混流轿车总装配线上物料配送的研究与实践.docx
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混流轿车总装配线上物料配送的研究与实践
第12卷第2期计算机集成制造系统V01.12No.22006年2月ComputerIntegratedManufacturingSystemsFeb.2006
文章编号:
1006—5911(200602—0285—07
混流轿车总装配线上物料配送的研究与实践
曹振新“2,朱云龙1
(1.中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110016
2.中国科学院研究生院,北京100039
摘要:
为满足混流轿车总装配线上物料及时准确的配送,分析了轿车总装工艺流程和生产特点,依据轿车零部件的形状将物料划分为3类。
研究了准时生产环境下物料配送的物料拉动系统和看板运作流程,并建立了基于现场总线技术的物料ANDON系统。
在分析总装线旁物料报警情况的基础上,提出了现场物料出现MIN/MAX时的处理方式,提出了物料断点的概念并建立了实施流程。
根据某轿车总装配流水线的实际物料需求,设计了混流装配线分布式物料管理信息系统的功能模块,以及基于J2EE平台的软件架构,开发的信息系统已应用于某企业。
关键词:
混流装配线;物料配送;管理信息系统
中圈分类号:
TP29文献标识码:
A
Researchonmaterialfeeding&itsimplementationingeneral
assemblylineofmixedmodelautomobile
CAOZhen--xinl….ZHUYun—lon91
(1.ShenyangInst.ofAutomation,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016,ChinaI
2.GraduateSch.ofChineseAcademyofSciences,Beijing100039,China
Abstract:
Inordertosatisfypunctualandpropermaterialfeedinginthemixedmodelgeneralautomotiveassemblyline,theprocessflowofgeneralautomobileassemblyandtheproductioncharacteristicswereanalyzed.TherewerethreekindsofmaterialsdependingOBautomobilepartsshapesMaterialpullsystemsandtheKanbanflowwerede—signedundertheconditionofJustInTime(JITproduction.TheAndonmaterialsystembasedOnfield——buswasestablished.ThemethodwaspresentedtodealwithmaterialingeneralassemblylinewhenevertherewasMIN/MAXbasedonalarmconditionanalysis.Materialbreakpointanditsimplementationprocedureweredefined.ThefunctionmoduleandJ2EE—basedsoftwarearchitectureofmaterialmanagementinformationsystemforthemixedmodelgeneralassemhty|ineweredevelopedaccordingtothematerialdemandofsomerealautomohiteassemblyLine,andthematerialinformationsystemhasbeenputintopracticeinoneassemblyenterprise.
Keywords:
mixedassemblylines;materialfeeding;managementinformationsystemt
O引言
随着产品多品种小批量需求的增加,越来越多
收稿日期
基金项目
作者简介的企业选择能够进行多品种混合生产的柔性生产线,以满足市场多样化的需求。
特别是以装配生产为主的企业,如汽车、电脑和玩具制造等行业,更需
Z004—12—05l修订日期:
2005—03—15。
Received05Dec.2004lacceptedl5Mar.2005
国家自然科学基金资助项目(90431003;国家重点基础研究资助项目(2002CB312200。
Foundationitem:
ProjectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundation.Chlna(No90431003andtheNationalBasicResearchProgram,China(No.2002CB312200.曹振新(1976一,男,浙江金华人,中国科学院沈阳自动化研究所先进帝j造技术实验室博士研究生,主要从事装配流水线设计、物漉管理和生产计划与调度等的研究。
E--mail:
caozx@ms.出.ac.ctl。
286
计算机集成制造系统
第12卷
要一种能够进行多品种混合装配的流水线。
这些产
品(称为一种基型、多种变型在功能和作业方式上基本相同,仅在规格、颜色、材料、配置以及型号上有
所区别。
混流装配线(MixedModel
Assembly
Line,MMAL有时也特指混合车型组装线,指在一定时间内,在一条生产线上生产出多种不同型号的产品(同一产品族,产品的品种可以随顾客需求的变化而变化“。
3。
混流装配生产线可根据市场需求,实时地进行不同变形产品的装配。
近几年来,中高档轿车产销量发展迅猛,新车型不断上市,目前国产的中高档轿车品牌主要有一汽轿车的红旗、世纪星和马自达,一汽一大众的奥迪,上海大众的帕萨特,上海通用的别克,广州本田的雅阁和奥德赛,东风和日产合资生产的风神蓝鸟,北京现代的索纳塔以及沈阳华晨宝马等。
“柔性化共线生产、精益制造技术”是一种先进的生产方式,提高了企业对市场环境变化的快速响应能力。
总装线旁的库存空间有限,只能保存少量的零件,所以需要经常性地及时补充库存才能保证高速装配线的顺利进行。
轿车在混流生产的情况下,由于不同车型共线生产,各种车型需要装配的零部件不同,物料的准确及时供应对于不同车型共线生产成为轿车生产企业重点要考虑的问题。
总装线上物
料配送把所需的物料及时准确地送到所需的装配工
位上,包括供货方进货到位于总装厂附近的物流配
送中心(LogisticsDistributionCenters,LDC储存,再配送到总装配线工位的整个物流的配送过程。
一
个好的物流系统应该能够“在正确的条件下,将正确的物料按正确的数量在正确的时刻运送到正确的地
点”[“。
1
混流轿车总装工艺流程及特点
轿车主要由车身、底盘、发动机和电器设备4大
部分组成,其装配特点是以车身为装配基体,经焊装及涂装后进入总装车间。
承担多种车型装配任务的
轿车总装流水线一般由几十个工位和连接这些工位的传动装置组成,主要有底盘线、内饰线、合装线、门
分装线及动力总成分装线等5部分,工艺流程如图
1所示。
总装配作业过程主要以零部件的安装、紧
固为主;其次是联接、压装和加注冷却液、制动液等液体,以及整车质量检测等工序。
总装线上的基本单元是工位(station,工位地址提供物料运送的位置,安排人员并提供服务,同时安排工具和设备。
流
水线传动装置以一定速度移动,各工位上的作业时
间应满足一定的节拍要求(cycletime,记为c,以
免某些工位的任务堆积而某些工位又形成工时流失。
作业分配量按工位同期化,即要求工位能力均
衡,作业时间均衡;产品按一定的速度移动,在移动中装配;线上全体员工同时作业;产品按合理化直线路径向完成方向移动。
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叉车/拖车送物捌路径
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底盘线・5
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音响
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ANDON
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图i轿车总装车间T艺流程及物料自B进路径
为实施目视化管理,总装线旁的每个工位边上
都有工位视板。
工位视板一般包括标准化操作单
(StandardizedOperationSheet,SOS、岗位指导书(JobInstructionSheet,JIS、物料数据单(Material
Data
Sheet,MDS、全员维修单(TotalProductive
Maintenance,TPM、工位准备单(Workstation
ReadinessSheet,WRS、质量检查单、签名表、标准
化工作检查表和安全人等。
SOS是一种说明工作
翌圈
第2期曹振新等:
混流轿车总装配线上物料配送的研究与实践287
顺序、工作要素和工作步骤的目视化管理文件;Jls是对sOs的补充说明和细化;MDS规定了本工位零部件的需求及在可滑动料架上的位置;TPM是在维护、生产及工程项目中分担标准化维修的责任,以最大限度地发挥设备、工具及机器生产力的活动,包括设备抢修、自主保养、计划性维修及设备改进4个方面。
沈阳别克轿车总装车间全线共有40多个工位,工位间距约2m,每个工位设有固定停止位(FixedPositionStop,FPS,各工位上的橙色胶带位置,通常设定在工位的0.7112处。
总装配工艺特点是在一条生产线上同时生产不同车型和品种的汽车,实现混流生产。
每个小组成员可以随时拉动质量ANDON和物料ANDON系统中的按钮寻求帮助,如果到达固定停止位时问题还没解决,整条生产线13动停下,直到问题解决后重新启动,以保证“不制造、不接收、不传递”有缺陷的产品。
看板系统及时供料,即生产线沿线库存一般为1.5h,厂房延伸区库存不超过2h,92%的零部件采用看板供料,8%的零件需排序供料。
为优化拖车路径问题,以及避免碰撞,物料工段根据某几个工位的物料配送进行路径编码,以安全、质量、成本、响应和组织发展为装配目标,遵循标准化、造人质量(保证本工序的质量而不影响下一工序、缩短制造周期、人员参与和不断改进的原则。
2混流轿车总装配线上物料的分类、配送方案及报警
2.1物料分类
轿车装配线上大约要用到1500多种不同的零部件,通常是将其堆放在装配线两侧的架子上,同时配备了一些零件箱,里面装有可供装配一台车所需的零件,采用“适时”输送法将其及时运送到位。
物料上线方式以拖车/电瓶车为主,少部分采取铲车上线。
在底盘合装工段完成车身与底盘发动机等的装配时,这一过程由自动导引小车(AGV和三轨输送链通过激光板同步运送完成装配。
轿车总装线上物料分类和配送方法可大致分为:
(1直接供货零件(DD/JITpullparts零件直接从供应商送到使用点,物料操作员根据供应商直接供料的窗口时间接受物料。
(2排序零件由于柔性化生产,车型颜色众多,故对某些特殊零件先进先排序后送至生产线,适用范围为各种选装件,各种颜色件以及轮胎、保险杠和座椅等占有大量空问的零件。
在关键工位确定车辆扫描顺序,及时打印排序清单;排序人员及时根据排序清单正确及时地将零件放至排序特殊料架,直接上线(无看板送料。
(3捆扎零件(bundleparts/(挂件软条形状的零件(如密封条、门饰条等采取捆(扎的方式悬挂至工位线旁料架上,采用看板拉动方式实行物料配送。
2.2配送方案
目前国内许多企业特别是在汽车行业,已广泛地应用看板管理技术取得了非常好的效果,如神龙公司开发应用的电子看板供应方式和一汽集团以准时化为主线的精益生产方式等”1。
CHOI[43针对汽车装配线提出了一种动态物料配送系统,首先根据实际的生产进度动态地估算出消耗的零部件种类及数量,然后送料工根据配送命令和车辆路径完成物料配送,而静态物流配送系统一般是根据每天早上车辆投产的顺序估算出零部件的每小时消耗量,然后进行物料配送。
如果有多个送料工均可完成某物料的配送,则配送控制器通过计算其配送准确性的时间惩罚函数来选择最合适的送料工完成工作。
Andrea[41研究了在不同看板控制策略下管理装配系统的性能评估,看板的传递数量控制装配零件的流动,用排队网络模型来计算系统的制造水平,如产品的平均通过率、不满意产品的平均延误时间等。
准时生产(JustinTime,儿T环境下的混流装配线通过调整排产顺序和混流比例来保持均匀的零部件消耗速率,Monden提出了著名的目标追踪算法”]。
物料拉动系统(MaterialPullSystems,MPS是一种先进的看板生产控制方法。
在整个生产控制系统中,一切生产活动,包括制造、搬运、交货和供应,只在需要时来触发供应商送料或从后道工序向前道工序发布生产指令。
物料搬运系统类型为:
(1物料拉动卡系统一种信号,允许根据消耗量进行内部或外部物料的搬运操作,提供一种基本物料补充系统,通过使用小型、轻便和人工搬运的料箱来实现。
(2电子拉动系统(灯板一种通过使用信号来进行的物料补充需求的拉动系统,通过借助叉车搬运大型料箱、推车或配料盘来完成。
(3料箱/推车交换系统一种物理信号,允许供应商补充已消耗的物料,在操作点无足够空间的
计算机集成制造系统第12卷
情况下放置一个料箱式推车使用。
(4料箱拉动信号系统一种以实际生产数量作为补充拉动信号的系统,在预先设定的一套零件或配送零件按照特定路径运输时使用。
物料拉动系统的原则是由使用者拉动,只提供用户需求的数量,确定零件位置的地址代码。
拉动系统流程的优先级从高到低依次排列为直接供货DD/JIT、看板卡系统、更换料箱子(dolly、物料ANDON系统与其他系统。
物料配送的拉动手段有看板和物料ANDON系统。
看板信号板,是用作补充轻、小及徒手搬运物料的通讯工具,辅助目视化管理o]。
看板的作用主要是控制适时适量的生产,它既是生产进度的时间控制,也是生产进度的数量(在制品控制。
工序一体化(即作业的标准、生产均衡化和生产的同步化是实施看板管理的先决条件。
看板连续拉动的详细标准化作业要素为:
物料管理员每天在规定的时间(如8,9,10点等到生产线上收集看板卡;将收集来的看板卡按照大、小件分开;扫描看板卡,形成拉动单;将拉动单以电子邮件形式传给LDC,或者将本次拉动单所有号码及要求到货时间,以传真形式发给I.DC;将处理后的看板卡按照路径及时段分好,用对应的拉动单包好;将看板卡目视板上各个时段中原来的看板卡依次下移一个时段;根据拉动单计算出各个路径在各个时段的拉动零件数量;根据LDC送货单计算出各个路径在各个时段的实际接受零件数量;按固定时间把配好的物料送到线旁。
ANDON系统是一套专门为汽车生产、装配线设计的信息管理和控制的多媒体自动化控制系统。
物料ANDON系统是在ANDON系统的基础上发展起来的,通过安装在工位旁边一定数量的按钮实现物料呼叫请求,并通过车间现场和物料存储区设置信息显示板来反馈生产线上的物料呼叫请求。
ANDON软件系统会实时记录下每一次物料请求发生的时间、地点和对物料请求的响应情况,并对此进行分析。
物料ANDON系统允许操作者在其工作地点提出所需零部件的请求,指示拖车/叉车操作员将此物料送到所请求的操作者生产场地。
通过在物料区内设置物料显示屏的信息显示板,实时显示物料配送信息和车间现场各工位的物料呼叫状态等信息,使物料区内的物料配送人员和叉车司机在无法目视到计算机屏幕的情况下,通过这种大显示屏系统实时地观察到当前车间内的生产和工位上物料的消耗状态,从而方便地了解自己和其他物料配送人员下一步的工作情况。
ANDoN控制系统是一个典型的建立在现场总线结构上的可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC控制系统,系统的核心是可编程控制器,大量采用了分散度高的As—I输人/输出模块。
物料ANDON系统由监控计算机、主控制柜、分控制柜、ASI网关、AS—I输入/输出模块、ANDONI。
ED显示板、拉杆箱、条码扫描器、质量控制台等组成。
沈阳别克轿车总装系统以windows2000为操作系统,采用CimplicityHMI为上位监控软件,Ms—SQL为数据库,Ms—VC以及相关PI。
c编程软件为应用软件开发工具。
系统采用EthernetTC/IP作为通讯网络(必要时可采用串行通讯方式作为补充,Profibus/ASIBus现场总线结构,GE—Fanuc/SIEMENSPLC作为其控制系统,设计轿车总装车间基于现场总线的ANDON信息系统结构如图2所示。
2.3物料报警
在接收及运送物料时一旦产生影响现场生产的操作模式时可立即现场报警。
被拉动方对拉动方的最快响应时间所设定的物料数量为现场物料MIN,库位中所允许的最大库位数量为现场物料MAX。
有以下3种情况:
①接收时发现物料短缺/错误、发现物料包装差异/接收差异或发现现场物料大批量的质量问题;②接收时出现零库存(小件;③库存低于MIN或高于MAX标准数时,现场接收人员/送料人员向班组长现场物料报警。
接警后班组长的处理方式为:
若物料为LDC,则与其联系并进行更换,要求写出问题交流报告,著物料为供应商直接供货物料,则应对现场物料进行盘点,并与当前系统库存进行核对,要求质量工程师到现场进行确认,同时向当班物料班长汇报,要求供应商对物料进行更换并写出问题交流报告;若为JIT物料,则立即联系供应商,同时将此情况告知控制室,要求按照JIT及时补充物料。
现场排序人员发现以上问题,也应向物料的段/班长报告,可参照以上方式解决问题。
若拉动单的某个零件为零库存或MIN一1时,应在第一时间向班组长汇报,班组长接警后立即与LDC进行联系;若无库存应立即上线进行盘点,及时将所盘点数量向控制室进行汇报,并将报警信息写到“零库存零件跟踪表”,就目前操作,一切零库存应立即进行盘点并报控制室,确定是否
第2期曹振新等:
混流轿车总装配线上物料配送的研究与实践
图2总装车问基于现场总线的ANIOK信鼠系统结构图
进行紧急拉动;若存在超MAX情况,在接警后应要负责解释工程更改内容并为相关部门提供技术文
求配送中心进行库存调整,按溢库物料操作流程操作。
3混流轿车装配线上物料断点的定义及实施流程
由于轿车产品的不断更新和混流装配,相应的零部件也要发生更替。
本文定义新旧零件号的交替点为物料断点。
为及时正确地实现工程更改在物料方面的实施,物流计划部负责编制由于工程更改在物料方面适用于车间物料断点的实施流程,以明确各相关部门的职责,如物料断点管理流程、断点实施通知单和零件过时指令等相关文件。
物流计划部的规格控制工程师负责召集物料断点例会,并在会上与各相关部门协调断点时间与数量。
计划员根据预测断点调整采购计划;采购部门负责断点新旧零件的合同更新;库存工程师负责提供准确的库存信息并在系统中及时更新;物流计划部的物流管理员负责将断点零件及时送至装配线旁;制造部门负责对断点进行及时的了解并反馈给规格控制工程师,并及时更新MDS及相关工艺文件;整车厂断点协调员负责在断点后一天内将断点发生车辆的序列号以断点实施反馈单形式返回给规格工程师;进口件在收到最后一批物料之后,规格管理工程师向库存工程师发布盘点指令进行盘点,以预测断点;产品工程件;质量部负责跟踪断点实施状况;规格管理工程师协调部门意见发布“零件过时指令”,该指令是指导断点旧零件处理的惟一指令。
若断点后1个月尚未处理意见,应将现场的旧零件返回LDC。
国产件和进口件在与供应商协调好最后一批旧零件发货数和时间后,规格管理工程师向库存工程师发布盘点指令进行盘点,以预测断点。
白车身总成变化影响总装配时,应由产品工程及时更换零件号,以便于断点零件的跟踪,物料断点实施流程如图3所示。
(1如果老零件断点后不再使用,计划物流部在提醒单中不作标志;如果断点后老零件在其他工位或者其他车型中还继续使用,在提醒单中表明标志,各断点协调人根据实际情况在提醒单中对新老零件的使用状况做出详细说明。
(2RDC首次将断点新零件送达总厂时应悬挂醒目的“断点新零件”目视标牌,以后送达则无需悬挂。
供应商首次送达物料配送中心时,LDC的断点新零件也必须悬挂“断点新零件”标牌,以后新零件送达时同样无需悬挂。
(3供应商交货计划单和拉动单上断点老零件的需求数量大于供应商库存时,供应商应自动用断点新零件将需求数量补足并在交货时说明情况。
断点新零件的具体拉动时间和数量由工段断点负责人
视老零件的库存及库位能力而定。
290计算机集成制造系统第12卷计划物流部将断点预洞发布翁近修供应商、质量工程师等相关功能块计划物流部向各车『日』断点协调人发布“物科断点实旆提醒单”向再车间断点协调凡将“提醒单”及时发布划工段断点负责人和RDC.根据“提醒单”中提供的信息对断点新、老零件的使用状况做出洋细说明,并打印在看扳卡、线旁标签等。
谨粼茹鼍‰,断点老零件是否用竞?
V上Yes将老零件Hj完正使用耨零件。
完成系统新、老零件的切换结束/弋断点老零件是_蕾用完?
Yes轰譬鉴麓i奋蔷麟嚣生产拧制室,控制室通知相关部门快速采取响麻断点老零件满足生产?
[段点负责人通知初科扣动人员在合适的时机向RDC发出短点老零件“清仓拉力单”,井同时拉动适量的断点新零件(保证断点新、老零件顺畅切换)J=段点负责人通知物料拉动人员在合适的时机向RDC扣动适量的断点新零件(保证断点新、老零件顺畅切换)工段点负责人及时将断点老零件库存的异常情巩报知控制室,摔制室通知相关F/u快速采耳z措施,席确保断直的顺利进行Roc收到断鱼老零件的清仓拉动单后存规定的时间内对老零件进行清仓,清仓完成后在清仓单上注明“已清仓”。
RDC按拉_动单上拉动数量发运新零件,井悬挂醒目的“断点新零件”标牌毒髓鞣键茹黼时变由断点协调人整理存档各工段负荫人完成断点新、老零件在扣功系统中的切换结束图3物料断点及实施流群RITC收到断点老零件的清仓拉动单后.按拉动单1.托动数量发运新零件,并悬挂醒目的“断点新零件”标牌嚣童耋弦)粤工段接受断点新零件按“提醒单”中的要求实施断点,物料员完成系统新、老零件的切换请求工位的名称和发出物料请求的时间等信息。
物4总装配线上物料配送管理信息系统的开发物料配送管理信息系统(MaterialManagementInformationSystem,MMIS)在多品种的情况下应料配进信息内容包括需要配送物料的相关信息,包括零件名称、零件代号、配送数量、配送目的位置的地址代码、物料在库房的货架号等。
管理信息系统的开发流程一般包括信息系统功能定义、确定系统的体系结构、建立系统的统一化建模语言(UnifiedModelingLanguage,UML)模型、选择合适的开发软件平台、编程、调试、现场安装、系统联调、培训与满足任意车型的供料需求,将各种物
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