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关于汽车座椅“四位一体”智能化生产模式的探究

2020-09-14 458 上传者：管理员

摘要：汽车座椅生产包含金属骨架、面套、泡沫和装配4个主要生产单元，主要论述实现4个生产单元的智能化生产模式。通过采用多区域立体化布局方案，实现4个生产单元的高效组合，同时利用先进的自动化装备与制造执行管理系统实现工艺流、物流与信息流间的交互与贯通，提高了设备和人员的效率，减少非直产人员，为智能制造的实现和推广做出有益探索。

关键词：
信息化
四位一体
智能制造
智能化
汽车工业
汽车座椅
自动化
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1、前言

随着“中国制造2025”的深入推进和汽车制造业生产模式的升级换代，作为汽车重要零部件的汽车座椅生产模式也需要打破传统生产模式即生产记录、信息传递、物料转运、质量检查都依靠人工完成，面对未来制造业人工成本压力和智能制造的大趋势，座椅生产模式必须进行创新，将先进的布局规划理念、智能化物流装备和信息化技术应用到座椅生产的金属骨架、面套、泡沫和总成装配4个单元中，使工艺流、物料流和信息流在生产过程中高效流动起来，全面提升厂房利用效率、设备效率、人员效率和运营利润。但在规划智能化生产时需要慎重考虑与评估经济效益，不要以追求智能化为唯一目的，而是要从制造过程中的问题入手，将智能化的装备和信息技术作为解决问题的一种手段[1]。真正做到借助自动化、信息化、智能化等技术，以产品质量提升为首位，实现降本增效，提高产品竞争力[2]。

2、合理优化的生产平面布局模式

座椅“四位一体”智能化生产模式采用4大布局类型（工艺布局类型、产品布局类型、混合布局类型和相关布局类型）中的混合布局类型，即工艺布局类型和产品布局类型的混合。其中金属骨架和装配生产单元是按照产品布局类型规划的，面套和泡沫是按照工艺布局类型进行规划。

在整体布局完成后，利用精益工厂布局的10大经济性原则（相邻原则、充分利用立体空间原则、统一原则、最短距离原则、物流顺畅原则、减少存货原则、便于信息流动原则、安全原则、环境美观原则、灵活机动原则）对所规划的方案进行优化和评分，10大经济性原则是评价一个生产平面规划是否成功的准则。座椅“四位一体”智能化生产模式通过10大经济性原则的优化实现了厂房地面、空间和生产设备的有效利用（空间利用率大于30%、道路资源占比小于20%、生产区域占比大于60%），降低生产成本且提高生产效率。例如将金属骨架、泡沫、护面和总成装配规划在相近区域，同时将后续新增项目所需的区域预留出来，这些符合了相邻原则和灵活机动原则。在空间利用方面，将面套、泡沫存储在生产线上方的二层区域，二者预装区域采用二层平台，使得厂区的整体空间利用率提升到35%（如图1、虚线表示空间被利用），同时总成装配区域的物料配送为地、空多维对接，进而使各个生产区域更加紧凑，这些符合了充分利用立体空间原则、最短距离原则和物流顺畅原则。评判多个方案优劣时采用10大经济性原则评分表进行打分（如表1），选择分数最高的方案进行实施。在整个项目前期规划研发阶段，利用FLEXSIM仿真软件对整体设计模式进行数据建模，在数字化工厂的虚拟环境中不断分析、验证和改进方案，大大提升了规划质量，减少了现实实施后调整工作所带来的损失，实现了虚拟和现实的有效结合[3]（图2）。

图1座椅“四位一体”规划平面

表1工厂平面布局10大经济性原则评分表

图2座椅“四位一体”智能化生产模式仿真

3、金属骨架的物流自动化模式

金属骨架是座椅的强度支撑部件，大体分为前座座垫、前座靠背的骨架（前座分为主司机和副司机）、后座座垫、后座靠背的骨架（后座骨架整体分为1/3座垫和靠背骨架、2/3座垫和靠背骨架）等类别（具体车型的骨架配置会有不同）。金属骨架生产商是按照类别进行单品种整箱配送，单箱质量约300kg，由于其质量大、种类多、占地面积大等因素，需要物料人员用叉车进行分类、人工进行分装和转运，耗费人员比较多。针对传统生产运行模式的弊端，研发设计了智能化辊道分类、存储装置（图3），实现叉车不在厂房内作业。智能化辊道装置分为入库辊道、存储辊道（满箱区/空箱区）、分装对接车等部分，整套装置实现了料箱的信息化射频识别、自动入库到相应的辊道、辊道与分装车无缝对接，并能按照总成装配单元需求进行排序配送。前座主司机座垫、前座主司机靠背、前座副司机座垫、前座副司机靠背、后座1/3和2/3座垫和靠背的骨架排好序的分装车由自动导引运输车完成骨架配送区与总成装配区之间的自动化转运，其中包含空箱的返回（图4）。AGV采用潜伏双向的模式，能减少转弯及掉头的占地面积，使空满物料器具的交换更加灵活，效率更高。实际生产中将自主品牌的金属骨架分为4大类进行存储，通过AGV转运实现金属骨架配送区与装配区的对接。

图3金属骨架辊道转运装置

图4潜伏式AGV转运

4、面套智能化输送、存储和分配系统

座椅面套是区分配置的主要部件之一，单个项目的配置可达几十种之多，鉴于缝纫单元会承担多个生产项目，所以在面套生产线的下件点会有很多品种，人工进行分类、转运、存储和配送的难度大且耗时耗力，而且还容易出现错误，影响整个生产节奏。在“四位一体”智能化生产模式中引入智能化积放链，实现面套智能化转运、分类、存储和配送。整套装置由上件机构、入库机构、存储轨道区域、出库机构、下件机构、空挂具缓存区和控制系统7部分组成（图5），其中上下件与出入库机构均采用电动传输，存储区域采用轨道倾斜25°设计，依靠挂具和面套本身的重力实现入库，积放链的上件点与面套产线的成品下件点无缝对接，面套上件规则是前座主司机座垫与靠背、前座副司机座垫与靠背的面套挂在一个挂具上、后座1/3、2/3座垫与靠背的面套挂在一个挂具上，各种配置区分由读码器读取挂具上的RFID来识别，并依靠仓储控制系统来管理整个存储库区，同时通过WCS与MES系统的协作，实现按照总成装配预装单元的需求进行点对点排序配送。自主品牌E系列、H系列的座椅面套可采用智能积放链实现自动入库、智能存储与分配，形成生产线、库区、使用点的无缝对接。

图5积放链整体布局与构成

5、泡沫立体化按需配送装置

泡沫质量是衡量座椅舒适性及内饰气味的重要因素，所以将生产区域和存储区域进行分开独立规划，一方面利于生产管理，另一方面有利于泡沫成品的气味散发和品质提升。泡沫生产的每个件均采用“喷涂反印二维码的方法”转印唯一身份码（图6），进而通过WCS管理泡沫库存量和出入库时间，同时确保泡沫的熟化周期。生产区与存储区间采用悬链进行传输，存储区与总成装配二层预装单元采用传输带进行泡沫的输送（图7），配送排序按照MES系统生产序列进行。推广“喷涂反印二维码方法”在自主品牌产品中使用，能跟踪每个泡沫件生产过程的工艺信息，提高泡沫质量控制能力。

图6喷涂反印二维码装置

6、物料到人的总成装配单元

总成装配单元包含二层预装区、一层装配区和发货区，整体实现了物料到人的理念，面套、泡沫分别通过积放链和传送带按照MES生产序列输送到二层预装平台上，由操作者完成面套与泡沫的卡接预装，预装完成的分总成通过传送带由二层传到一层装配线操作者所需工位。总成装配所需的散件物料盒由AGV与转接装置配合完成散件库区与装配线间的输送（图8）。AGV潜伏拖动转接装置实现其与库区散件物料盒的排序配送线及装配总成线的自动化对接（图9），散件物料盒按序与座椅托盘配对，之后在多工位装配线上与骨架、面套泡沫分总成等完成座椅总成装配。座椅总成发货由辊道式发货线与物流车自动对接完成，发货顺序按照客户订单进行。针对自主品牌H系类、E系列的8个项目，规划设计柔性装配线和通用托盘，实现多个产品柔性生产，利用信息化系统使散件配送与生产线实现对接，提升了生产线应对产量波动的能力。

图7泡沫排序输出装置

图8AGV+散件物料盒转接装置

图9总成线、库区配送线与转接装置对接

7、结束语

汽车座椅“四位一体”智能化生产模式研发过程采用了“4大布局类型与10大经济性原则”的规划理念、引入自动化和智能化装备、先进的信息化管理系统和数字化仿真等技术，更好地适应了当下市场车型换代频繁、产品种类多、产量波动大、质量要求高等需求，并实现了一系列“智能制造”相关技术的应用与探索，为我们下一步建设“智能化工厂”打下良好的基础。

参考文献:

[1]刘建军,张艳芬.浅谈汽车智能制造[J].汽车实用技术,2018(1):2-5.

[2]崔玉朋,余宁,王晓阳,等.长城汽车智能制造研究与实践[J].汽车文摘,2020(6):25-29.

[3]彭斐.智能制造的中国特色之路[J].汽车与配件,2016(28):66-67.

闻向阳,高洋,杨伟,蔡秋红,薛海歌,刘伟.汽车座椅“四位一体”智能化生产模式研发[J].汽车工艺与材料,2020(09):41-45.