(fù)雜，從投資經(jīng)濟(jì)性角度考慮，更適宜和燃油車混線生產(chǎn)。根據(jù)新能源汽車的結(jié)構(gòu)特征，從電池合裝和底盤分裝兩個(gè)方面簡述混線生產(chǎn)模式下生產(chǎn)線規(guī)劃特點(diǎn)。5.1 電池合裝目前，電池合裝主要有整體合裝和單獨(dú)合裝兩種工藝路線。如采用電池和前后副車架總成一起整體合裝的方式，則生產(chǎn)線布局與傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)線類似，無需做大的調(diào)整。如采用電池單獨(dú)合裝的方式，常見的有兩種方案：其一，在底盤線增加電池合裝工位；其二，在底盤線和最終線之間增加電池合裝線專用于電池合裝。在規(guī)劃時(shí)，可根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)及投資預(yù)算綜合權(quán)衡選用。5.2 底盤分裝如果混線生產(chǎn)的車型種類較多，特別是燃油車和新能源汽車混線生產(chǎn)的情況，應(yīng)當(dāng)特別關(guān)注各類底盤分裝托盤的兼容性，如果無法兼容所有車型生產(chǎn)，在產(chǎn)線規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮采用托盤庫，以提高柔性。汽車是一種復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品，且近年來呈現(xiàn)出產(chǎn)品多樣化、換代快速化的特點(diǎn)。而生產(chǎn)線則一旦建成將長期使用，建造及改造成本均很大，因而如何使生產(chǎn)線滿足日新月異的市場需要、實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，是產(chǎn)線規(guī)劃應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)研究的問題。生產(chǎn)線規(guī)劃水平的高低將直接影響車輛的生產(chǎn)成本和效率，并在未來很長一段時(shí)間內(nèi)影響企業(yè)的生存與發(fā)展。
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