发动机装配线KIT集配方式及其追溯和防错_董正荣.pdf

工艺与材料柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine2023 年第 2 期 第29 卷（总第183 期）发动机装配线KIT集配方式及其追溯和防错董正荣，徐长虎（南京汽车集团有限公司，江苏 南京 210061）摘要：对采用成套（KIT）集配方式的发动机装配线的物料清单维护、配料防错、质损换料、计划变更、批次追溯、机型防错等进行设计，通过仓库管理系统（WMS）和制造执行系统（PTMES）的融合，借助条码读取和设备工控系统，实现了KIT零件从配料、安装匹配到追溯的全环节控制。结果表明：采用全新设计的KIT配料系统后，KIT零件追溯的效率大幅提高，KIT零件错配率、错装率及追溯成本大幅降低。关键词：发动机装配线；成套（KIT）集配；物料清单（BOM）Traceability and error proofing for KIT centralized distribution mode in engine assembly lineDONG Zhengrong，XU Changhu（Nanjing Automobile Group Co.，Ltd.，Nanjing 210061，Jiangsu，China）Abstract：The KIT bill of material maintenance，batching errorproofing，quality loss refuelling，plan alteration，batch traceability，model errorproofing and other aspects of the engine assembly line adopting the KIT centralized distribution mode are designed.Through the integration of the warehouse management system（WMS）and the production technology manufacturing execution system（PTMES），with the help of barcode reading and the equipment industrial control system，the whole process control of KIT parts from batching，installation matching to tracing is realized.The results show that the efficiency of KIT parts traceability is greatly improved and the mismatching rate，mispacking rate and tracing cost of KIT parts are greatly reduced after the newly designed KIT batching system is adopted.Key words：engine assembly line；KIT centralized distribution；bill of material（BOM）DOI：10.3969/j.issn.1671-0614.2023.02.0100前言汽车的个性化消费趋势，促使汽车同一条生产线上共线生产的品种越来越多，混流化程度也越来越高。为提高生产效率、降低错装风险，成套（KIT）集配生产模式逐渐被引入到发动机装配线的规划、设计和实际应用的全过程中。KIT集配是指成套单台份供给，即先将相关零件在既定的集配区域内按照生产计划和工位区分，把1个或几个工位需要的单台份零件集配到一个配料盒中，然后由人工送料车或自动导引运输车（AGV）送到生产线边 1。KIT集配一般由零件集配区域、零件供给设备（AGV等）、放置零件的存放器具（配料盒）及同步装置（将配料盒与生产线同步运行的装置）4个部分组成 2。KIT集配方式具有简化物料上线操作、大幅减少产线边物料占地面积、减轻产线操作人员的劳动作者简介：董正荣（1975），男，硕士，正高级工程师，主要研究方向为发动机先进制造技术。-49柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine2023 年第 2 期 第29 卷（总第183 期）负荷和错漏装风险、减少装配工时、提升生产效率等优点 3。KIT集配一般采用“二次供给”的模式。一次供给是由工厂的物流人员使用运输设备将供应商直接或通过第三方物流送到临时存放区的物料投到KIT集配区域；二次供给则由集配区域人员按照物料配给指令，把相应的零件放置到集配小车的配料盒中，根据生产计划集配小车，通过物流设备运送到装配线边的指定工位，并把装配线边的空小车及空配料盒运回集配区域。由于发动机装配线和KIT集配是2个相互独立的系统，在使用KIT集配满足发动机装配线配料需求的过程中需要解决的问题有：依据装配线的生产计划形成KIT集配的配料计划；集配小车中的物料与装配线车型的匹配；发动机与集配物料的批次或精确追溯；生产线计划的变更和质损零件的换料等。针对上述问题，本文结合上汽集团某型发动机生产线的规划设计，在KIT集配应用方面进行探索和研究。1KIT集配项目背景上汽集团在规划建设某款新型高效发动机项目时，为减少投资，决定不再新建厂房，该型发动机生产所需场地通过对已有厂房内相关设施重新调整获得，因此该项目面临节约土地资源和降低投资成本的双重压力。拟建的发动机装配生产线规划产能为每年30万台，单台发动机零件256种，规划共线生产机型60种，而生产现场可用面积较同类生产线少了近20%。按照传统生产模式，发动机所有零件应采用原包装或翻包装后送到工位边上。考虑到物料缓存和差异件带来的物料增加，操作人员身边将堆满各类物料。由于可用面积较小，操作人员将会面对操作空间小、拿取零件路径长、非增值时间占比高、防漏错装难度大等一系列问题。另外，零件运输、现场物料状态控制、安装质量的保证等诸多方面问题也具有较高难度。为此，在该生产线的规划过程中，尝试性地应用KIT集配方式。经过反复的研究和推算，66种零件被列入KIT集配，占总零件数的26%。KIT集配零件涉及工位16个，占总工位数的33%。KIT集配分为4个区域（KIT 1KIT 4），各区域上下料点分布如图1所示。图1中右半部分为内装线，设置KIT 1 KIT 3上下料点各3个，KIT 4布置在外装线，设置上下料点各1个。KIT配料使用4种配料盒，在物流仓库零件成套供应（SPS）配料操作区域进行零件配料；完成配料后，配料盒搭载专用料架小车由AGV自动牵引上线。在发动机装配线配料盒上线工位设置线边库位，放置待上线的满配料盒；在发动机装配线配料盒下线工位设置空配料盒回收库位，放置待回收的空配料盒。AGV在配料盒上下线工位由人工进行空/满料架小车切换，即放置满配料盒，拖走空配料盒。KIT物料的流转路线如图2所示。生产线采用KIT集配方式可大幅减少线边物料占用面积、降低了线边操作人员的劳动强度和错漏装风险。但同时也带来以下问题：（1）KIT物料清单（BOM）的生成和维护问题：图1KIT集配上下线位置图2KIT物料的流转路线-50柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine2023 年第 2 期 第29 卷（总第183 期）作为KIT集配的基础，KIT BOM需要根据生产计划及时生成、适时维护。（2）KIT配料过程的防错问题：由于差异件需要在KIT配料时进行识别，使得辨别各类差异件与发动机的匹配关系由生产现场前移至物流仓库，容易造成物料错配。（3）KIT配料盒与发动机机型的匹配问题：配料盒通过AGV自动牵引上线，在配料盒上线环节中存在配料盒顺序与预设顺序不同的风险。由于存在发动机下线返修等情况，具体工位的机型排序也会与系统设置的机型顺序存在差异。因此，在配料盒上线工位需要对配料盒中物料匹配的机型进行识别和确认。（4）配料盒中零件的追溯和防错问题：特别对于批次追溯零件，需要解决在配料区工位器具上的追溯信息与发动机型号之间的相互关联，实现零件信息的追溯和防错。（5）质损零件换料操作问题：需要及时更换装机过程中发现的质损零件。2KIT集配的信息系统搭建为了解决KIT集配中出现的问题，需要充分利用工厂已有的信息系统，并进行针对性的开发。通过制造执行系统（PTMES）、仓库管理系统（WMS）和生产设备可编程逻辑控制器（PLC）的信息交互，并辅以适当的人工，完成KIT集配信息的集成应用。KIT集配信息系统框架如图3所示。PTMES根据生产计划、KIT BOM生成KIT配料单。KIT配料单生成后，传输给WMS。KIT配料单包含有带机型配料追溯信息的条形码，配料现场区通过扫描配料单条形码及待配物料箱完成配料信息绑定及配料防错。KIT配料盒上线时在上线点通过扫描随带的配料单条形码实现配料盒与发动机信息的绑定与机型防错，即KIT配料盒随带的KIT配料单条形码成为连接库房和生产现场的中间介质，实现信息绑定和机型防错。上线后的零件质量问题或配料错误，则由辅助人员负责向物料仓库退换物料，完成换料操作。3追溯和防错系统方案在KIT配料单生成后，库房配料和KIT配料盒上线的追溯和防错就成为实现KIT集配的关键。搭建KIT集配信息系统框架，追溯和防错将通过不同系统间的分工协作得以落实。3.1 KIT BOM的生成和维护KIT BOM是KIT集配模式运行的基础和起点。KIT BOM在PTMES中进行分析核对，信息包括每种KIT配料盒对应的零件组合，以及零件组合与机型的对应关系。在多品种共线生产模式中，不同机型在相同的KIT配料盒中集配的零件存在差异。表1为KIT BOM的部分内容汇总，为4种发动机机型在KIT 区域集配的部分零件信息。为了完成KIT BOM的编制，还需要进一步完善BOM与KIT配料盒、KIT配料盒与发动机机型之间的匹配关系。为实现KIT配料盒的追溯，设计了KIT配料盒编码规则，如图4所示。由图4可知：KIT配料盒编码第14位用来区分KIT所对应的生产区域（KIT 1 KIT 4）；第56位图3KIT集配信息系统框架表1KIT BOM数据信息表格式项目发动机号机型代码KIT组合码曲轴链轮号机油泵链条号机油泵总成号曲轴传感器号数据104632975G1010379201104367411034484910241352104524995E1110379201104367411034484910241354105937469D1210379201104367411034484910423989104758805H1310379201104367411042808410241352-51柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine2023 年第 2 期 第29 卷（总第183 期）为KIT组合码，该码与发动机机型一一对应，不同机型使用不同的组合码。通过编码第16位的设置，每种机型的 KIT BOM 与 KIT 配料盒一一匹配。在PTMES中通过建立发动机号与KIT配料盒第16位的对应关系，实现发动机号、KIT BOM及KIT配料盒关系的一一对应和绑定。编码第916位信息用于对KIT配料盒进行追溯。经过以上配置，KIT BOM的生成和维护工作基本完成。在正常生产运行时，WMS定时扫描PTMES生产计划，抓取PTMES自动生成的KIT配料单，发送给物流仓库SPS配料操作区域进行零件配料。3.2 KIT配料过程的防错设计BOM的100%准确是防错的前提，料架小车出车顺序保持不变是防错的重要条件 4。KIT配料过程中需要解决的问题主要有：所配零件种类应与KIT BOM一致；零件对应的机型应与KIT配料单一致；来料追溯信息能够向后续工序精准传递。为解决上述问题，可以充分利用KIT配料盒编码作为介质。PTMES自动生成的KIT配料单包含机型、零件、需求数量、KIT配料盒类型、KIT配料盒容量、一维码号码段等内容。其中，一维码号码段即为KIT配料盒编码。配料时库房配料员先后扫描配料单和所配物料供应商来料箱的追溯条码。WMS自动对扫描单上机型信息和预先设置在WMS中的零件对应机型信息进行比对，如不匹配则报警提示，提醒配料员检查物料对应的机型。WMS同时自动将来料箱的追溯条码和KIT配料盒编码进行绑定，并打包发给PTMES。3.3 KIT配料盒追溯和防错完成配料的KIT配料盒需要经过从配料库到生产线的内部转运环节才能上线。KIT配料盒在上线工位由操作人员搬运至发动机托盘，KIT配料盒随托盘流转，不同工位操作人员从KIT配料盒中拿取本工位所需零件进行安装。KIT配料盒在发动机装配托盘上的位置如图5所示。按照生产计划，自动生成KIT配料单进行KIT配料盒的配料。对于混线生产的柔性装配线，由于KIT配料盒存在转运环节，在线发动机存在返修的情况，KIT配料盒的配料可能与当前工位正生产的机型不一致。为确保物料与生产机型的完全一致，需要在KIT配料盒被搬上发动机装配托盘前对机型进行一次匹配确认，实现料架小车出车顺序发生变化情况下的防错。通常有2种方法实现KIT配料盒与机型的匹配确认：使用无线射频识别，即射频识别技术（RFID），在物流仓库SPS配料操作区域，操作人员将KIT配料盒编码信息通过读写设备写入固定在KIT配料盒上的电子标签中，在KIT配料盒上线工位阅读器自动读取电子标签中的信息；将KIT配料单放置在KIT配料盒中，在KIT配料盒上线工位由上料操作人员人工扫描KIT配料单上的追溯条码。采集到KIT配料盒信息后，位于产线边的PLC将自动截取KIT配料盒编码信息中的 16位数据，并与当前工位生产机型进行比对。如果机型比对成功，则自动将KIT配料盒信息与发动机号绑定并上传给PTMES，实现通过发动机号追溯KIT配料盒信息的功能；如果机型比对不成功，则报警，并控制托盘停止放行，从而实现防错功能。对于特别重要的零件，除了在上线工位利用PLC对KIT配料盒零件做整体防错外，还可以在零件图4KIT配料盒编码规则图5KIT配料盒随托盘流转-52柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine2023 年第 2 期 第29 卷（总第183 期）的具体安装工位配置条形码/二维码扫描系统，对零件的机型信息与当前装配机型进行匹配判断，并在机型通过匹配判断后进行追溯信息与发动机号码的绑定，从而实现重要零件的二次防错判定，确保追溯信息的准确性。3.4 质损零件换料过程的追溯与防错产线边防错系统或操作人员在装配过程中会发现KIT配料盒中的零件出现错配及其他问题。存在问题的实物需要退回配料操作区域进行换料。被更换的物料随纸质或电子KIT配料单返回库房。配料员收到换料需求后，扫描KIT配料单及料箱进行电子换料，完成换料操作后配料信息将同步更新至WMS。3.5 KIT集配追溯和防错逻辑图追溯和防错功能的实现是各个系统及操作人员之间相互协作的结果。图6详细列出了KIT集配追溯和防错的逻辑关系。追溯和防错的整个过程由PTMES创建主计划时开始启动，至人工回收空配料盒结束，PTMES、WMS和设备控制系统相互配合，并辅以部分的人工操作来实现。4KIT集配追溯和防错系统的应用4.1 与新项目同步规划和实施相关软硬件根据上文对KIT集配设计的描述，该新型高效发动机项目同步规划配置了KIT集配相关软硬件。硬件方面主要包括专用的SPS配料操作区、料架小车、KIT配料盒、配料单打印机/读写装置、AGV上线小车、配料区及生产线条码扫描枪、电子暗灯屏等。在软件方面分别对WMS、PTMES、生产设备PLC及系统间的信息交互进行了功能优化。相关软硬件经过调试、测试，与生产线一起交付使用。4.2 在生产环境中的应用该生产线自投产以来，已有50余种型号的发动机共线生产。KIT配料盒实际集配了50种零件（含18种不同机型有差异件的零件）。KIT 1配料盒集配了曲轴链轮、机油泵总成等9种零件，其中3种零件是差异件。KIT 2配料盒集配了气门挺柱总成、进排气调相器等7种零件，其中4种零件是差异件。KIT 3配料盒集配了发动机燃油泵挺柱、凸轮轴位置执行器电磁阀总成等13种零件，其中6种零件是差异件。KIT 4配料盒集配了曲轴扭振减振器、点火线圈总成等9种零件，其中5种零件是差异件。图7为现场配料及零件上线场景。在该生产线投产后的两年里，共计生产 30余万台发动机，KIT零件错配、错装率为0。在质量追溯方面，在PTMES中可实现使用发动机序列号、钢印号、批次号等信息的追溯。根据预先设置的追溯类型，系统自动调用发动机对应的KIT配料盒标签码（批次追溯）或通过设备扫描枪获得图6KIT集配追溯和防错逻辑图-53柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine2023 年第 2 期 第29 卷（总第183 期）的零部件零件追溯码（精确追溯）。如果需要获得更详细的追溯信息，则可以通过双击KIT配料盒标签码进行检索。以上操作可以在1 min内完成，从而大大降低追溯成本。根据预先设置的追溯类型，系统自动调用发动机对应的KIT配料盒标签码（批次追溯）或通过设备扫描枪获得的零件追溯码（精确追溯）。如果需要获得更详细的追溯信息，则可以通过KIT配料盒标签码进行检索。在生产效率方面，KIT集配方式使整条生产线的增值比提高6%，人员配置减少6%，生产线占地面积减少20%。同时，工位节拍更加平衡，生产线平衡率达到行业领先。5结语通过合理配置信息系统能够实现KIT集配零件的可靠防错和快速追溯。PTMES下发生产计划并依据KIT BOM组单，WMS根据单据配料并将物料信息与配料单号绑定，生产设备利用KIT配料单进行机型防错和信息绑定。在项目规划初期对信息系统提出要求，在相关系统同通过数据交互、相互融合，可以以较低成本实现零件防错和追溯检索，从而助力多品种共线生产并为售后问题实现快速反应提供支撑。通过KIT集配方式可以有效降低生产线占地面积、降低错装率，增加增值比和产线平衡率。将产线边储存的物料向库房转移、将物料型号的识别集中于配料区，有助于减少生产现场空间资源的占用，有助于差异件识别的专业化，可以将现场操作人员的注意力更多地集中在生产线的规范操作上。参考文献1 王汉东，陈智，谢志海.KIT供给在汽车制造中的应用 J.汽车制造业，2012（19）：41-44.2 王德平.KIT供给方式在汽车生产中的应用 J.物流技术（装备版），2010（2）：51-53.3 曹宁.KITTING 在发动机装配线上的运用 J.动力与电气工程，2015（14）：38-39.4 王梓宇，李林，张现锋.汽车制造企业KIT供给方式规划要点研究 C/第十六届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集.郑州：河南省汽车工程学会，2019：367-369.图7KIT配料盒的配料和上线-54