精益制造设计在总装的应用要点.doc

精益制造设计在总装的应用
摘要： 本文从江铃五十铃汽车有限公司总装生产的现场实际出发，研究汽车总装精益生产方式，如果将整个的精益生产系统看作一个“过程”的话，对总装的生产特点、精益生产方法和成本效益的分析是技术的支持；对总装的最主要的设备——汽车输送系统进行精益设计，使输送设备可输送所有汽车是“过程的输入”；而对汽车生产目标工艺流程的设计，使多车型可在一条生产线进行精益生产是“过程”，对汽车精益生产过程的物流和质量控制系统进行的设计，保证系统能生产出合格的产品是“过程的输出”。
主要输入
精益生产系统
设备精益设计
生产特点分析

工艺流程设计
过程
技术支持
生产方法分析

物流和质量控制保证产品合格
输出
成本效益分析

关键词：精益生产 工艺流程 准时化物流 质量控制
一、绪论
1.1课题来源及背景：本课题来源于江铃五十铃汽车有限公司，目的是在原总装生产线的基础上重新设计制造工艺流程、生产流水线及相应的物流供应、质量控制，提升整个总装生产线的整体精益，实现多品种车型的精益生产。
江铃五十铃汽车有限公司成立于1993年,是当时日本五十铃汽车公司业界在华投资规模最大、层次最深、合作范围最广的中外合资企业，主要产品有JMC品牌的皮卡(宝典)、轻卡(顺达、凯运、凯锐、凯威)、旅行车(宝威)、面包车(运霸)，总装车间共有2条流水线分别生产轻卡、运霸和皮卡、宝威。2010年底公司自主研发的N350系列SUV车型成功上市及N800系列车型，后期的生产品种也将随着此车型的投产而大量增加。
由于原有些生产线的生产能力已经基本饱和，新建一条总装车间的投资成本高及实施时间长等因素，这些与市场需求相矛盾，故为了适应公司的发展，特成立项目组研究当前总装多品种精益生产的相关技术，实现一条总装生产线精益生产，尽快地推出新产品，同时对精益生产系统进行研究，加强生产过程控制，提升整个生产系统的精益水平，提高产品质量和生产效率，降低生产成本。
1. 2本文主要研究内容：本文主要从以下几方面进行研究解决本企业在精益生产过程中面临的问题：
1)工艺流程问题
由于江铃汽车公司的总装生产线最早生产的五十铃系列车型是上世纪90年代初的车型，属于老产品设计下的工艺流程；而N350、N800则是本世纪初才在投产的最新技术车型，前后近20年的几代产品工艺流程已发生了很大变化。如何在一条生产线上进行新老车型的生产是必须要解决的问题。
2)整车输送问题
总装的所有工作大部份是在输送链上完成，众多车型的整车参数各不相同，车身、底盘的定位不同，原有的输送装置不能进行新汽车的输送，如何完成汽车车身及底盘输送及输送过程中的转接和安全问题是必须解决的最主要问题。
3)设备稳定性问题
总装的生产是高速度高节拍下完成的，每一分钟的停产将造成巨大的经济损失，并且整个工厂的设备数量和种类很多，在进行精益生产时每个设备都是系统中的一个环节，提高设备的稳定往及整体系统的稳定性是完成生产的重要保障。
4)质量控制问题
单一车型生产的质量控制单一，而多车型的混流生产时，每一种车型的质量要求不同，质量控制会变得复杂，如何知道每台车的装配都合格？如何在生产过程中控制每一台车的质量？这是质量控制所必须面对的问题。
5)物流供应问题
在总装车间每台汽车要装配1200-1500种3000多个零件，这些零件的供应是个系统而复杂的工程，多品种生产会造成零件的种类和数量成倍增加，传统的物流供应不能满足精益生产需要，零件能不能准时化供应是生产最紧需解决的问题。
二、工艺流程设计
2.1工艺流程设计原则：多车型的共线生产工艺流程不一致是国内外的汽车总装生产中面临的问题，在最新的汽车平台化战略中，汽车的各个组件统一化，延伸到汽车的生产中，提出了将传统的汽车装配工艺按照功能分解成小型生产模块，进行模块化装配。模块化的装配统一了多车型的装配流程，防止了不同车型的不同装配的错装、漏装，保证整个生产线保持一定的节拍生产，提高了生产效率。
模块化装配工艺流程设计两原则：
1)工序集中原则
将不同车型的相同操作集中在相同位置，尽量使用相同工具在相同工位装配。这样不仅可优化投资成本，减少了设备及工具的投资：同时相同的人员装配可减少工时，降低成本，提高劳动生产率，提高生产质量。
2)工序分散原则
由于汽车的生产在流水线上进行，整个生产线的生产要保持一定的节拍，所以要将相同工时的工作分散给多个工位完成，一方面可使每一工位的每种车型的装配尽量饱满，提高劳动生产率；另一方面后面的工位对前面工位完成的工作进行检查，可防止错装漏装的发生，提高产品质量。
2.2生产线的总体工艺布局设计：为了保证所有车型在总装生产线的生产，重新设计生产线的工艺布局，发现原总装生产线有以下的不足：
1)输送设备不能适应所有车型，尤其N350、N800车型。
2) N800车型不能适应玻璃的安装。
3)不能适应汽车液体加注的工艺要求。
4)不能适应多车型现场物流的工艺要求。
为了解决上述的问题，最大限度地减少投资，充分利用原来老生产线的基础上，设计的新的总装生产线的整体布局，如图3．1和图3.2所示。

图3.1 N系列生产线的整体工艺布局

图3.2 T系列生产线的整体工艺布局
新总装生产线要进行的设备改动有以下内容：
1)在原生产输送线上重新设计适应所有车型的输送方式。
2)增加汽车液体加注、制动检测、电器检测等相关设备。
3)N800新增玻璃打胶机器人。
4)延长部分生产线以适应物流和生产线的储存量，以及使用KIT小车（AGV小车）线边投料方式改善现场操作空间。
这些内容的改进相互关联，在实施过程时要考虑到整体性。
三、生产线精益设计
3.1总装线的输送形式：合资总装厂的生产线属于大批量生产，同时考虑今后产能提升，所以对全线的生产节拍、自动化程度、运行效率提出了较高的要求，更要控制好成本，我们对地面线的输送形式(包括滑撬式、轨道小车式、地面板链式等)进行了全面分析；对于空中线的输送形式(包括积放链悬挂式、自行小车环形链式、移行机加推车机等)也进行了全面分析。最终采用以下的生产线模式。
(1)N系列内饰线。采用地板链，带支撑脚，连续运动，
安全可靠，自动化程度更高，更美观(如图6.1)。

图3.1 N系列内饰线
（2）N系列底盘线。采用地板链，连续运动(如图6.2)。

图3.2 N系列底盘线
（3）T系列内饰线。采用空中悬挂吊具的积放链的方式进行运输。（如图6.3）底盘线同N系列，采用地板链方式运输。

图3.3 T系列内饰线
3.2 生产线的整体稳定性设计：精益生产线对整体的稳定性要求很高，而整体的稳定性受很多设备的影响，而提高系统的稳定性要从以下几个方面进行工作：
1)提高单台设备的稳定性
一个生产系统有很多个设备组成，只有每台设备的稳定性提高才能保障整个系统稳定性，为此要求每台的设备开动率达到95％。同时在设备的设计阶段分析设备可能产生的故障，然后进一度分析故障产生的原因和因素，从减少各种因素的角度最终减少故障的产生，从而提设备的稳定性。
2)增加整体生产线的冗余
增加整体系统的冗余是提高整体稳定性的很有效方法，它减少了某人故障产生时对整个系统的影响。主要方法有：
(1)减少单台设备的停机对主生产线的影响。每条生产线都有3—5台车的存量，这样在5一10分种的单条生产线的停线时，都不会造成主生产线的停产。
(2)增加生产线上的主要设备的备用方案。生产线的主要加工设备都必须有备用的应急备用工艺，这样当设备有问题时可立即启用备用工艺，从而减少对生产的影响。

图3.4 碳刷检查器的运用

图3.5 关键设备现场冗余
(3)提前发布排产的信息。为满足多品种混流精益生产，解决生产线边零件储存面积不足的问题：适时的提出了物流供应对多品种大零件采用供应商同步供货的方式供应，即供应商按照总装车间上线车型顺序，准备好零件并供应到线边。
整体冗余的增加，提高了整体生产线的稳定性，满足了大批量精益生产的要求。
四、准时化物流和拧紧过程质量控制设计
4.1准时化物流：随着车型的不断增加，在线产品架的容量是远远不能满足物料的增长的。总装通过对线边产品架的改善以及投料方式的改变顺利的完成了多车型的物料共线生产的模式。即大件物料共架投料，中件物料使用KIT及AGV小车进行投料的方式，实现物料的台套化准时化生产的模式；既保证了生产需求，也改善了现场的操作空间。

图4.1 产品架精益设计

图4.2 KIT运作
4.2精益拧紧过程质量的控制：汽车总装装配最主要的工作是向车身上安装零件，使用最多的工具是拧紧工具，拧紧的质量好坏直接关系装配的质量，尤其是汽车众多安全部件的装配，拧紧质量最终影响汽车的安全。
4.2.1精益生产的拧紧问题：在总装的拧紧原工艺中，拧紧方式分两种方式：一是一般项拧紧，直接用气动风枪或电动工具一次性紧固。二是安全法规项的拧紧，先采用气动定扭或电动定扭扳手一次紧固，然后检验人员使用数显扳手进行二次校核。这种安全法规项的拧紧工艺产生以下两个问题：
1)这种安全法规项的拧紧方式，工序能力CPK不能达到标准的要求，一方面是电动和气动定扭扳手本身的精度只有定扭力矩值±1 0％，另一方面是折弯式扳手操作受操作工的人为影响大，二次校核力矩的质量取决于操作工的技能，二次校核对连接件紧固有可能造成过紧或松开，增加了不稳定因素。对于所有安全力矩项的拧紧，随着质量要求的提高，大量的试验和分析证明这种工艺是无法保证拧紧质量的。测试证明，这种安全力矩项的拧紧操作，工序能力指数CPK<1．1，不能保证新的质量标准，要求安全力矩项工序能力指数CPK≥1．33。
2)多品种车型生产拧紧防差错问题。多品种精益生产时由于车型操作及零件的差异，使得很多工位上对应不同车型的产品定义需要使用不同扳手(由于套筒不同或力矩不同)，这样操作在进行不同车型的操作时，不可避免使用错工具，带来不能发现的质量隐患。
4.2.2电动伺服拧紧系统
随着工业化技术的发展，伺服拧紧系统的产生对精益生产的拧紧工艺提供了可靠的保障，它能解决上述拧紧质量和混线生产防错的问题。
一方面电动伺服拧紧设备对拧紧过程的力矩和角度进行时时监控，同时根据力矩和角度的变化调整电机的转速，开始时电机的转遴快，接近最终值时，转速逐渐变侵，使最终的力矩和霜发最精确绝逸到要求。
另一方面通过整体控制系统，可搬据不同的车型调整拧紧力矩的要求，满足精益纯化生产的需要。具体设计方案（如图7.3所示）。

图4.3 伺服拧紧系统终端配置图
此方案可解决多品种车型生产拧紧防错问题：利用扫描汽车随车卡条形码读取车型信息，拧紧机会自动激活对应该车型的“工作”程序，套筒选择器会通过亮绿灯指示操作工取用对应的套头，拧紧工具进入工作状态。当螺栓拧紧合格后，工具及信号显示盒上绿灯亮，提示工作完成。此时工具进入自锁状态，等待下一辆车的条码扫描。
由此可以看出，带套筒选择器的伺服拧紧机除了能保证拧紧精度，满足一枪多用的精益生产需求，而且还有防止生产过程中的错误程序选择和漏拧等现象的功能。
五、总结
本文将所有车型的装配工艺统一为目标工艺流程，解决了多车型共线生产工艺流程不一致的问题。以工艺流程对生产输送线和设备的重新设计，利用设备精益制造的理论知识，适应所有车型的输送和生产。
在对准时化物流的设计提升企业的管理水平，使汽车的物流控制从原有粗放式到节约式转变。
柔性化伺服拧紧系统的设计对拧紧过程的监控，都是加强生产过程中的质量控制，将质量隐患控制在源头，减少了质量风险，降低了质量成本，提高了产品质量。
六、参考文献
【1】张林艳．汽车零部件制造工艺与精益生产线．数控机床市场，2004，7：36—37．
【2】倪俭． 精益生产线工艺设计．现代制造工程，2002，3：33．34．
【3】王卫民．改进遗传算法在精益装配系统工艺规划中的应用研究．机床与液压，2000，4：50．52．
【4】陈永亮，徐燕申． 面向对象的模块化精益生产线并行设计研究．机械设计，2001，6：8．10．
【5】华健， 胡守忠．装配线生产物流合理化探讨．上海工程技术大学学报，2002，16(3)：33—35．
【6】肖修剑，吕利勇．一种面向大规模定制生产模式下的工位配送方法研究． 制造业自动化，2001，23(8)：18．20．
【7】董建华，肖田元，乔桂秀． 面向大规模定制的制造系统关键技术．计算机集成制造系统—CIMS，2002，8(8)：31．33．
【8】刘世平，饶运清，张洁．车间管理控制系统信息模型研究．华中理工大学学报，2000年10月第28卷第10期．
【9】李勇建．精益生产线的可逆性研究．计算机技术与自动化，2001，20(1)6—11．