新能源汽车高节拍总装工厂规划与实践

以下文章来源于智造汽车 ，作者胡昌华

导读

如何在新的智能化时代规划建设好高水平的总装线是一个新的课题，需要解决的技术问题也很多，需要考虑的因素也很复杂 ，每个人都有对建设新能源汽车高节拍总装线的不同理解和实践，作者提出了自己的思考供参考。

文章来源

本文作者：「智造汽车」胡昌华，东风汽车集团有限公司技术中心架构开发中心总师，东风公汽车司一级专家。本文经授权发布。

一、概述

1.节拍等级的划分

新能源汽车的销量逐年提升，预计2022年新能源汽车将占到总销量的30%，为了集中优势资源，形成产业规模效应，需要建设年产百万级产量的生产制造中心，高节拍的总装工厂的一条总装线的能力达到70JPH以上的高节拍。生产节拍等级的划分见下表：

等级

低节拍

中节拍

高节拍

超高节拍

节拍

30--45JPH

46--65JPH

66--75JPH

76—90JPH

年代

2010年前

2010--2019

2020--2022

2023--

2.高节拍总装工厂的特点，以75JPH为例分析

1）生产线运行速度快，需要采用高速升降机，节拍需要达到48秒；

2）线边工艺设备工作频率高，要求设备可靠，故障率极低；

3）生产线工位多，操作人员多，工艺设计需满足人员效率提升需求；

4）零件物流、整车流密集，需要有高效的物流工艺设计；

5）操作工劳动强度大，需要有好的人机工程设计。如车门线同步带、底盘线同步带；

6）为高效利用产线，需要提升模块化装配比例，或建立总成分装线，如热泵分装、背门分装、前端模块分装、智能面板分装等。

3.高节拍工厂的优势

1）产量大，生产效率高

2）管理成本更低

3）规模效应导致零部件配套成本更低

4）可实现多平台柔性化大批量生产

5）信息化、自动化设备的利用率更高

6）投资产出率更高

二、高节拍总装线规划

1.方案统筹

在规划高节拍的总装工厂时，需要统筹规划好自动化输送设备、线边工艺设备、物流设备、信息设备、监控系统、智能防错等，分清主次，把有限的资金用到该用的地方。

除硬件设备外，规划时还需要统筹考虑：

2.高节拍总装线规划时需要考虑的12个基本要素：

（1）人机工程 （2）车型自动识别 （3） 运行数据自动检测 （4）过程控制数据自动获（5）生产信息实时传递 （6）低能耗/低噪音(7)设备状态自动监控 (8)工位自动化需求 (9)自动化装配站 (10)分装总成上线自动转接 (11)大总成自动上线 (12)零件物流优先

3.高节拍总装线规划--信息化

信息化是高节拍总装线规划不可或缺的组成部分，除公司级的信息系统外，还必须做好总装工厂级及各条线的信息系统规划，通过信息系统吧各个自动化的设备有机地联系起来，以保证生产执行层、设备控制层能自动完成赋予的使命，如准确传递信息、实时获取数据、智能防错、实时监控运行状态、趋势分析、动态补偿等。

4.以智能制造的思维开展规划工作

高节拍总装线规划，需要以智能制造的思维合理规划汽车总装的工艺流、信息流、物流的规划，实现三流统一、协调、先进，低成本生产、高质量快速交付。

u工艺流：包含工艺流程、生产线、工艺装备、自动化设施、检测设备等科学规划

u信息流：接收、分发、传递和获取、存储、分析、反馈、纠错等与总装制造相关的计划、设备、产品、工艺、检测信息、队列顺序

u物流：包含零件物流、仓储物流、物流设备、物流方式

5.高节拍总装线的厂房规划

总装厂房一般采用类似桁架结构的可承载厂房，普遍为24*24或24*28柱距的网架或桁架结构，主要优势：

1）安调工程量相对较少、周期短；

2）便于后续线体改造及扩产

3）便于工艺线体布局和线边工艺设备的安装 ；

4）便于零件物流存放及转运

图1 非承载厂房

图2 承载式厂房

6.高节拍总装线的工位设计

工位数设计及其影响因素很多，至少应考虑以下几点的平衡：

1）车型平台及主力车型的数量：混动平台、纯电平台、混流生产

2）加工深度及装配零件数：模块化率、厂内形成模块、厂内形成模块、分装区分装线等

3）汽车工时：装配自动化率、自动化工作站、装配工具效率、物流自动化程度

4）人员效率：工位人数、人员素养、人机工程等

5）在线质量门检查、返工及新车型预留工位。

75JPH节拍，根据公司的实际及车型发展，主线的装配工位数大约在210--230个之间，OK线工位数30个左右，总工位数240--260是比较合适的。

7.高节拍总装工厂的工艺平面布置规划

总装主线的布置形式主要有S型、T型、L型等，在装配工艺确定了情况下，以物流优先为原则：

1）底盘及底盘分装区，是大零件或总成的集中区，应靠近大零件的物流区；

2）内饰件以SPS集配为主，要有足够的SPS区及SPS小车自动上下线；

3）对于排序上线的零件，考虑物流路径最短；

4）外购的模块化总成，采用自动对接空中输送至工位，要减少交叉；

5）自动化装配站尽可能布置在生产线的端头；

6）新能源汽车，动力电池是重要变量，可以设计单独的电池包合装线

考虑上述因素，较多采用类似于S型布置方案

图3 平面布置示意图

8.高节拍总装线的自动化工作站规划

新建的总装线自动化程度都得到了较大的提高，一些大的总成件都可以实现自动化装配及检测，做规划时可根据产品特点及预算情况进行选择实施的项目，建设自动化装配或检测的智能站

Ø风挡玻璃采用了智能工作站

Ø玻璃底涂智能站

Ø天幕自动涂胶装配站

Ø车轮自动化装配智能站

Ø前座椅自动搬运站

Ø动力电池自动拧紧站

Ø底盘合装螺栓自动装配拧紧站

Ø底盘自动检查站

Ø自动投放蓄电池站

Ø车门密封条自动粘贴站；

Ø间隙面差自动检测智能站

Ø仪表板总成与车身合装自动化

Ø动力电池自动合装工作站

Ø前副车架自动拧紧站

Ø后托架螺栓自动拧紧站

Ø底盘自动合装工作站

Ø车门自动合装站

图4 风窗玻璃装配工作站

9.高节拍总装线的数字化监控系统规划

建立RFID整车跟踪系统，同步规划工艺设备及质量监控系统，实现数据的实时采集、实时分析、实时监控、快速决策、实时调整。

1）整车定位跟踪系统

2）安灯系统

3）质量监控管理系统

4）物流调度系统

5）能源管理系统

6）重点设备、重点工位视频监控系统

7）设备管理系统

需要根据需要做好各线信息点规划、网线规划、服务器规划、信息设备及软件规划等，在规划预算中要建立实施项目和预算，可把各个生产线的子系统介入总装中央监控系统进行统一规划和统筹。

图5 总装中央监控示意图

10.高节拍总装线的质量门系统规划

通过质量门信息系统对生产过程的装车及检测质量问题进行记录及跟踪，并自动触发每条线的质量门灯光指示,实现质量门管理；关联RFID、研发、生产、质量、电检服务器。车辆数据信息能够实时生成；在线生成车辆的需返修返工项目，所有项目返修并确认合格后才能放行出总装车间；能分类统计各类缺陷数据。

图6 质量门系统示意图

11.高节拍总装线的线体设备规划

近些年来总装线体的输送方式没有发生根本性变化，虽然新出现的AGV线体具有超柔性特质，在分装线上运用较多，主线上还没有采用全AGV形式。

（1）线体输送方式选型--内饰线和最终线

对于新能车来说，合装前后的内外饰装配工作量较大，在高节拍总装线设计中，内饰线和最终线都设计成环线。

内饰线和最终线线体，考虑实用性及造价，一般选用普通滑板线，如资金条件许可，采用电动升降滑板形式能更好地改善人机工程。

（2）线体输送方式选型--底盘线

（3）OK线

OK线主要承担检查和部分在线调整的任务，一般选用钢制宽板链形式，近来也有选用塑料板链形式，但造价比较高。

（4）总成分装线

12.高节拍总装线的线边设备选型

考虑公司发展的需要，建立了加注设备、检测设备、合装设备、自动化工作站等工艺设备的模块化标准及设备技术协议标准化文本，实现工艺设备模块化、标准化设备选型标准，并要进行设备的数字化仿真分析，减少适配风险，缩短设计及安装调试周期。

图7 自动化装配智能工作站示意图

图8 电池包合装模块示意图

图9 检测线模块示意图

13.高节拍总装线的部件模块化装配要求

某外资车型采用模块化总成供货至总装，减少一级总成零部件，提高总装效率，也减少了总装线的工位数

图10 模块化总成示意图

14.高节拍总装线的拧紧工具电动化要求

高节拍装配线对拧紧工具提出更高的要求，一般全线配备高精度的电动工具（拧紧轴+定扭电枪），实现了拧紧工具电动化，并在关键/重要工位配备智能终端，进行车辆精确定位和联网管理，对车辆的选装信息、质量缺陷、扭矩、拧紧角度等关键工艺信息进行作业引导和追踪管理，

图11 电动拧紧工具及智能终端示意图

三、75JPH总装线介绍

1.生产线形式及工位

序号

线体

线体数量

线体/设备形式

工位数量

工位节距

备注

1

PBS线

1

滚床+滑橇

140

5800

设置拆门工位及天幕底涂工位

2小时精排量

2

彩车身立体库

1

立体库

560

6--8小时量

3

内饰线

4

大滑板

88

6500

4

底盘线

2

空中FDS+吊具

60

6500

随性板链

5

EV线

1

空中FDS+吊具

18

6500

电池包合装线

6

最终线

2

普通大滑板

56

6500

7

OK线

1

塑料板链

30

6500

8

车门线

1

空中FDS+吊具

54

4500

车门在空中拆车门，随性板链

9

底盘合装

1

双举升AGV+人工合装

9+2

6500

三举升AGV，20台

10

电池包合装

1

AGV+人工合装

6+2

6500

单举升AGV，10台

11

仪表分装线

1

空中FDS+吊具

18

2500

12

前端模块分装线

1

双层辊道线

12

2000

13

前悬+前轴分装线

1

双层辊道线

21

2000

14

后桥分装线

1

双层辊道线

30

2000

15

发动机分装线

1

双层辊道线

39

2000

16

保险杠分装输送线

1

双层辊道线

5

2000

17

轮胎、座椅、电池包输送线

3

辊道/双层辊道线

140

/

2小时存储量

2.油漆车身立体库

考虑高节拍生产实际，需要在涂装和总装之间建立油漆车身立体库，用于涂装车身的缓存，车身存放数量在4--8小时生产量。需要核算好75JPH节拍的立库出入口的效率， 精确排产彩色车身出立库进入PPS线，满足2小时配送排序需要。

图12 油漆车身立体库示意图

3.工艺布置方案示意

图13 平面布置示意图

4.自动化装配智能站示意

5.滑板宽度及SPS料车设计方案示意

6.随行板链/升降滑板方案示意

u为解决车门线和底盘线高节拍情况下，操作工人机工程学问题，保证装配品质，设计了与主线同步的随行板链。

u 为了解决内饰线和最终线的人机工程学问题，选用了可电动升降高度的大滑板。

图14 随行装配塑料板链示意图

图·15 电动升降大滑板示意图

7. AGV底盘合装方案示意

采用三举升的AGV合装台车，实现前动力总成、后托架总成的半自动化装配，能柔性化生产多平台的车型。

图16 电池包合装示意图

8.双动力总成装配方案示意

底盘合装采用柔性化生产技术方案，可实现电动力总成、双电机总成、混动总成的合装。

图17 双动力总成合装示意图

9.动力电池包装配方案示意

电动汽车的电池容量越来越大，几乎占用整个车身底盘的有用空间，需要让出底盘吊具的占用的位置，建立了动力电池专用合装线即EV线，将EV线吊具改为托车轮；避免大容量动力电池与吊具干涉，

图18 宽电池包合装示意图

10.一体化电池包装配方案示意

一体化电池包作为车身结构的一部分，取代了车身底板，为满足75JPH高节拍的总装生产要求。一体化电池包技术要求总装工艺做到：

确保一体化电池包与车身之间的水密封合格；良好的车身精度以及合装精度控制；进入车身内部装配内饰件的安全保障及操作便利性的工艺设计。

图19 一体化电池包合装示意图

11.动力电池螺栓自动拧紧方案示意

每辆车 动力电池 的固定螺栓多达15个，且拧紧力矩大、技术要求高。研究了采用人工预紧，机器人复紧的装配工艺。由三台机器人完成螺栓复紧及数据采集工作。

图20 自动拧紧示意图

12.零部件模块化供货方案示意

序号

模块

某车型

1

前悬模块

总装分装

2

后悬模块

总装分装

3

前端模块

总装分装

5

ESC制动模块

总装分装

6

轮胎

总成供货

7

IP总成

总装分装

8

顶棚模块

总装分装

9

前、后保总成

总装分装

10

副仪表总成

总装分装

11

座椅总成

总成供货

12

动力电池总成

总成供货

13

电机总成

总成供货

13.整车性能检测方案示意

Ø75JPH产线，需要设计了四条综合检测线，包含整车性能检测及ADAS系统的标定及检测；

Ø需要设计了二条45JPH的淋雨检测线；

图21 检测线布置示意图

Ø需要设计了一条多功能厂内检测跑道

总装下线的整车需要在该厂内跑道上完成包含加速路、ABS路、扭曲路、鹅卵石路、砖路、角钢路、减速带路、搓衣板路、绳索路、驼背冲击路、水坑路、“8”字路等23种不同道路的测试，全部检测合格的车辆才能交付给用户。设计的厂内检测跑道的功能要完整，要留有足够的测试区面积，测试路进出口要能满足每小时80辆以上的车辆通过能力，避免交叉，一般设计在靠近商品化停车场附近。

四．结束语

技术的发展是无限的，如何在新的智能化时代规划建设好高水平的总装线是一个新的课题，需要解决的技术问题也很多，需要考虑的因素也很复杂，每个人都有对建设新能源汽车高节拍总装线的不同理解和实践，本文的观点仅代表作者个人对如何建设高节拍总装线的一些思考和建议。

浅析高节拍汽车总装自动化智能装配

汽车总装车间的装配过程中，需要投入大量的人员进行手工作业，随着当前社会发展和人力成本逐年增加，少人化和自动化成为总装车间规划的目标和突破点。目前各大主机厂总装车间普遍应用的自动化智能装配有全景天幕自动化装配、风窗自动化装配、轮胎自动化装配，部分主机厂高节拍总装车间已尝试投入仪表自动化装配站、无框车门自动调整站、塑料尾门自动装配站、底盘自动合装以及动力电池自动合装等。

总装自动化智能装配方案介绍

主机厂总装车间常规节拍有10JPH、20JPH、30JPH、40JPH，高节拍有60JPH、75JPH，以下自动化智能装配方案以某主机厂60JPH总装产线为例进行介绍。

1. 全景天幕自动化智能装配站

全景天幕自动化智能装配站布置在总装车间前装线。前装线采用电动升降滑板线，智能装配站包含天幕自动上料、自动底涂、自动涂胶和自动装配等作业内容，为减少线体线边占用面积，智能装配站采用“U”形布局，天幕自动涂胶后通过举升机提升至空中并转接到跨线移栽机，输送至线边机器人进行抓取装配。

工艺流程如下：

1）自动上料移栽机从料框中取出天幕并放入上料工位，传动带输送机将天幕输送到机器人清洁底涂工位。

2）顶升对中台对中天幕，机器人对天幕清洗底涂，并在线测量底涂质量。底涂视觉测量合格后经过备用人工清洁底涂工位继续向烘干工位输送，如果视觉测量不合格，人工在备用工位清洁底涂。

3）天幕经过烘干工位到机器人涂胶工位，机器人涂胶并在线测涂胶质量。

4）天幕输送到转接及备用人工涂胶工位，如果涂胶质量合格，经举升机提升至空中并转接到跨线移栽机，再输送至天幕翻转机工位；如果涂胶质量不合格，则在该工位人工涂胶，并经移栽机输送至天幕翻转机工位。

5）翻转机将天幕翻转到对中台并对中，机器人抓走天幕。机器人经视觉系统测量天幕安装位置并安装天幕。

2. 风窗自动化智能装配站

风窗自动化智能装配站布置在总装车间前装线，前装线采用电动升降滑板线，智能装配站包含风窗自动上料、自动底涂、自动涂胶及自动装配等作业内容。

工艺流程如下：

1）取料机器人根据上位信息从料框中取出玻璃并放入底涂输送线。

2）底涂输送线将玻璃输送至对中台，对中台对中风窗玻璃。

3）清洗&底涂机器人从对中台中抓取玻璃并清洗、底涂，底涂后将玻璃放入涂胶输送线。

4）涂胶输送线将玻璃输送至人工备用底涂工位、底涂烘干工位、涂胶对中台。

5）涂胶对中台对中风窗玻璃，涂胶安装机器人抓取玻璃并涂胶。

6）胶型在线检测合格后涂胶安装机器人根据安装引导机器人提供的位置信息安装风窗玻璃。

7）若胶型在线检测不合格，涂胶安装机器人将玻璃放入NG台下线后人工处理。

3. 轮胎自动化智能装配站

轮胎自动化智能装配站布置（图3）在总装车间后装线，后装线采用电动升降滑板线，智能装配站包含轮胎自动识别、自动抓取、自动装配、自动送钉及自动拧紧等作业内容。

工艺流程如下：

1）轮胎输送线将轮胎输送至对中台，对中台举升并对中轮胎。

2）高位相机检测轮胎轮毂形状并核对轮毂信息。

3）底位相机检测轮胎安装孔角度信息并传给轮胎安装机器人。

4）轮胎安装机器人从螺栓分度盘取螺栓，并在螺栓检测台检测螺栓是否抓取到位。

5）轮胎安装机器人从轮胎对中台抓取轮胎。

6）轮胎安装机器人到轮胎安装位视觉检测制动盘角度并安装拧紧轮胎。

7）安装完成后滑板放行。

4. 无框车门自动调整装配站

无框车门自动调整装配站布置在总装车间车门分装线，车门分装线采用FDS（摩擦线）形式，装配站包含车门自动识别、自动定位、玻璃自动调整及自动拧紧等作业内容。

工艺流程如下：

1）门吊具带车门进入智能调整工位并停止，自动扫码及解析系统对门吊具上的指示票进行扫描，并与从门线获取的队列信息进行比对，识别到需要调整的车型后，系统启动，不需要调整的直接放行。

2）门吊具及车门定位机构对门吊具及车门进行有效夹紧及定位。

3）拍照及拧紧机器人对车门钣金定位点及门玻璃切边定位点进行拍照，计算玻璃相对车门的调整量并反馈给门玻璃调整机器人。

4）门玻璃调整机器人夹紧及吸附玻璃，并将玻璃调整到正确的空间位置。

5）拍照及拧紧机器人对门玻璃升降器螺纹孔拍照定位后，对螺钉进行拧紧。

6）各机器人回原位，门吊具及车门定位机构松开，门吊具快出离开工位。

7）如果某个车门因故未进行自动调整，由安装在人工调整工位的显示屏上提醒工人（包括车型及哪个门），工人从备用调整工装放置台上拿取备用调整工装进行手动调整。

总装自动化智能装配的优势

自动化智能装配站相对于传统的装配方案（人工装配），其优势在于智能装配站可与总装车间AVI系统网联，车辆及零部件信息自动校验，同时可通过视觉系统进行自动定位、自动胶型检测、自动拧紧，解决生产线作业人员劳动强度大、作业环境差、装配质量一致性差的痛点问题，同时可实现零部件自动防错。

总装自动化智能装配的投资回收周期

全景天幕自动化智能装配站投资费用约485万元，双班节省人力10人，人工费用10万元/（年・人），投资回收周期4.85年。风窗自动化智能装配站投资费用约950万元，双班节省人力20人，投资回收周期4.75年。轮胎自动化智能装配站投资费用约530万元，双班节省人力12人，投资回收周期4.42年。无框车门自动调整装配站投资费用约760万元，双班节省人力8人，投资回收周期9.5年。以上自动化智能装配站除了无框车门自动调整投资周期皆在5年以内，考虑人工成本逐年上升因素，投资回收周期会有所下降，综合质量、效率提升等因素，自动化智能装配投资收益可观。无框车门自动调整装配站由于最近几年刚刚应用，设备投资较大，以后随着应用的普遍性和技术成熟度增加，投资费用会减少。

结语

综上所述，高节拍的总装自动化智能装配可以满足生产线生产需求，对于总装车间而言不仅仅是减少人力降低工艺HPV，同时可提升装配质量，保证装配一致性。随着装备技术的日益发展，后续总装车间的自动化会有更多的应用，总装车间的自动化率会显著提高。

相关问答

在座的大仙，麻烦问一下：桥门式起重机司机？，桥门式起重司...

每日检查液压系统是否有漏油情况,检查吊具是否正常,钢丝绳是否磨损,卷阳机是否工作正常、变副系统。液压油箱因加满液压油。起重作业人员要有操作证...