总装装配工艺设计初探

总装装配工艺设计初探

毕全国, ,王建国

奇瑞控股集团有限公司，安徽 芜湖 241009

【摘  要】本文主要对汽车工厂总装车间装配工艺的设计进行详解，工艺设计过程中涉及的工位排布、工序工时设定、人员分配、装配工具选定以及最终形成工艺文件等内容进行了叙述，详细说明了工艺设计的流程及注意问题。汽车装配工艺是将产品从研发阶段转化为实际生产的过程，也就是将研发部门设计的众多零件通过一系列操作，使其在数量和外观方面发生变化的生产过程。数量的变化是指在装配过程中，总成、分总成和零部件的数量不断增加并相互有序地结合起来；外观的变化表现为各零部件之间有序结合并具有一定的相互位置关系，随着零件的增加，外形不断变化最后形成整车。

【关键词】 生产线设计 人员分配 物料摆放 工具设备 工艺

一．总装工艺概述

工艺与总装装配的概念：工艺过程就是生产对象在质和量的状态以及外观发生变化的相关的生产过程,而使之完成工艺过程的手段方法及条件即为工艺。汽车总装配就是使生产对象在内在本质、外观等发生变换的工艺过程。真正意义上讲应该为各种零部件结合到一起的过程，特点是有序性、零部件有一定的位置关系、外型和性能不断发生变化,最后形成一辆车的过程。

组织形式：根据汽车总装配为大批量生产，技术和管理要求高的特点，一般采用强制连续移动的生产方式，叫做自动流水线生产方式，在制品的移动依靠被叫做“总装配线”的设备来实现。要按照连续强制移动的流水线生产方式来实现汽车总装配，还需创造以下条件：(1)各操作工人的单台作业时间要相互基本均衡，作业位置要根据作业内容和顺序安排合适；(2)各装配点所需的零部件和总成必须根据生产需要，源源不断地运达；(3)各操作工人必须在一定的节拍时间内，完成规定的作业内容。

根据产品结构特点和生产批量的大小，装配工作可以采用不同的组织形式，一般有固定式和移动式两种。

（1）固定式装配固 是将产品或部件的全部装配工作安排在一个固定的工作地点进行。在装配过程中产品的位置不变，装配所需的零件也集中放在工作地点附近。根据产品的结构和生产类型，固定式装配有三种形式。      

集中固定式装配。全部装配工作由一组工人在一个工作地点集中完成。这种装配组织形式，要求工人技术水平高，而且装配时间长，多适用于单件小批生产。

分散固定式装配（又称多组固定式装配）。这种装配形式是把产品的全部装配过程，分解为组部件装配和总装配，分别在多个工作地点进行。各部件的装配和产品的总装，由几组工人在不同的工作地点分别进行。这种组织形式可使装配操作专业化，装配周期短，生产场地的使用率和生产效率较高。

产品固定式流水装配。将装配过程分成若干个独立的装配工序，分别由几组工人负责。各组工人按工序顺序依次到各装配地点对固定不动的装配对象进行本组所要求的进行装配。这是固定装配的高级形式，工人专业化程度高，产品质量稳定，装配周期短，适用于笨重产品的成批生产。

（2）移动式装配 是装配工人和工作地点固定不变；装配对象不断地通过每个工作地点，在一个工作地点完成一个或几个工序，在最后一个工作地点完成装配工作。这种装配方式的特点是各装配时间重合或部分重合，因而装配周期短，工人专业化程度高，工作地点固定，降低了劳动强度。移动式装配有两种形式。                    

自由移动式装配。装配对象由工人或运输装置运送到各个工作地点，完成有关的装配工作。在一个工作地点完成某一工序后，再送到下一个工作地点进行其他工序的装配。装配进度是自由调节的。应尽量使各工序的装配时间相同，不同时可用储备件来调节。

强制移动式装配。装配对象是由传送带或传送链连续或间歇地由一个工作地点移向下一个工作地点，在各个工作地点进行不同的装配工序，最后完成全部装配工作。装配进度是强制调节的，连续移动式装配，是工人在装配对象移动过程中进行装配，装配时间和运输时间重合，所以生产率高，但是移动时易产生振动，工作条件变差，不易检验和校正，装配质量不高。间歇移动式装配，是装配对象分别在各工作地点停留相同的时间，在此期间内，工人要完成一定量的装配工作。这种装配形式装配的产品质量高，装配工作按照严格的节拍进行，是装配流水线基本形式，适用于大批大量生产。

工艺设计的概念：汽车总装配工艺设计的依据，是汽车的产品资料和生产纲领。产品资料，应为与总装配有直接关系的汽车各种总成、零部件的图纸；汽车总成或各系统的装置图；工艺路线分工表及总装配总成、零部件清单；整车技术条件及其他有关的产品技术要求。生产纲领是工厂建设要预期达到的年产量，多品种生产时还要分别列出各种汽车的年产量。产品和生产纲领，规定了新建或改扩建汽车工厂生产的产品范围和生产能力，也就规定了工厂的建设规模。

设计原则必须保证设计的合理性、可靠性、经济性、有一定的先进性，较现有条件一定有改善要满足产品结构要求和整车应该达到的技术要求，选用与产量相符的工具、设备，达到既能保证质量和节拍，还相对比较经济、比较长久和稳定可靠工时定额要相对合理，须保证工作能够完成车间平面布置，包括物流的顺利运行、工人的操作空间足够。

二.总装工艺设计

总装工艺是决定产品质量的关键环节，也是对产品设计制造过程的验证过程，公司的规划单位通过研究总装的工艺设计，发现设计、制造环节中的问题和未来使用过程中可能存在的隐患进行识别排查。

精益生产理念：最早是由日本丰田汽车公司提出的,是一整套新的生产管理体制,采用精益生产方式组织生产和管理。精益生产组合了技艺性生产和大批量生产的优点,避免了技艺性生产的高费用和大批量生产的高刚性。采用由多能工人组成的工作小组和柔性很高的自动化设备,追求完美性(不断降低价格、零缺陷和无限多的品种)。

在设计中的第一个环节，将精益生产的思路引入到设计中,考虑多个产品的混线市场、工作方式的集成、多能、综合工作组、柔性自动化、JIT的供货方式和零库存等，通过每个环节末端的质量检验,通过Team Work和拉动生产的方式发现问题随时修改、减少返修率和返修场地等来保证质量和节约投资。

在设计中的表现为生产线实现了混线生产,考虑了最大车型的长度来制定装配线的节距,设备的选型上也同样要考虑多种车型或经过简单切换即能完成任务的设备,在车间的周边设置集装箱泊位,大件、重件实施及时供货,在每条装配线的末端均设有质量检测点来保证产品的质量,Kanban和Andon系统保证了物料运送和生产线的正常运转。

工艺平面布置图：一般有直线形、U形、S形、矩形、多层布置等形式。

总装生产线设计的主要文件是车间工艺平面布置图，直观的展示车间内设备布置情况、总装配线工作地的布置情况、各分装地及零部件总成贮存地的区域位置及内部布置状况，车间内其它相关部门的位置、车间内水、电压缩空气等动力的使用点，以及车间的长度、宽度和高度等内容。它在工厂设计阶段是供其他专业进行设计的原始资料和依据，在生产准备阶段是车间进行各种工艺装备、工位器具、分装地、零部件总成存放地布置的依据。在绘制总装配车间工艺平面布置之前，首先，计算确定总装配线的长度等技术参数，其次要考虑好装配线操作区所需的宽度，再次，与其他部门协商确定在总装配车间内所需设置的辅助单位的占地面积和位置。

总装装配线技术参数的计算和确定：当生产厂的年生产纲领确定以后,要建的生产线需要多长，线上需要布置多少个工位最为合适，这是总装线设计首先考虑的间题。要确定这些参数，则需要编制大致的装配工艺，估算装配工时定额。在生产纲领和总装工时定额确定后，一般的计算方法如下：

（1）年时期数F（h）

式中：N一日工作班制数

D一年工作天数

T一每班工作小时数

Y一时间有效利用系数(一般取0.8~0.9)

（2）生产节拍（每隔多少时间可总装下线一台车）t，单位min

式中：H一年生产纲领台

（3）总装线上工位数  

式中：h=总装线上工时定额

B一工人密度系数一般（一般0.8~0.9）

X一每个工位上的平均人数

（4）工位节距（每个工位所占生产线长度）K（m） 

式中：L一所生产汽车的最大长度（m）、

C一两车之间的间距（考虑工作的方便性确定）

（5）总装线工作长度（m）  

上边只计算出了总装线的工作长度基数，总装线的总长度则需要加上升降段所占长度、爬坡长度、转弯长度及其它非工作长度。

总装线分段的作用：（1）便于根据需要选用不同型式的输送机；（2）便于输送设备维修。所以,总装线一般分为两段、三段或多段几种类型。

装配工时管理：装配工序最小化的过程中，已经将装配工作拆分到了最小零件，最小化零件的操作工时等于对此零件所有最小化操作工序的工时之和，因此最小化零件的工时也就是对此零件装配的独立操作时间，即从操作者操作意向去取零件开始，到操作完成并准备进行下一项操作为止，是该零件装配的所需工时。

MTM法：通过与国内同行业的工业工程人员沟通交流得知，国内一些知名品牌汽车行业如一汽大众、上海大众、上汽名爵等均采用MTM-UAS法测定标准工时。他们是由车间负责人拍摄视频、并进行作业内容细分，由参加过专业培训并取得资格证的人员组成工业工程小组进行代码赋值，得出最终的标准工时。对比秒表测时法，MTM-UAS法优点比较明显：

①量产、非量产的车型均可拍摄视频进行MTM（MethodTimeMeasurement）法工时赋值，不再对工时测定车型的日产量有要求；

②生产线的装配工艺发生变动后，只需对变动的工艺拍摄视频分析即可，简捷方便；

③MTM法得出的标准工时只会根据动作的类别及频次来赋值，不受操作者的操作节奏影响，不会因人而异。

MTM法把所有操作动作完整的连接起来，中间没有停顿，不考虑中间等待的时间，所得出的标准工时较现有秒表测时法所得出的标准工时的精度要高，我们需要利用MTM-UAS法来核定前期的秒表测时工时。

在MTM系统中，将最小化操作单元分解为若干个动作单元，每个动作单元都有对应的代码，根据代码可以在标准数据库中查到相应的时间，将这些动作单元所对应的时间累加，即可得到这个操作单元的工作工时。操作对象的外形、重量以及操作者操控的距离、作业精度都会影响到时间的长短。MTM是一套综合的标准工时管理系统，数据直接由相关代码决定，主旨是工作方法决定时间。对比原始的秒表测量法，应用MTM系统能够减少人为干扰，能分析并简化工作方法，再现现场工作过程，在电脑软件的支持下，得到的工时数据有足够的准确性。

MTM是一套综合的标准工时管理系统，数据直接由相关代码决定，主旨是工作方法决定时间。对比原始的秒表测量法，应用MTM系统能够减少人为干扰，能分析并简化工作方法，再现现场工作过程，在电脑软件的支持下，得到的工时数据有足够的准确性。          

确定操作者的数量进而平衡工人操作工时，根据该工位的总工时和生产节拍确定操作人员的数量，并将操作者分配到不同的操作部位，同时将各工序的操作内容分配给具体的操作者，各工序的装配工时进行叠加，是该操作者的操作总工时，个人总工时不超过生产节拍，且将每个操作工人的操作总工时进行平衡，力求每个人的操作时间均衡、劳动强度相近。

工艺设计是整车制造的基础工作，满足产品结构要求和整车技术要求，是实现产品设计、保证产品质量、发展生产、降低消耗并提高生产效率的重要手段。合理的工艺设计要有一定的产品变化和产量变化的适应能力，能充分利用人员、降低操作时间并均衡各岗位操作工时，通过消除生产环节中的不增值活动，使工人劳动强度最小化，在给企业减少人力、财力投入的同时还能够使整车装配质量得到有效的保证。

物料摆放设计：精益生产中有一个物流的重要理念,物流是总装车间设计重要环节,要求实现及时供货(Just - In- Time) 和零库存。为了满足这一要求,要求车间对外部的接触面越多、接触长度越长越佳的方案。因此,车间的形状就由原先的“□”形,逐步演化成“L”形、“T”形,甚至是五角形或一字形了。从理论上讲,一字形最符合物流的概念了,但从工艺上来讲比较难以实现[8]。

根据即时供货的原则,总装车间在厂房形式上采用国内汽车厂从未采用的“T”形,可以使车间的物流有最大的对外联系界面。这种形状的总装车间,75 %以上的边界均可设置集装箱货柜车卸货泊位。采用集装箱货柜车供料等于采用一个个小的流动仓库,不仅可以大大减少固定仓库的面积,而且还由于供货的流动性,使供货的周期缩短,装配件的库存量减少。此外,在生产线装配工位附近设置卸货泊位,还可使货物的输送路线减为最短。

根据精益生产的原则,在装配线旁的零部件储存量小于2h，实行即时供货的原则。对于大型零部件(如门、仪表板、动力底盘等)总成后直接送至生产工位,减少中间储存,达到物流线路路最短。

车间内采用先进的计算机管理系统、销售、生产调度、装配提示及供料系统。采用集装箱货柜车直接向总装车间的生产线供货,首先要求根据销售计单,排出较长周期(如一个月左右)内的生产调度计划。不仅将指导整车厂的生产安排,也指导各零部件供应商的生产安排。根据计划,整车厂各生产车间随时可以查阅某一指定的车辆是何时生产的(包括生产顺序和具体生产时间)。零部件供应商也将根据整车厂的生产计划,安排自己的生产(根据国外资料零部件供应商将提前二周从整车厂得到计划)。直接向总装车间生产线供货的零部件供应商,不仅应根据生产计划安排自己的生产,而且还应根据计划,安排零部件在送货周转箱中的装箱顺序；送货周转箱在集装箱内的堆放次序，以及集装箱货柜车的发车次序。因此，运输公司定时将集装箱靠上指定的集装箱卸货泊位,总装车间运输铲车定时，或根据生产线指令，将集装箱内被按照次序排列的送货周转箱送到总装线的装配工位旁，装配线上的生产工人按照零部件的装箱顺序和装配工位上方显示器的确认信息，从送货周转箱中取料装配。对于中高级轿车,由于整车上有着大量的选装件，理论上装配工人无法预先知道本道工序将要安装哪一种零部件，所以零部件的正确装箱顺序对于装配工人是必不可少的重要提示。为了防止误装,每个装配工位上都有显示装置，装配前工人必须把待装件的产品号输入显示装置，经中央计算机系统确认后才能正式装配。

装配工具设备：车间进行工艺设计时，应根据生产纲领、产品结构特点、质量要求、工艺内容及整体工艺水平来确定所需的各种设备，同时需编制设备明细表。设备明细表在工厂设计阶段是电气设计专业配备变配电间和电缆电线设计的依据。在工厂建设期间是设备部门进行设备采购、组织设计制造的依据，在工厂建成后是进行设备管理、维修的台帐，也是工厂进行资产和财务管理的依据之一。设备明细表需列出以下内容：序号、设备名称、规格型号及数量、制造厂、电力安装容量、价格及价格依据。若为非标设备，则在“制造厂”一栏内注明“非标”。复杂而造价较高的工艺装备，如分装台、气动悬挂天车等也需列人设备明细表内。

总装配线型式简介:大批量生产的汽车总装配的车体移动靠“总装配线”来实现，在它的技术参数确定后，选择何种结构型式最合适。当今大小汽车厂的总装配线多种多样，其基本结构主要有以下几种：桥式链、板式线或带支架的板式线、地拖链台车式装配线、普通悬链或推式悬链、自行小车式，或由它们中的几种互相结合起来组成总装配线。桥式链、带支架的板式线、地拖链台车式总装配线。

其他设备:汽车总装配车间除了总装配线这台主要设备外，还必须辅以其他一些设备，才能相互配合完成全部作业内容。在进行工艺设计时，要选择既能满足生产节拍，又先进可靠、价格合理的设备。起重运输设备、加注设备、密封性试验设备、打号机设备等。总装配车间内工具、工位器具、各种吊具、夹具、简易工装等。

总装工艺文件:在一定的产量条件下，根据生产节拍和装配工位数，在控制程序文件的基础上编制的每个装配工位工人的作业指导卡，是具体指导工人操作的工艺文件。

编制原则：首先应该进行工艺分析，确定工艺流程根据各种顺序要求、零部件状态、连接方式等进行编制各种物料上线的要求，及应该用的设备及吊具等零部件是否应该进行提前的分装及应该装配的状态，应该用什么样的装备各种工具、量具的应用。

尽可能的规范到最小装配单元，根据结构确定装配顺序，保证前后不干涉并能达到合理的质量保证。每道工序均应写明作业内容，不得用含糊不清的语言，质量要求、检验方法、工具设备、工位器具、物料清单、工时定额有装配关系图进行规范性的指导及说明工艺文件的不断完善及维护工作。

作业指导书：组织应为所有负责影响产品质量的过程操作人员提供形成文件的作业指导书。应在工作岗位易于得到。来自于诸如质量计划、控制计划及产品实现过程。

标准作业卡：是在对员工操作系统调查分析的基础上，将现行操作方法的每一操作程序和每一动作进行分解，以安全、质量、效益为目标，对操作顺序和时间进行标准化；通过必要的、最小数量的作业人员进行安全、准确、高效、省力的生产，达到消除浪费、提高效率的方法。

关键工序、质量控制点目的：

（1）对最终产品的性能、可靠性等方面有直接影响的工序；

（2）产品质量特殊性形成的工序；

（3）工艺难度大,质量较易波动或问题发生较多的工序；

（4）各种保安项目的控制

工序质量如何控制：用以分析和控制工序质量的技术知识的整体,其中包括整个生产过程中直接对材料、零件、部件及装配件的质量进行控制的过程，

三. 总装工艺评审方法

许多设计问题，直到产品制造时才被发现。此时设计进行更改，一方面影响开发进度，一方面造成设计成本增加。如果设计阶段，通过虚拟评审发现设计缺陷，预防缺陷产生，开发进度和设计成本的控制发挥积极作用。而工艺评审过程，正是发现缺陷并寻求方法防止缺陷产生的过程。工艺评审标准越完善，设计缺陷越能及早发现和控制。

现代化工业，越来越多的制造企业开始推行丰田的精益生产模式，缩短开发与制造周期，控制成本，减少浪费。工艺评审标准的完善，也有助于对现有生产线的维护。精益生产重点要消除的七大浪费是：过度生产、多余动作、物料搬运、等待浪费、库存浪费、过多操作、返修浪费。七大浪费工艺评审都涉及到。所以进行工艺评审无论是对设计还是对生产都有至关重要的作用[10]。

FMEA的3个评价指标：严重度(s)、频度(O)、探测度(D)。严重度评价了失效模式一旦出现会产生的什么后果，频度评价了该失效模式产生的几率，探测度评价了失效模式被发现的可能性。

零件、工具和工艺过程的失效模式分析：对七钻问题解决流程中，与生产制造人员有关的3个要素，每步工作内容按FMEA的逻辑思路进行失效模式分析，可总结出工艺评审的评审要点。

零件装配到整车这一过程，正是七钻所涉及的三要素之一：工艺过程。对工艺过程进行失效模式分析之前，需要先清楚的，工艺过程发生在生产线的哪个工位，因为需要清楚在这一工艺过程之前，有什么零件已经装到了车上。将所有零件装配的先后顺序，按工位布局进行排序，就得到了BOP(Bill Of Process，工艺流程)。

BOP确定了零件在哪个工位装配，零件装配工位确定了，则装配零件所使用工具、设备的位置也就确定了，即BOE(Bill Of Equipment，设备清单)的确定。现有生产线，新产品项目的BOP、BOE可以参考当前生产线来设计，通过工艺过程分析作局部优化；新设计的生产线或者是新改造的生产线，BOP、BOE则需要结合项目发布的制造策略和产品策略设计。

4.结束语

总装装配工艺设计，本文以某公司芜湖基地的总装车间为例，简单阐述乘用车总装车间规划设计原则，主要包含车间工艺布置原则，及总装生产线工艺、设备、物流、工艺文件等配套设备规划要求，为后续设计人员提供参考。

参考文献

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期刊——《MTM-UAS，MTM通用分析系统》，文章来源：德国MTM协会 , 2010年1月期

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期刊——作者：赵巍，《现代轿车总装车间工厂设计》，文章来源：工程建设与设计, 2002 年第2 期

期刊——作者：邓智良，《汽车总装工艺评审方法研究》，文章来源：《装备制造技术》, 2011年第9期，

期刊——作者：耿炜，《零件分拣系统SPS项目在上海通用沈阳北盛汽车的实施》，文章来源：《辽宁工业大学学报》, 187—189

期刊——作者：张荣忠，《澳大利亚丰田汽车备件物流配送系统》，文章来源：《物流技术与应用》, 2004年,113—115

期刊——作者：柏杰，陆薇，黄杰等，《神龙汽车有限公司物流技术应用》，文章来源：《工业工程与管理》，

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图书——作者：王灵仙，《汽车总装线的创史计与实践》，文章来源：陕西汽车

图书—— 作者：赵龙，《文件编写培训》，文章来源：某公司内部培训资料

图书—— 作者：胡万花，《标准化作业》，文章来源：某公司内部培训资料

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