（载运工具运用工程专业论文）半挂车混流装配线的应用优化研究.pdf

摘要 随着我国产业政策的调整，近几年汽车工业迅速发展，其中半挂车的产销量也快速 增长，并在未来几年内半挂车的保有量会稳步上升。随着市场的发展，用户对车型品种 的需求呈现多样化的趋势，以及半挂车本身就具有多品种、小批量的生产特点，可以在 半挂车的生产中引入混流装配的生产方式。混流装配生产是准时制生产方式的一种，指 在一条装配线上同时进行多种车型的生产，这种生产方式对整个生产系统的要求比较 高，要求各零部件、组装模块按节拍准时进入生产线。 对混流装配线进行优化调度是提高混流装配线生产效率的一种有效方式，本文对混 流装配线优化调度的四种目标函数进行了概述，并建立了以各零部件的使用速率均匀化 为目标的数学模型。混流装配线的调度问题是一个比较复杂的组合优化问题，在对求解 组合优化问题的各种优化算法进行分析比较之后，选定蚁群算法作为混流装配线调度问 题的优化算法。 蚁群算法是一种模拟自然界蚂蚁觅食的优化算法，在求解组合优化问题时具有全局 收敛性好、求解质量高的优点，比较适合较大规模的组合优化问题的求解。本文对蚁群 算法的原理、特点、实现方式等进行了叙述，分析了相关参数对蚁群算法的影响，并通 过示例详细说明了蚁群算法的求解步骤。在对半挂车生产方式进行简述的基础上，成功 地运用蚁群算法对半挂车混流装配调度问题进行优化求解，建立了半挂车混流装配线优 化调度系统，并通过示例进行演示说明运行步骤，同时将蚁群算法得到的目标函数值和 其他一些优化算法所得到的目标函数值进行比较分析，说明运用蚁群算法求解混流装配 线调度问题是合适的。 关键字：混流装配线，优化调度，蚁群算法，半挂车生产 a b s t r a c t w i t ht h ea d j u s t m e n to fc h i n a i n d u s t r yp o l i c i e s ，t h ea u t o m o b i l ei n d u s t r yi sd e v e l o p i n g r a p i d l yi nr e c e n ty e a r s t h en u m b e ro fp r o d u c t i o na n ds a l e so fs e m i t r a i l e ri si n c r e a s i n g r a p i d l y t h er e t a i nn u m b e ro fs e m i t r a i l e rw i l ls t e a d yi n c r e a s ei nt h en e x tf e wy e a r s w i t ht h e d e v e l o p m e n to ft h em a r k e t ，t h en e e d so fu s e r sa r ed i v e r s i t ya b o u tm o d e lv a r i e t y , a sw e l la st h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h es e m i t r a i l e ri sm u l t i v a r i e t i e sa n dl o w - v o l u m e ，s ot h ep r o d u c t i o nm e t h o d o fm i x e d m o d e la s s e m b l yc a n u s ei nt h e p r o d u c t i o no fs e m i t r a i l e r t h ep r o d u c t i o no f m i x e d m o d e la s s e m b l yi so n eo f j u s t i n t i m ep r o d u c t i o nm e t h o d s i tr e f e r st oa na s s e m b l yl i n e p r o d u c eav a r i e t yo f m o d e l sa tt h es a m et i m e t h i sp r o d u c t i o nm e t h o dh a sr e l a t i v e l yh i g h r e q u i r e m e n tt ot h ee n t i r ep r o d u c t i o ns y s t e m i tr e q u i r e st h a tt h ep a r t sa n dm o d u l e sa s s e m b l y j o i ni n t ot h ep r o d u c t i o nl i n eo nt i m ea c c o r d i n g t ot h eb e a t o p t i m i z a t i o ns c h e d u l i n gi sa ne f f e c t i v ew a yt oi m p r o v et h ep r o d u c t i v i t yo fm i x e d - m o d e l a s s e m b l yl i n e s t h i sa r t i c l eo v e r v i e w st h ef o u ro b j e c t i v ef u n c t i o n so fo p t i m i z a t i o ns c h e d u l i n g o nm i x e d m o d e la s s e m b l yl i n e s ，a n de s t a b l i s h e sm a t h e m a t i c a lm o d e li nt h eg o a lt h a t p r o d u c t i o nl i n es h o u l de n s u r eu n i f o r ma b o u tt h eu s er a t eo fv a r i o u sc o m p o n e n t s t h em i x e d m o d e l a s s e m b l yl i n es c h e d u l i n gp r o b l e m i sac o m p l i c a t e dc o m b i n a t o r i a lo p t i m i z a t i o n p r o b l e m a f t e ra n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gav a r i e t yo fo p t i m i z a t i o na l g o r i t h mo fs o l v i n g c o m b i n a t o r i a lo p t i m i z a t i o np r o b l e m s ，i ts e l e c t sa n ta l g o r i t h ma st h eo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m f o rs o l v i n gt h em i x e dm o d e la s s e m b l yl i n es c h e d u l i n g p r o b l e m a n ta l g o r i t h mi sa no p t i m i z a t i o na l g o r i t h mo fs i m u l a t i n gn a t u r a la n t - f o r a g i n gr u l e s i t h a st h e a d v a n t a g e s o fg l o b a l c o n v e r g e n c ea n dh i g h q u a l i t yi ns o l v i n gc o m b i n a t o r i a l o p t i m i z a t i o np r o b l e m s i ts u i tt os o l v el a r g e - s c a l ec o m b i n a t o r i a lo p t i m i z a t i o np r o b l e m s t h i s a r t i c l eo v e r v i e w st h ea n ta l g o r i t h ma t f i r s t ，i n c l u d i n gp r i n c i p l e ，c h a r a c t e r i s t i c s ，i m p l e m e n t m e t h o d sa ss oo n ，t h e na n a l y s e st h er e l e v a n tp a r a m e t e r si nt h ei m p a c to fa n ta l g o r i t h m ，f i n a l l y d e s c r i b e si nd e t a i lt h es t e p so fs o l v i n gt h ea n ta l g o r i t h mt h r o u g ha ne x a m p l e o nt h eb a s i so f o u t l i n i n gt h ep r o d u c t i o no ft h es e m i t r a i l e r , i tu s e ss u c c e s s f u l l ya n ta l g o r i t h mt os o l v e s e m i t r a i l e r sm i x e dm o d e la s s e m b l yl i n es c h e d u l i n gp r o b l e ma tf i r s t ，t h e ne s t a b l i s h e st h e o p t i m i z a t i o ns c h e d u l i n gs y s t e mo fs e m i - t r a i l e r sm i x e d m o d e la s s e m b l yl i n e s ，f i n a l l y d e m o n s t r a t e so p e r a t i o ns t e p st h r o u g ha ne x a m p l e c o m p a r i n gt h eo b je c t i v ef u n c t i o nv a l u eb y a n ta l g o r i t h mw i t ht h eo b je c t i v ef u n c t i o nv a l u eb ys o m eo t h e ro p t i m i z a t i o na l g o r i t h m ，t h e c o n c l u s i o ns h o w st h a ti ti sa p p r o p r i a t et ou s ea n ta l g o r i t h mi nt h em i x e d m o d e la s s e m b l yl i n e s c h e d u l i n gp r o b l e m k e y w o r d s ：m i x e d m o d e la s s e m b l yl i n e s ；o p t i m i z a t i o ns c h e d u l i n g ；a n ta l g o r i t h m ； s e m i t r a i l e rp r o d u c t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：灰召 刁引- 月汕 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：刀乏召 导师签名： 彳 殳叉 1 日户 ，7 多 多 瑚朋 年严 彳，冶 妒 厶 k 蜜大学硕上学论女 1 1 选题背景和意义 第一章绪论 近几年来由于国家产业政策的不断调整，我国汽车工业迅猛发展，各类汽车产销量 年年攀升，我国汽车产销量从2 0 0 1 年的2 0 0 多万辆起步，到2 0 0 7 年汽车产销量达到8 8 8 万辆( 如图11 所示) 。我国汽车工业正在由汽车工业大国向汽车工业强国转变，汽车工业 正在迅速成为我国国民经济的主要支柱产业之一。据专家估计，目前汽车的产能是1 0 0 0 万辆，年，到2 0 1 5 年左右将达到2 0 0 0 万辆，年，我国汽车工业的高速发展还将保持一个 较长时期。 辆嬲0 0 0 0 0 0 ( 叶廿廿廿廿抖廿抖廿廿廿廿抖抖廿廿抖 目目女g i 叵圈j 夏至亟西耍亟 图l 1 我国汽1 ：产量增长志势 在汽车整体行业整体形势的带动下，半挂车的年产量也呈现快速增长的趋势，根据 中国汽车工业年鉴1 1 】的统计数据，国内半挂车年产量从2 0 0 1 年的3 0 9 6 5 辆发展到 2 0 0 6 年的8 9 3 3 2 辆，近几年半挂车产量如表11 和囤1 2 所示，各类型的半挂车产量如图 13 所示。 表1 1 近几年半挂车产量的统计表 2 0 0 12 0 0 22 0 0 3 i 2 0 0 4 2 0 0 6 半拄车 3 0 9 6 54 6 3 3 05 2 8 9 3 i 9 5 9 7 7 8 9 3 3 2 超重型 6 4 7 81 3 4 6 11 8 2 4 61 7 5 5 5 重型 9 3 4 51 5 4 2 81 5 8 5 44 4 7 3 3 中型 1 4 2 6 01 6 1 9 71 7 4 9 83 1 1 9 31 1 7 4 7 轻型 8 8 21 2 4 41 2 9 5 2 4 9 6 9 1 6 第一章绪论 图1 , 2 近几年半挂车总产量图 图1 3 近几年各类型半挂车产量图 近年来，我国高速公路的飞速发展，为重型汽车的广泛应用创造了得天独厚的条件。 凼此，大吨位重型运输车( 尤其拖挂运输车1 在公路运输中的地位将进一步加强。政策上， 国家把发展集装箱车、厢式货车、特种半挂车、载重在8 吨以上的重型柴油货车和加快 普通敞篷货车的厢式化列入道路运输业发展规划纲要1 2 1 。在制定了一系列优惠政策 以后，货运市场对重型车和半挂车需求的增长已成必然趋势，半挂车已经成为道路货运 的主要运输工具而半挂车制造业也已经成为汽车工业的重要组成部分。 从国外汽车工业的发展来看，载货汽车专用化的发展趋势比较明显。在美国，厢式 半挂车占半挂车总销量的7 0 ，而且到目前为止它仍然是美国交通运输的主流工具。目 前我国的厢式半挂车在整个半挂车总量的比重仅为2 9 ，与美国厢式半挂车的比重正好 颠倒，而我国即将制定完成的大型车辆运输收费政策，其中太部分所参照的都是美国的 运输管理系统，而这一政策的出台将拉动我国半挂车的社会需求量快速增长。因此，载 长安大学硕。i ：学位论文 货汽车专用化也必然是我国汽车行业的发展趋势，而半挂车系列产品作为商用运输车的 主要产品，在今后几年内必将迅速发展。 目前，我国半挂车的市场份额占全部载货车的3 0 左右，与发达国家半挂车市场占 有率相比，仍有很大差距。2 0 0 6 年，半挂车占全部载货车市场份额达到3 5 ，据有关 部门对“十一五”末期的市场预测，到2 0 1 0 年半挂车占全部载货车市场份额将超过半数 以上，重型货车需求量将达到6 5 万辆以上。同时，随着国民经济的进一步发展，国家 实施西部大开发和振兴东北老工业基地战略，近几年国家陆续颁布实施一系列规定如 超限车辆行驶公路管理规定 3 1 、关于公布取消部分交通和车辆收费项目的通知1 4 、 道路车辆外廊尺寸、轴荷及质量限值【5 1 、关于降低车辆通行费收费标准的意见 6 1 、 汽车产业发展政策t t 等，这些政策都促进了我国专用汽车的发展，因此，我国半挂 车市场的前景将十分广阔。 随着汽车市场的发展，用户对汽车提出了越来越多的个性化需求，因而汽车产品改 型越来越快，品种系列越来越多，半挂车作为专用汽车的一种也不例外，其衍生的车型j 品种也很多。此外，半挂车的结构特点非常复杂，一个半挂车生产企业不能具备生产所 有零部件的能力，必然需要大量装配其他专业厂( 配套厂) 和零部件生产厂的装配件( 汽 车零部件) ，如果按照一条生产线装配一种车型，必将导致生产线的大量增多，这样不 利于生产的组织和实施。混合车型组装线( 即混流装配线) 是一种多车型共线装配的生 产方式，可以实现不同品种、不同规格的车型共线生产，考虑到半挂车多品种、小批量一 的生产特点，可以将混流装配线用于半挂车的装配生产。 本课题来源于长安大学与陕西一家大型国有企业合作的专用装备制造项目，目的是 规划一个专用汽车制造基地，包括半挂车、罐式汽车、厢式汽车的生产，在半挂车生产 厂房内布置有半挂车的下料、焊装、总装及涂装生产线，其半挂车装配生产就计划使用 混流装配线。 混流装配线是相对于传统的大批量生产的单一装配线而言的，所谓混流装配线 ( m i x e d - m o d e la s s e m b l yl i n e s ) 【8 】，是指在定时间内，在一条生产线上生产出多种不同 型号的产品。在混流装配线上，产品的品种可以随用户需求的变化而改变，因此，它能 在不引起大的产品库存变化的条件下满足用户的多样化需求。混流装配线是准时制生产 方式( j i t - j u s ti nt i m e ) 的具体应用之一【9 】，多品种混流装配生产模式是企业提高装配生 产线柔性、提高企业竞争力的有效方式，如神龙汽车公司的总装生产线要生产5 0 多种 车型，包括毕加索，富康，爱立信，东j x l 标致，千里马等，每小时要下线2 4 辆车，每 第一章绪论 个工位的平均节拍是2 5 分钟，每辆车在线上的停留时间大约是8 小时【l 训。日益增加的 产品多样化需要一个动态、快速、低成本的生产系统支持，如何设计出多品种的混流装 配线，如何使装配线随着市场变化高效地运作等等都是企业所面临的重要课题。在半挂 车生产中使用混流装配线，不仅符合半挂车多品种小批量的生产特点，还能充分发挥装 配生产线的生产潜力，缩短生产周期，提高生产效率。本文就是针对半挂车生产中使用 混流装配线进行优化分析和研究。 1 2 国内外研究现状 准时制生产方式( j i t ) 是目前国内外大型汽车制造企业所主要采用的生产模式， 汽车混流装配线研究是j i t 生产方式的核心问题，而组织多品种混流生产的关键是实现 产品生产的平准性，保证均衡生产，即同时在品种和数量上实现混流加工生产，使混流 生产线达到最优化。通过对混流生产进行优化研究，可以更好的发挥j i t 生产方式的优 势，能更好的满足市场多品种、小批量的需求。国内外对混流装配线的研究主要希望达 到三个目标【1 1 】： ( 1 ) 使混流生产线上每个工位的总装配时间均衡化； ( 2 ) 使混流生产线上各零部件的使用速率均衡化； ( 3 ) 使混流生产线中总装配线传送带的停止时间最小化。 提高混流装配线生产效率的基本方法是利用有效的算法解决混流装配线的调度排 序问题( m i x e dm o d e la s s e m b l yl i n es c h e d u l i n gp r o b l e m ，简称m m a l s 问题) ，对该 问题的研究主要集中在两个方面：一是目标函数的选取；二是优化算法的选取。 1 2 1 国外研究现状 国外对汽车混流生产线的研究起步较早，1 9 6 1 年，k i l b r i d g e 和w e s t e r 首次提出了 混流生产线的概念以及混流生产线的两种类型。 1 9 6 7 年，t h o m o p o u l o s 1 2 】建立了关于负荷平衡的以最小总惩罚代价( 比如：空闲时 间和工作时间) 为目标的数学模型并用启发式算法进行了求解，他考虑的目标是最小化 总亏损，在1 9 7 0 年他运用组合优先图的方法把混流生产线转化为单一型流水线来处理， 并把单一型流水线的平衡技术和方法运用到混流生产线上，首次解决了混流生产线的平 衡问题。 1 9 7 6 年，d a r - e 1 3 】对混流线的分类及主要特征进行了详细论述，如工作站的类型、 4 长安大学硕上学位论文 输送系统、产品的投放规律等，并提出以最小化装配线总长度为目标。 j m i l t e n b u r g 【1 川( 1 9 8 9 ) f g iwk u b i a k 1 5 1 ( 1 9 9 3 ) 等人提出以保持装配线上零部件恒定 的上线速率作为调度问题的目标，并使用“目标追踪法”进行求解。j f b a r d ( 1 9 9 4 ) 1 6 1 等 人提出了一种由零部件使用速率均衡和最小化装配线长度两个目标组合而成的目标函 数，并用相邻交换、禁忌搜索算法、启发式算法进行求解。c h u l 1 7 】考虑了最小化超标工 作时间、保持均匀的零部件消耗速率和最小化调整费用等因素，并使用一种新的基因遗 传算法求解多目标排序问题。b u k c h i n 1 8 】等人研究了基于订单生产条件下的混流线生产 平衡问题，并建立了数学模型和使用遗传算法进行求解。加州大学的l o w - y u hl e u 悖】 等人介绍了一种基于遗传算法的人工智能方法，这种算法优于单纯的遗传算法。c h u lj u h y u n 2 0 】等人对遗传算法进行了改进，寻找一种n o n d o m i n a t e d 问题的解决方法，并应 用到混流装配线调度中。s u m i c h 2 1 1 使用5 种启发式算法对混流装配线进行排序，并用装 配线的四个评价指标( 未完成工作量、空闲时间、工作时间、零部件使用的变化率) 进 行对比分析。 1 9 9 1 年，意大利学者m d o r i g o 冽等人提出了一种新的模拟进化算法蚁群算法， 是一种基于群体、用于求解复杂组合优化问题的通用搜索算法。该方法首先应用于求解 t s p 问题【2 3 】，并在一系列问题中得到运用，如二次分配问题【2 4 】、图着色问题、j o b s h o p 调度问题【2 5 】等，后来在混流装配线的调度优化中运用。 此外还有很多人对混流装配线问题进行研究，如：m i t s u m o r i ( 1 9 6 9 ) 2 5 1 提出通过最大 化最小工作补给达到最小化停线风险，m a c a s k i l l ( 1 9 7 3 ) 2 6 1 通过计算机仿真来分析，y a n o ( 19 9 1 ) 【2 7 】等人通过最小化工作载荷来研究，r a r d ( 19 9 2 ) 2 8 1 则建立了混流装配线的解析框 架，m a r i ac a r i d i 【2 9 】等人依据自创的a g e n t 理论提出建立m u l t i a g e n t 系统解决混流装 配线的调度问题等等。 1 2 2 国内研究现状 国内对混流装配线问题的研究起步较晚，一般都是以国外的一些研究成果为基础进 行进一步的研究，但是随着汽车行业发展以及混流生产线的应用越来越广泛，越来越多 的人对该领域进行研究。 1 9 9 3 年，王卫民【3 0 】根据柔性装配系统中柔性装配单元规划的实际情况，用改进了的 遗传算法进行了柔性装配单元的规划，并以摩托车发动机柔性装配单元为实例进行了验 证。 5 第一章绪论 1 9 9 6 年，徐贤涔3 1 】等人运用循环排序方法，结合产品加工时间和产品需求这两个参 量，建立了企业混流生产线或装配线上计划平准化问题的数学模型。 2 0 0 0 年，赵伟【3 2 】等人建立了多级混流装配线调度模型，使用遗传算法和模拟退火法 进行求解，并与目标追随法的求解结果进行比较。 2 0 0 2 年，孙新宇【3 3 】以丰田公司的调度目标函数( 均衡各零部件的使用速率) 为目标 函数，应用蚁群算法解决了小规模混流装配线调度问题。 2 0 0 3 年，易东波【3 4 】在均衡生产速度的要求下建立数学模型，并运用目标追随法对排 产模型进行求解，得出混流装配线的最终排产序列。 2 0 0 6 年，刘晋浩和侯东亮【3 5 】对求解混流装配线平衡问题的几种典型算法进行了分 析，比较各种算法的优缺点及应用情况，并提出了混流装配线的发展趋势和进一步研究 的问题。 此外对混流装配线调度问题还有其他一些专家学者进行研究，如宋华明和韩玉启 ( 2 0 0 2 年) 【3 6 】分别使用模拟退火算法对典型的排产案例进行求解和使用遗传算法对装配 线平衡的数学模型进行求解；董建华( 2 0 0 3 年) 3 7 】使用一种结合遗传算法和禁忌搜索算 法的混合算法对混流装配线的排序问题进行求解；叶明( 2 0 0 6 年) 【3 8 】根据改进蚁群优化 算法针对多目标汽车排产模型进行描述，并提出了一个整体的解决策略等等。 由于在我国半挂车生产的自动化程度不高，应用于半挂车生产的混流装配线较少， 涉及半挂车的混流装配线研究很少，所以本文关于半挂车混流装配线的研究是以已有的 混流装配线研究为基础，结合半挂车的生产特点进行理论分析。 1 3 本论文的体系结构 本文所研究的是以各零部件的使用速率均匀化为目标的汽车混流装配线调度优化 问题，在优化过程中采用蚁群算法，并在半挂车的装配生产上应用。本论文从课题调研、 理论概述、研究应用等方面完成以下工作： ( 1 ) 分析了我国半挂车的发展趋势，介绍了国内外汽车混流装配线的研究现状和 研究方法，并在此基础上提出本论文的研究出发点和研究目的。 ( 2 ) 阐述了汽车混流装配线的概念、系统组成及特征，说明了混流装配线调度的 各种目标函数，并建立数学模型。 ( 3 ) 对各种求解组合优化问题的算法进行分析比较，并选用蚁群算法作为本文进 行优化分析的算法。 6 长安大学硕士学位论文 ( 4 ) 把混流装配线调度问题抽象成有向图，利用蚁群算法对混流装配线调度问题 进行求解，通过示例说明求解的步骤和流程。 ( 5 ) 结合半挂车的生产特征，在半挂车的装配生产中运用混流装配线，并对半挂 车的投产序列进行优化调度。 本论文体系结构如图1 4 所示。 图1 4 论文结构图 7 第二章汽车混流装配线概述 2 1 汽车生产系统 第二章汽车混流装配线概述 2 1 1 汽车生产方式 汽车的发明和最初的大量生产出现在欧洲，当时汽车的生产方式是原始的单件生产 方式，在其后汽车工业的发展历史上汽车的生产方式发生过两次重大变革，第一次是美 国福特公司的福特生产方式，即大量生产方式；第二次是日本丰田公司的丰田生产方式， 即精益生产方式。生产方式的变革对世界汽车工业的发展有巨大的推动作用，根据生产 规模的不同企业可以采用不同的生产方式，三种生产方式的特性【3 9 】比较见表2 1 。 表2 1 汽车生产方式的特性比较 特性单件生产方式大量生产方式 精益生产方式 简单，应用非标准的复杂，应用标准件，专高度柔性生产，应用标准尺寸的零 工艺零部件，通用工具设片j 机床，在改制新产品部件和系统总成，很容易生产改型 备。时要很多时间和费用。产品。 熟练的设计人员，熟练 小组组织，多面手工人，不仅可操 和半熟练的可更换的生 作多台、多种设备，还可作简单维 劳动力高度熟练的技工 产人员，每人有单一任修，人人对产品负责，人人参与管 务。 理。 与用户和协作厂关系 松散关系，在总装厂内 与用户和第一层协作厂关系密切， 协作厂关系紧密，大多数协作厂 有大量库存，以便在协 作厂发生变化时生产连 共同开发，应用准时化送货系统， 位于一个城市。尽量靠近协作厂和用户。 续进行。 产量 非常低极高极高 非常宽，产品按照用标准设计，品种少，变 产品品种大大增加变型车的品种。 户的特定要求。型少。 2 1 2 汽车生产工艺过程 生产过程指直接改变劳动对象的物理和化学性质，使之成为产品的过程，即直接制 造产品的工艺过程。生产过程是由各个阶段组成的，主要包括毛坯制造( 铸造、锻造) 阶段、零部件加工( 切削、冲压成形) 阶段和装配阶段，汽车生产工艺流程见图2 1 。 8 长安大学硕士学位论文 图2 1 汽车生产工艺流程图 在汽车的生产过程中要合理的组织好生产中的各个阶段和工序，最大限度的发挥企 业的生产能力，避免劳动力和生产设备的闲置浪费。汽车生产中组织生产工艺过程的具 体要求有： ( 1 ) 连续性。指产品生产过程各个阶段、各个工序之间的流动在时间上是紧密衔 接的，不发生或很少发生中断现象。劳动对象在整个生产过程中始终处于运动状态，尽 可能减少迂回和往复，并注意提高生产的机械化、自动化水平。 ( 2 ) 平行性。指产品生产过程各个阶段、各个工序实行平行作业，平行地完成各 个工序和生产过程。这需要合理布置车间、工段、班组等生产环节，使生产过程的各个 组成部分、阶段、工序以及产品的各个零部件的生产都能同时在不同的空间内进行。 ( 3 ) 比例性。指各基本生产和辅助生产、各工艺阶段和各工序之间、各生产要素 之间都要根据产品要求保持一定的比例关系。 ( 4 ) 节奏。指产品生产过程各个阶段和各个工序，在相同的时间间隔内，所生产 的产品大致相同或均衡递增，实现均衡生产，这样可以使工作设备负荷均匀，有利于充 分利用企业资源，提高产品质量，利于生产稳定进行。 ( 5 ) 经济型。指产品生产全过程要体现节省精神。生产过程的布置形式和组织形 式具有灵活性，能适应市场变化，以最小的劳动消耗取得尽可能大的经济效果。 2 1 3 汽车装配生产 汽车产品通常结构复杂，生产批量较大，为了保证生产质量，提高劳动效率，根据 产品的结构特点，从装配工艺角度将汽车产品分解成为可单独组织装配生产的单元，以 9 第二章汽车混流装配线概述 便合理的安排人员、设备和工作地点，组织平行、流水作业。 汽车的装配生产从组织形式上可分为固定式装配和流水式装配。 ( 1 ) 固定式装配 固定式装配指装配对象的基础件安放在固定工位上，工人将零件和总成按次序逐一 安装，最后形成成品的装配方式。在装配过程中允许对零部件进行加工、修理和选配， 装配以手工操作为主，一般不采用复杂的工艺设备。 ( 2 ) 流水式装配 流水式装配指产品随输送装置在多工位生产线上按装配顺序由一个工位向另一个 工位移动，在每个工位按工艺规程完成一定的装配工序，最后完成整个产品的装配形式。 流水式装配将整车各个零部件划分为一个个工序，每个工位完成若干个工序内容，并配 备必要的设备和工具。根据产品在生产线上的移动是自由还是强制可分为自由流水式和 强制流水式。 1 ) 自由流水式：产品在工序间移动没有严格的时间要求，生产的节拍不在单一产 品中体现，允许工序间存在产品积存，使生产有一定的柔性。 2 ) 强制流水式：产品在工序间移动以某种形式的机械化输送装置来实现，有严格 的节拍要求。强制流水式又分为间歇式移动和连续式移动两种，强制间歇式流水装配指 产品在输送装置上完成周期性移动后，工人在该工位上对每个产品完成同一装配工序， 而后产品按节拍要求进行下一周期的移动；强制连续式流水装配指产品按严格的生产节 拍在输送装置上连续缓慢移动，工人在固定区域范围内按节拍时间要求完成规定的装配 工序。 2 2 汽车混流装配线系统 2 2 1 汽车混流装配线的概念 流水装配线最初的作业方式是单一品种的流水作业，发展到现在出现了多品种混流 装配的作业方式，混流装配线有时也称为混合装配系统。由于对混流装配系统研究的时 间还不够长，而且混流装配系统的发展形式多样，所以对混流装配系统的概念还没有统 一的定义。对于混流装配系统a e 欧文是这样描述的：“混合装配系统是柔性装配系统 的一种实现形式，是柔性装配设备、物流储运装置、计算机控制调度系统和必要的生产 管理人员所组成的用于满足多品种共线生产的一种柔性装配系统，它包括多个柔性装配 工作单元，能根据装配任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、小批量生 1 0 长安人学硕士学位论文 产。a e 欧文的定义主要侧重于柔性化的装配设备，可以说柔性化的装配设备是混流装 配生产系统的重要组成部分。综合目前的研究可以认为：混流装配生产系统是一种运用 于装配生产领域的生产组织与运作的方式，可以很好的满足用户对产品多样性的需求， 解决企业多品种、小批量生产的问题。 在混流装配线上要实现不同品种的产品混合、连续地进行，因此混流装配线要求生 产线上的产品一般是模块化设计的系列产品，而且这些产品的装配方式基本相同，仅仅 在规格以及型号上有所区别。在汽车、家电工业中，同一系列的产品在装配生产过程中 大部分的装配工序是相同的，所以更换产品品种时不需要完全更换生产线，只需要对生 产线进行比较小的调整，因此混流装配比较适合于汽车生产领域，在一条汽车装配线上 能同时装配多种车型。 2 2 2 汽车混流装配线系统的特点 汽车混流装配线是一个完整的系统，在计算机的控制下具有高度的协调性，不同的 设备相互联系，通过计算机的协调构成一个有机整体。一条复杂装配生产线的动态特征 可以归结为： ( 1 ) 汽车装配线的状态只在离散时间点上发生跃变，其他时刻保持不变； ( 2 ) 汽车装配线的状态变化具有异步性和并发性； ( 3 ) 汽车装配线的状态变化往往呈现不确定性，具有随机性； ( 4 ) 汽车装配线服从的是人为的逻辑规则。 混流装配线系统本质上就是一个信息处理系统，混流装配生产线由各种各样的信息 源和大大小小的信息加工单元组成，按照时间先后关系，被加工的信息在信息单元之间 形成一定的流程。因此，汽车混流装配线生产系统其实就是一个多品种小批量的准时制 生产系统( j n ) ，汽车混流装配线生产系统具有以下特征： ( 1 ) 生产品种的多样化。汽车车型与品种较多，而且生产的数量有所不同。 ( 2 ) 生产过程的复杂化。由于各种车型所需要的零部件有所不同，所以零部件进 入生产线的时间需要准时化。 ( 3 ) 生产环境条件的多变性。生产计划中，车型的规格及数量经常发生变化，有 时甚至会出现特别紧急的订单，所以混流装配线会发生外购件短缺、供货不及时等意外 情况。 ( 4 ) 生产计划的变动性。为了满足市场上不同客户对产品多样化的需求，车辆在 第一二章汽车混流装配线概述 装配中需要根据需求进行配置，因此，混流装配线上生产计划会经常发生变化，而在生 产中实现工艺计划和进度计划的最优匹配是一项复杂的任务。 ( 5 ) 生产管理的动态性。由于设备故障、人员缺勤、熟练程度不同等客观问题的 存在，具体任务在组织实施生产的过程中可能出现多种变故，如果仅仅依靠传统经验或 凭直觉来管理，很容易陷入管理混乱的状况，因此混流装配线上必须要做到规范化管理。 2 2 3 汽车混流装配线系统的组成 汽车混流装配系统不仅包含生产所必须的物理设备，而且设备之间是通过物料流和 信息流联系起来的，最终形成一个有机整体。混流装配系统一般由三部分组成：生产设 备，物流系统和生产控制信息系统，其构成框图如图2 2 所示。 图2 2 汽车混流装配线系统的构成 ( 1 ) 混流装配线生产设备 物理生产设备是组成混流装配线的基础，也是实现各种加工生产的必要条件。生产 设备通常是指制造、加工设备和存储单元等有形实体，如机床、夹具、机器手、被加工 件等。另外，混流装配线需要配备必要的生产辅助设备与质量检测工具，这些可以根据 具体的加工生产进行配备。 ( 2 ) 物流系统 在混流装配系统中物流系统指混流装配生产线上物料的调运系统，包括工件、工具 的搬运、流动等，在一件产品的生产过程中，只有一部分时间是用于机械加工，很大一 部分时间是消耗在物料的储存运输过程中，因此物流系统是整个混流装配系统的一个重 要组成部分。在混流装配系统中合理地选择物流路线，科学的制订物流策略，运用良好 的物流系统，可以保证各零部件上线的准时化，减少大量不必要的物料流通环节，提高 整个生产系统的效率。 1 2 长安大学硕士学位论文 物流系统的作用一般有三个方面：1 ) 物料的存储，通过物流系统对物料的存储情 况进行系统的管理，随时掌握物料的存储信息；2 ) 物料的调度，通过物流系统对物料 进行实时调度，实现物料的优化调度；3 ) 物料计划的制订，随着企业资源计划e r p 和 产品数据管理p d m 等企业管理系统的广泛应用，各种加工生产实现信息化控制，要求 物流系统与这些系统保持良好联系和数据共享。混流装配系统的物流系统的一个显著特 点就是要求物料实现准时制的配送，即混流装配系统的生产是按节拍流水生产，这就要 求各种零部件的配送和上线必须按节拍准时进行。 ( 3 ) 信息系统 混流装配系统的信息系统包括生产调度和过程监控两个部分，其功能分别为：生产 调度实现生产资源的合理配备和管理；过程监控主要对流水线进行实时监控。生产调度 主要是根据生产计划制定资源配置计划，并对突发情况进行紧急处理；过程监控主要是 对流水线的运行情况进行监控，确保装配流水线的正常工作，其次对物料投放进行数据 采集，为各工位提供必要的信息支持，以及对质量控制部分进行监管，以便及时发现生 产线中存在的问题。 2 3 汽车混流装配线系统关键技术 2 3 1 柔性装配线 随着汽车市场竞争的不断加剧，促使汽车生产企业依靠品种的多样性来满足不同层 次和越来越具有个性化的用户需求，因此，越来越多的汽车生产企业采用柔性装配线， 利用一次改造在相当长的时期内满足多种车型混合生产的需求。 柔性装配线指能够同时满足一个或多个系列汽车产品生产要求，可以灵活改变夹具 和运行方式来适应同类汽车产品的装配生产。柔性装配线具有以下特点： ( 1 ) 具备灵活多变的运行速度以适应不同生产节拍的生产要求； ( 2 ) 具备积放功能，使装配工时具有弹性；， ( 3 ) 被输送的产品能在任意位置停止，以满足不同产品、不同装配内容的不同操 作要求，并实现自动化装配； ( 4 ) 具有可编程序操作控制系统； ( 5 ) 随行夹具的装夹方式和支承形式能够灵活改变以适应多品种的装配要求。 柔性装配线的生产管理是依靠设在中央控制室的主机和各分控点的终端机组成的 计算机控制生产管理系统来指挥全部生产工艺和存、取信息，使得制定计划、准时制供 1 3 第二章汽车混流装配线概述 给、监控库存量、待装件输送等内容部分或全部由计算机控制，从而达到根据用户需求 及时生产和及时供货。 2 3 2 模块化装配 所谓模块，就是零部件和子系统的组合。在制造系统中，通过加强产品开发设计、 生产工艺、生产管理和产品制造的密切合作来提高产品装配的自动化水平，从产品设计 开始就尽可能考虑简化总装配工序，使尽可能多的分总成在总装线外先进行预装配，构 成整体后再上总装线安装到车体上，也就是模块化装配。模块化装配可以大大减少总装 线上的装配时间、降低生产成本、提高产品的可靠性，同时大大提高装配的自动化水平， 实现自动化装配。德尔福公司首先提出模块化生产的概念，并率先向奔驰公司在美国生 产的m 级车供应前座舱模块。 模块化装配可以使汽车制造系统要具有动态组合和调整能力，以满足市场对产品多 样性需求和适应需求量的变化。目前，在做不到整个汽车的模块化设计和制造的情况下， 可以在总装车间进行局部模块化运作。例如，丰田生产系统提出将传统的汽车装配生产 线按照功能分解成小型生产线模块。模块化的结构一般包括： ( 1 ) 车门模块。在车门分装线上，以内板为中心将门锁、玻璃、玻璃升降器及密 封护板等用螺栓安装于其中部，再将其与车i - j 多 b 把手、车门铰链、密封条及玻璃滑轨安 装在一起，形成车门模块，再安装到车身上。 ( 2 ) 仪表板模块。在模块骨架上安装仪表板、空调、离合器踏板及转向柱等，分 装好后检查仪表和开关的技术性能，形成仪表板模块，再安装到车身内。 ( 3 ) 底盘部件模块。将分装好的发动机和变速器总成、前悬架总成、传动轴、排 气管、油箱等底盘部件在线下装好，形成底盘部件模块，再装入车身。 ( 4 ) 车头模块。指安装于车身前端覆盖件上的前大灯、雾灯、喇叭、发动机罩盖 锁和散热器面罩等。 在混流装配生产中，模块化装配是通过分装线来实现的，各种较大的总成或模块先 在分装线上完成装配，然后根据生产节拍由传输设备送到总装线上进行装配。对于一些 结构特殊、配置差异较大的总成或模块可以设立两条或多条并行分装线，根据生产计划 从并行分装线中选择相应的分装线进行装配，然后与该生产计划的其它零部件按照节拍 进入总装线进行装配。 如图2 3 ，是某汽车企业的车门分装线，该分装线为环行布局，在分装线的两侧都 1 4 长安大学硕学位论文 有工位( 图2 3 中线框图所示) ，箭头方向为流水线的前进方向，沿前进方向的左侧安装 右车门，前进方向的右侧安装左车门。在这个车门分装线上总共有7 0 多个工位，沿前 进方向左侧是安装右车门的各种零件。依次为：右门限位器、右前门线束、右后门线束、 右门外把手、右前门门锁、右后门门琐、右前固定玻璃、右玻璃升降器、右前玻璃升降 器、右后门玻璃、右后门玻璃导轨等等；沿前进方向右侧是安装左车门的对应零件。这 条车门分装线可以装配不同型号的车门，车门装好后，在总装配线车门装配工位安装到 相应型号的汽车上。 图2 , 3 汽车车门分装线 对于某些车型中需要配置一些结构非常特殊或是含有一些特殊的零部件的总成或 模块，如果这些总成或模块和其他车型的相同总成或模块共用一条分装线则会影响整个 分装线的节拍和效率，这种情况下应该为这些总成或模块单独设立一条分装线。以保证 整个分装线的稳定和效率，如神龙汽车公司的毕加索仪表板装配就没有和其他车型的仪 表板装配放在同的一条分装线上而是单独设立毕加索仪表板分装区。