长安福特Kitting打包排序流程在汽车领域的应用

1　项目背景

长安福特动力工厂生产零件大量使用打包排序流程（以下简称Kitting），以提升生产线线边物料的5S管理并消除浪费，Kitting流程有1000多个生产零部件，同时动力工厂生产节拍速度最快可达20秒，对人工拣选流程提出了很大的挑战。

2　项目目标

Kitting系统需要满足最快20秒的生产节拍，减少50%人工劳动强度，提升30%的生产效率，并需满足公司零误差的放错标准。

3　项目实施与应用

项目设计工程中针对2 0秒的生产节拍对瓶颈工位分析，并将瓶颈工位设计为机器人拣选方案，对非瓶颈工位采用亮灯拣选或防呆拣选方案。考虑达到50%人工劳动强度以及提升30%的生产效率的目标，项目采用自动化分装线的辊道解决方案。针对零误差放错的要求，采用全线放错工业自动化平台。Kitting线采用协作机器人，可有效提高生产线

的效率。

3.1　协作机器人的优势

3.1.1　运作

· 可以人为地将机器人手臂移动到任何地方；

· 容易通过训练而学习；

· 在工位中可以实现快速变更。

3.1.2　安全

· 协作机器人遵循ISO 10218-1:2011和ISO10218-2:2011标准；

· 通过硬性的设计和控制限制了能源和动作；

· 具有高安全级别的监控停止器。

3.1.3　成本

· 价格比多种传统机器人便宜；

· 培训和训练的成本比多种传统机器人更低；

· 防护比多种传统机器人更低。

3.1.4　其他

· 更小的占用空间；

· 可以跟操作者一起协作；

· 可用于搬运、物料操控和打包排序等作业。

3.2　Kitting打包排序生产线的流程测试为了降低项目风险，采用一个单零件工位操作方式。

图1 Kitting打包排序生产线的流程测试

目前没有福特全球动力规范的协作机器人，因此团队包括安全工程师和控制工程师讨论安全和控制的需求。

· K a w a s a k i d u A r o 遵循标准I S O10218-1:2011和ISO 10218-2:2011;

· 增加安全防护避免操作者触碰机器人;

· 其他电气和气动元器件必须满足控制规范;

· 遵循新设备上线验收规范;

3.3　协作机器人应用于其他工位的场景

不同的协同机器人有不同的优势，变速箱总装区域正在寻求其他机会用自动化技术来代替人工流程。

图2 协作机器人应用于其他工位的场景

4　项目意义

图3 Kitting本地化应用

Kitting打包排序流程的使用，投资变更包括协作机器人、输送线、控制柜等总计36万人民币，能够减少每班一个操作者，每年能节省21万人民币，大大提高了生产效率，节约了成本。

精问彩答

长安福特汽车公司系统部总监吴劲浩

自动化博览：长安福特在汽车领域的自动化产品涵盖哪些方面？主要应用在哪部分工艺上？

长安福特汽车公司系统部总监吴劲浩： 我们目前在汽车领域提供的自动化产品主要涵盖在以下五个方面，包括机器人、AGV、PLC、视觉设备、机床。其应用主要体现在：

· 机器人：用于白车身及部件焊接、面漆喷涂、挡风玻璃涂胶及安装、密封部件涂胶、精密部件安装等；

· AGV：线边物料配送、发动机安装；

· PLC： 所有需要控制系统的工艺；

· 视觉设备：防呆、二维码追溯、加工质量追溯、涂胶标准判定；

· 机床：所有动力工厂机加工工艺、冲压生产线。

自动化博览：长安福特在选择自动化产品时更倾向于国产品牌还是国际品牌？

吴劲浩： 目前我们在国际品牌、部分国产品牌（如济南二机床的冲压设备，现在已经是福特全球的使用标准）上都有选用。选国际品牌的自动化产品，是为了满足全球统一标准，其在汽车制造行业有较多的市场份额和案例，能够保障并提升新生产线的成功投产。而大多数国产品牌的产品在国外工厂还没有成为主流或并没有在国外销售。当前自动化设备的主要标准都由国外企业掌控，很多国产品牌没有被纳入标准，或不属于标准联盟成员。

自动化博览：您如何看待智能制造在汽车行业中的应用？贵公司在此方面表现如何？自动化技术为此提供了哪些帮助？

吴劲浩： 智能制造在汽车行业中是典型的将制造业智能化，将行业的最佳实践（包括工艺、设备、质量、能源以及运营管理流程和经验等）标准化，并转化为可复制的工业互联网能力，进而能够在汽车行业或整个制造业采用互联网快速复制的方式形成颠覆式或者突破式创新。长安福特在生产体系中采用了全方位标准化，生产线采用BOP（Bill Of Process标准化工艺）和BOD(Bill Of Design标准化设计）模式，已经达到全制造过程数字化。在生产管理和运营也建立了企业标准的工艺、设备、质量、能源以及运营管理流程和经验，但这些标准流程和经验还没有完全数字化并提升成为工业互联网可以快速复制的模式，目前还需要通过管理和培训实现各个工厂的统一标准，这正是长安福特下一步在智能制造中需要创新和创造的关键领域。

自动化技术当前在工业数字化领域提供了工具和方案，但在智能化领域还需要人工智能和大数据技术为智能制造的发展提供颠覆式创新技术。

摘自《自动化博览》6月刊

长安汽车的智能制造有多厉害？实地观察：某些技术超过了大众！

“现在的逸动开起来，与上一代完全是两个感觉，特别是底盘那种韧性感，很舒服”，拿老逸动换新款的张先生对第二代逸动（高能版）的评价比较高。

张先生所说的舒服感其实是对一辆车更高级的表达，足够安全又拥有风格清晰的舒服感，就是汽车从制造升级为智能制造后带给用户的切身感受。笔者今天要谈的CAE，就属于智能制造的核心技术，正因为有了这项技术，优秀车企的竞争源头提前到研发之前。

CAE，英文全称Computer Aided Engineering，指在虚拟环境下对生产全过程进行仿真、评价和优化，实现的数据一体化管理，属于智能制造的核心内容，也是实现数字化工艺设计的重要工具。

巨额投入、全球性高科技人才引进是CAE的两大“拦路虎”。因此，技术人才实力不够雄厚的企业很难涉足。长安汽车是国内最早开展智能制造 • 数字化工厂技术应用的企业之一，2015年作为汽车行业唯一企业入选工信部首批（46家）智能制造试点示范单位。

作为普通用户，不必为CAE诸多名词概念烧脑，只需要了解它带给我们更好的体验和使用价值就对了。

长安车为什么开起来更有质感了？

同样长安造，张先生为什么觉得第二代逸动开起来底盘那种韧性感，很舒服呢？原因就在于，长安在整车安全及性能方面得到了系统化的解决，CAE就是这套解决方案的核心手段与工具。

底盘性能多目标平衡优化分析

在底盘性能多目标优化技术应用中，长安通过CAE手段，多学科优化达成多个学科之间相关、冲突性能，包括操控性与舒适的平衡，NVH性能与碰撞安全等的平衡，并且加入长安从用户行驶数据中提炼出的每款车的DNA，形成自己的驾驶风格。早在新车进入研发前，已通过数字样车得出了最优平衡性数据标准，效率高，效果优。

底盘性能多目标平衡优化分析技术处于行业领先水平

以车辆颤振为例，车辆过减速带时，前悬会产生颤振，我们经常所说车子松散、品质不高就是因为颤振大所导致的。很多车企做法是单独优化颤振性能，但这样做又会引起NVH性能的恶化（比如怠速振动偏大），如猴子掰包谷，最后只好对性能控制选择保守设计，达到合格最多是良好水平（6.25-6.5分）。

长安是国内第一个自主开发颤振分析流程的车企，这套分析流程也是目前国内最完善的解决方案。通过CAE手段，同时对数字样车在颤振和怠速振动进行多学科多目标控制，通过大数据分析，找到最佳匹配方案，将控制颤振性能提升到7分的优秀水平，同时进一步提升NVH性能。

螺栓可靠性CAE分析

千里之堤毁于蚁穴，对于一辆车而言，一颗螺栓松动就会惹出大麻烦。一辆车平均有七千多颗螺栓，正是这些大大小小、型号各异的螺栓将汽车各个零部件紧密相联。让好几千颗螺栓都听话，连接结构安全可靠，这就是螺栓可靠性CAE分析的领先性。

每颗螺栓上都有一个小芯片，一旦损坏直接报废

工程师为笔者演示了螺栓夹紧力的CAE分析，输入相关数据，通过演算得出螺栓利用率、滑移安全系数、强度安全系数、疲劳安全系数以及压溃安全系数，最后得出夹紧力达标或者不足，如果不足，它会给出修改意见，比如说增大多少扭矩，以及更优的扭矩范围。

CAE分析可保障一辆车正常行驶十年三十万公里，螺栓连接安全可靠，不会出现松动异响

风洞模型CAE分析

风阻系数是这两年的热词，经常听到很多国产车会标榜风阻0.27甚至更低。事实上，一款轿车的风阻能做到0.28已经很优秀了，宝马Z4的风阻也在0.34，0.25的算是跑车中极品了。

漂亮的风阻数据并不一定真实，风阻计算公式为cd*A（车辆投影面积），虽说最终值是由第三方给出的，但有些车企对外宣传时会将cd值变小，面积值增大，这么说就清楚了。

第二代逸动风阻系数0.28

影响风阻有两大重要因素，一是车身造型，二是底盘设计，如何实现真正最佳的风阻系数？如何确保成本高昂的风洞测试一次性过关？长安采用了风洞模型CAE分析。

风洞烟流仿真实验

从数字车型开始优化造型与底盘对风阻的影响，并通过不断优化仿真方法、提高精度（目前风阻仿真精度已经达到了98%），既保证了最优风阻性能的实现，同时大大节约了测试成本及开发时间。

长安首款轿跑SUV车型CS85同样采用风洞模型CAE分析（风阻系数0.29）

以上只能算是抛砖引玉，包括CAE，笔者也只是解读了几个用户可能最愿意了解的项目，并不能完全展示长安在智能制造方面的技术强力。比如说长安也是国内首家把VR技术与数字化3D工厂设计结合运用的车企，导入3D工厂漫游技术，通过VR设备，让观察者感知虚拟厂房空间、检查设备运动干涉，优化生产线布局，并通过虚拟调试技术，在生产线设备安装前，在虚拟环境中验证机器人、PLC、HMI程序。

长安轻量化爆炸展车，车辆典型系统侧围加强件总成同样采用了CAE结构优化

长安车为什么看起来更有质感了？

汽车颜值经过几年发展，应该被赋予新的涵意了。像一位五官不错的美女，如果气质差也让人头疼。对一辆车而言，气质好坏取决于它的精致工艺的水平。精致工艺同样属于智能制造的范畴，长安目前已掌握光影流动技术、色彩预测与设计开发技术以及颜色虚拟仿真技术。

光影流动技术从线、面、面面匹配三个维度解决了车身外观品质

光影流动技术

在笔者的观念里，光影决定着任何视觉性艺术作品的高级感，比如我们经常看到的静物油画，作者通常都会利用光影来显示静物的生命和情绪。汽车作为工业艺术品同样如此。

光影流动技术首次应用于睿骋CC

马自达的魂动技术算行业翘楚，某些车企一直在模仿但始终掌握不了它的色彩灵魂，不过，马自达也只解决了面面之间过度的平顺性。

长安所采用的光影流动技术则是从线、面、面面匹配三个维度系统性解决了车身外观品质，首次应用的车型便是睿骋CC，尤其是紫色车身，阳光下称得上是流光溢彩。

通过光影流动技术，能够让车身表面平顺度提升40%

该技术有三大领先性：一是最大还原设计师意图，通过自主开发的综合性参数评价车身特征线的犀利程度，目前也只有大众在进行相关研究和运用；二是通过型面符合度，评价外观面的平顺性，目前仅长安在进行相关技术研究；三是通过自主开发的参数衡量面面之间过度的平顺性，如上所说，仅马自达在研究。

现场测试光影流动技术的改善效果

​色彩预测与设计开发技术

衣服是人的社会皮肤，车身颜色同样也是一辆车的社会皮肤。调查研究表明，成功的色彩开发能带来10%—25%的商品附加值。

对流行色的预测是一种高级能力，每一年巴黎大秀后都会涌现最新的时尚色，因为它就是全世界的时色风向标。在这方面，长安已开始作大胆的尝试，通过改变原材料，尝鲜应用不同颜色，比如10月上市的长安CS35Plus蓝色，明年上市的长安CS85的高级灰，还有与新能源气质相匹配的更多宁静淡雅的车身颜色。

展示了2019年-2020年长安汽车颜色发展趋势预测

颜色虚拟仿真技术是成功实现色彩预测的重要手段。笔者作过现场体验，通过VR设备，不断切换数字车型所处的环境与车身颜色，或繁华都市，或高楼大厦，或乡野公园……，去寻找综合匹配度最高的车身颜色，优秀的技术成全了设计师对色彩更狂放的野心。

现场体验颜色虚拟仿真技术

无论是光影流动技术，还是色彩预测及设计开发技术，都传递出长安对汽车设计之美更高级的探讨，也是迄今为止，自主品牌在外观设计上的一次质的飞跃。

写在最后

汽车工业一百多年的进化史上，曾经有三大里程碑事件：福特开辟的第一条流水化生产线实现了汽车的规模化量产，丰田精益生产大大提升了生产效率和降低了生产成本，而现代化工厂让机器人取代工人，进一步提升了汽车制造工艺和质量水平，实现了汽车制造的革命性成就。

随着智制能造时代的来临，汽车从制造正在全面迈向智能制造，长安再次成为就是这个时代的领军者，不断创新掌握先进技术，不断升级用户体验感，不断优化研发及生产成本，将技术成果转化成普通消费者买得起，用得高级的福利，这或许也属于里程碑式的成就。

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