魏國興 潘福祿 王剛 孫仁龍 林增宇 張曉龍

（一汽模具制造有限公司，長春 130013）

1 前言

近年來，隨著中國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，國內汽車保有量迅速增加，繼2012 年中國乘用車市場保有量超過美國后，中國連續(xù)9 年成為全球汽車產銷量第一大國[1]。作為全球最具活力的汽車市場，無論是國產企業(yè)還是合資企業(yè)，市場競爭愈發(fā)激烈，市場的競爭歸根結底是對顧客的競爭，注重售后服務和質量才能換取顧客的品牌忠誠度；在售后服務中，備件供應作為非常重要的一項內容，尤其對于市場保有量較大的車型，不僅能夠帶給車企豐厚的利潤，提高企業(yè)在市場中的口碑，更是企業(yè)的責任和義務。隨著車型的更新?lián)Q代，停止量產（End of Production，EOP）車型的備件供應是各大車企亟待解決的問題，焊裝作為汽車四大工藝之一，如何以最少的投入，提供多車型的備件產品供應是本次主要研究方向。

2 國內外研究概況

隨著國內乘用車市場的不斷發(fā)展和完善，各類新車型如雨后春筍般紛紛上市，汽車企業(yè)不斷推出更具備市場競爭力的新車型，車型更新?lián)Q代的速度加快，現(xiàn)在市場上主流的車型生命周期一般為5～7 年，對于市場反響差的車型，很多剛剛上市就面臨停產，因此停產車型的備件供應是汽車企業(yè)必須面對的問題。然而國內企業(yè)在此問題上的應對普遍較差，配件短缺，維修需要等待等問題普遍存在，甚至存在根本沒有備件的情況。對于市場上的主流車型，停產后的備件供應不會受到影響，但對于一些小眾車型，備件的供應常常需要預約，向主機廠定制，質量和價格往往不被接受，如何建立有效的停產車型備件供應管理是目前亟待解決的問題。

目前國內的停產車型備件供應大致有2 種方式，一種是保存生產能力法，一種是保存零部件法。保存生產能力法，即保存完整的生產零部件的設計文件、工藝設備、工藝文件等相關資源，在有備件需求時，可以隨時進行生產，這種方法的優(yōu)點是反應速度快，可以快速提供產品，缺點是占地面積大，設備維護成本高，對于備件需求量較大；保存零部件法，需要銷售部門根據(jù)備件的市場需求進行預測，在車型停產前進行備件儲備，此種方法的優(yōu)點是反應速度快，備件現(xiàn)貨供應，缺點是需要對未來市場進行有效預測，并建立龐大的備件中心，給生產、倉儲、物流各部分帶來較大的壓力，同時還要考慮備件的存儲環(huán)境和條件，任何問題都會導致嚴重的浪費。

國外的汽車行業(yè)起步時間早，對于停產車型的備件供應研究較早。隨著汽車市場的競爭不斷加劇，汽車的價格日益下探，整車的利潤空間不斷降低，由于汽車的零整比較高，備件供應會帶來非常可觀的經濟收益，因此得到了國外汽車企業(yè)廣泛重視。德國大眾是世界上最大的汽車企業(yè)之一，也是目前世界上備件供應較為先進的企業(yè)之一，大眾集團在卡塞爾建立了備件中心，該中心集生產、倉儲、物流于一體，車型停產后將停產車型的備件轉移至備件中心進行生產，最終向全球的用戶提供備件供應。

3 EOP備件

車型停產可歸結為3 種情況，一是車型更新?lián)Q代，該車型有了升級版，老車型隨著時間和市場環(huán)境的變化銷量下滑，為保持該車型在市場中的持續(xù)競爭力，只能讓其停產退出；二是由于車型上市時定位不準確，在細分的車型市場里始終無法打動消費者，最終無奈被市場淘汰；三是汽車企業(yè)為了將資源集中在優(yōu)勢產品上，對于弱勢產品采取減少損失的措施，主動選擇退出市場。

對于停產車型的備件供應，如圖1 所示，尤其以車身的外表面覆蓋件供應最為重要。外表面覆蓋件通常指四門、前后蓋等，這些零件的市場需求明顯高于其它備件，對于市場保有量大的車型，單一品牌的年需求量通常在幾千件甚至上萬件。

圖1 車身主要外表面覆蓋件

3.1 供應年限

根據(jù)國家汽車報廢標準為9 座(含9 座)以下非營運載客汽車(包括轎車、越野型)使用15年，達到報廢標準后要求繼續(xù)使用的，不需要審批，經檢驗合格后可延長使用年限，每年定期檢驗2 次，超過20年的，從第21年起每年定期檢驗4次。因此汽車零件的供應年限就應以15年為依據(jù)來初步制定。

根據(jù)整車的折舊率，確定價格較高的備件供應年限，對于某些金額很高的備件，如果更換備件的價格比整車當時的價格還貴，用戶就不會選擇去更換這些配件，所以對于此類特殊備件，供應的年限要短一些。

根據(jù)備件的通用性，確定備件的供應年限。如果此種備件和現(xiàn)有車型能夠通用，那么此類備件可以不做考慮。

通常來說，對于汽車白車身而言，一般只提供外覆蓋件的備件供應，不提供整個白車身和內部零件的備件供應，如果發(fā)生損壞，修理廠自行維修加工即可。

3.2 供應數(shù)量

備件的種類和年限確定后，就需要確定備件的供應數(shù)量，備件供應數(shù)量的預測方法較多，較為常用的為公式（1）[2]。

式中，k為自銷售期至統(tǒng)計期的總月數(shù)；N(kj)為使用了j月的整車保有量；λ(lj)為與使用時間對應的故障率；Xk為備件供應數(shù)量。

其中整車保有量根據(jù)該車企實際銷售數(shù)據(jù)可得，故障率的分析是以該車企的4S 店實際維修數(shù)據(jù)為背景，如圖2 所示，該曲線為國內某車企銷售部門根據(jù)A 車型的市場保有量和故障率對其備件需求量的預測，車型停產后，備件需求量隨著年份的增加逐漸減少，符合實際情況。

圖2 車型A的備件需求量預測

4 EOP備件柔性焊裝線

研究的EOP備件柔性焊裝線，大部分設備都采用深度利舊的形式。對于停產車型的原生產線，無論是外購設備還是專用設備，隨著使用年限的增長，設備出現(xiàn)的問題會越來越多，對于狀態(tài)較好能夠二次利用的設備，通常會以較低的價格進行銷售，對于專用設備例如夾具或者支架，完全沒有再利用的價值，會采取直接報廢的方式。無論是再次銷售還是直接報廢，都無法發(fā)揮這些設備的剩余價值，以1 臺機器人為例，機器人的使用壽命10 年左右，如果保養(yǎng)得好使用壽命可達15 年以上，隨著技術的發(fā)展，機器人的版本和功能會落后，但是它發(fā)揮的作用完全不遜色于1臺新機器人。

所以研究的EOP 備件柔性焊裝線所使用的機器人、管線包、水氣單元、修磨器、自動中頻焊鉗、換槍盤、涂膠泵、夾具、胎膜以及激光焊等相關設備都是從停產車型的老舊線體中挑選出狀態(tài)較好的，經過簡單的維護和保養(yǎng)，達到可以二次利用的狀態(tài)，相比于新設備，利舊設備的維護間隔要更短，盡可能延長設備使用壽命。對于一些特殊的設備，如果保養(yǎng)維護的成本和新設備的成本相當甚至高于新設備的成本，此種設備將重新采購，最終實現(xiàn)控制成本、利潤最大化。

對于車身的四門兩蓋以及翼子板等外覆蓋件備件供應，焊裝線整體的工藝包括焊接，滾邊和激光焊，因為研究的焊裝線可以容納8 種不同平臺車型的備件生產，柔性化的方式主要體現(xiàn)在料口夾具切換、滾邊胎膜切換、抓具小車切換等方式，下面將圍繞柔性焊接島、柔性滾邊島、柔性激光焊、柔性沖鉚島分別展開論述。

4.1 柔性焊接島

傳統(tǒng)的環(huán)島式焊裝線，具有生產效率及自動化程度高、產品質量穩(wěn)定等優(yōu)點，缺點是柔性化程度低、占地空間和成本投入大。柔性焊接島則剛好相反，車型適應性強，生產靈活，正適合于產量不大的備件供應項目。

如圖3 所示，為后蓋內板總成的焊接島平面布局，能夠滿足8 款車的后蓋內板總成焊接要求，通過對8 款車停產前的工藝比對，每種后蓋內板的定位夾具個數(shù)均不大于3 個，所以焊接島的上料口數(shù)量設置為3 個是合理的，上料口采用夾具切換的形式，將同種車型的夾具同時切換至料口，料口處安裝有RFID 檢測設備，可以對夾具進行檢測，如果車型不匹配，系統(tǒng)會自動報警，直至匹配到正確的夾具。

圖3 后蓋內板總成焊接島

焊接島中包含5 臺焊接機器人，每臺機器人帶有3 把自動中頻焊鉗，可以焊接8 個車型的所有焊點，零件的傳遞通過操作工人搬運到工位器具，由下一個上料口的操作工人繼續(xù)完成上件操作。待一個車型的后蓋內板總成產量足夠時，切換到下一個車型繼續(xù)生產。

對于柔性焊接島的節(jié)拍，根據(jù)備件需求量最多時計算可得，因為8 種車型的EOP 時間不一致，將所有車型的各年份需求量列入表中，將備件需求量最多時作為輸入條件，車型的節(jié)拍的計算見公式（2）。

式中，A為每年工作天數(shù)；B為每班工作的小時數(shù)；C為每天的班數(shù)；D為焊裝線的開動率，通常取0.85；E為備件需求量；δ為該車型節(jié)拍。

圖4 為柔性焊接島的料口切換設備，包括導向板，舉升裝置以及鎖緊裝置，當夾具沿著導向板進入到正確位置后，由舉升裝置將其頂起至精確位置，鎖緊裝置將其鎖緊固定，保證其始終在正確的焊接位置。

圖4 上料口夾具切換設備

對于其他焊接類總成，總體的布局思路和后蓋內板總成大體相同，都是采用切換夾具的形式最終實現(xiàn)多車型的焊接件供應。

4.2 柔性滾邊島

機器人滾邊技術是近幾年來迅速發(fā)展并廣泛應用的汽車門蓋加工工藝，具有成本低、加工精度高、占地面積相對較小、柔性化程度高等優(yōu)點。機器人滾邊就是在機器人六軸上安裝1 個滾邊的工具，工件通過工裝夾緊后，通過控制機器人運動軌跡，使用滾邊工具上的滾輪將工件的翻邊進行壓緊，使產品的內外板壓合。

如圖5 所示，為四門滾邊島平面布局，能夠滿足8 款車的14 種車門的滾邊要求，由于四門產品的專用性，不同車門需要專用的工裝，因此上料口使用夾具切換的形式，滾邊胎模和壓料板采用天車切換，抓手采用小車切換形式，滾頭考慮部分車型共用，車型的工裝夾具采用RFID（射頻識別）技術區(qū)分車型，只有車型匹配正確后線體內設備才能正常運轉。

圖5 四門線滾邊島

四門滾邊島中包含1 臺具有搬運和滾邊功能機器人，車型切換時，需要切換抓手和滾頭，1 臺搬運機器人用于搬運壓料板，車型切換時需要切換壓料板，2 臺滾邊機器人，切換車型時通過切換滾頭來實現(xiàn)多車型滾邊。滾邊胎膜的切換采用圖6的形式，并且壓料板和胎膜作為1 個整體用天車進行切換。待1 個車型的總成產量足夠時，切換到下1 個車型繼續(xù)生產。

圖6 為柔性滾邊夾具切換機構，包括導向板和燕尾槽形式定位結構，當天車把滾邊夾具沿著導向板進入到正確位置后，由燕尾槽形式定位機構保證夾具精確位置，通過夾具的自重保證夾具落到位置固定，保證其始終在正確的工作位置。

圖6 滾邊夾具切換機構

4.3 柔性激光焊

激光焊接作為1 種優(yōu)質、高效、精密的束焊連接工藝，特別適合同種及異種金屬材料間的連接，當前激光焊接技術已經較為成熟，在傳統(tǒng)鋼制車身的制造中得到廣泛應用。激光焊接有著其他電阻焊、電弧焊等連接工藝無法比擬的優(yōu)點。較高的焊接速度匹配以小光斑、大能量密度的激光束使得焊接過程擁有更小的熱輸入，繼而帶來更小的零件變形和較大的焊接深-寬比。由于熱輸入量小，焊縫區(qū)域的最薄弱環(huán)節(jié)—熱影響區(qū)的寬度也將減小，同時被熔化的液態(tài)金屬也將以較快的冷凝速度形成強韌性較好的焊縫組織，從而獲得強度高、外觀與內部質量均為優(yōu)秀的焊縫。對于碳鋼而言，大多數(shù)激光熔焊接頭的強度基本與母材本體的強度處于同一水平甚至高于母材本體的強度[3]。

如圖7 所示是四門激光焊的平面布局圖，激光焊的激光源和激光房的布局較為靈活，光源的位置較為隨意，原則上只要光纜的長度足夠即可，將1 個激光房設計成4 個腔體，互相之間通過卷簾門或者金屬墻體隔絕，這使得機器人可以在任意1 個腔體內獨立的工作，互相之間不受影響，也就是說，當機器人在進行激光焊接的時候，工人可以在其它的上料口進行上件。4 個獨立的腔體內分別焊接同1 個車型的4 個車門，布局緊湊，占用空間小。激光焊在車型切換的時候與柔性焊接島類似。通過將夾具從上料口進行切換，通過上料口的RFID 識別車型信息。

圖7 四門激光焊平面布局

4.4 柔性沖鉚島

四門內板單件上有沖鉚螺母工藝，螺母用于固定總裝線束，由于品牌一致的車型螺母型號都是一致的，所以可以將同類品牌下的多款車型沖鉚螺母工藝集成機器人沖鉚工作島內，通過切換機器人抓手滿足多車型柔性需求。圖8 為本次備件供應項目沖鉚螺母工作島的平面布局，圖9 為沖鉚工藝的示意。

圖8 沖鉚螺母工作島布局

圖9 沖鉚螺母工藝示意

不同車型的抓具分別安裝在各自車型的抓具停放小車上，切換車型時，人工將停放小車推到切換工具上料口處，機器人通過換槍盤切換抓具，然后工人在另一處上料口將工件放置在抓具上，機器人搬運工件至固定沖鉚槍處進行沖鉚，從而實現(xiàn)多車型的沖鉚工藝，融入車型沖鉚螺母的型號必須一致，本次項目單個沖鉚島內放置2 臺固定沖鉚槍，每種槍對應1 種型號螺母，這樣增加了不同品牌車型融入的可操作性，圖10 為抓具切換小車。

圖10 抓具切換小車

5 結束語

隨著停產車型的不斷增加，保有量大的車型備件供應問題已經成為各大汽車企業(yè)必須面對的問題。相對于目前的備件供應方式，提出的EOP備件柔性焊裝線具有占地面積小，柔性化程度高，資金投入少，利潤率高等優(yōu)點，從根本上解決了目前的備件供應方式的弊端，對目前國內的各汽車企業(yè)具有很好的借鑒意義。