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随行配料系统SPS布局方案设计

摘要

随着市场个性化需求增多，为了实现多品种小批量生产，汽车行业采用混流生产模式，而这一模式的应用，导致零件种类的增多，线边货架增多，错装漏装率增加，为了提高装配效率和装配质量，各大汽车公司分别引入随行配料系统（SPS）。

本文首先介绍随行配料系统的基本原理及组成，对新老物料配送方式进行分析、对比，总结出随行配料系统的优势及设计原则。

根据已有的A工厂总装车间平面布置，确定随行配料系统的总体布局方案。

在此基础上，分析六条装配线所装配的零件以及装配线本身的特点，设计不同的随行方式、上下线方式和不同结构的料车，以满足各装配线生产需求。

通过分析不同AGV小车的特点，选择满足现场需求的方式牵引料车至线边，并在已知生产节拍以及装容量等信息的基础上，确定各区域AGV小车数量；在已知料车上下点位置以及集配区位置后，设计AGV行驶路线。

利用亮灯配货系统的防差错功能，准确引导配货者配货,在确定集配区货架的摆放方式之后，选择亮灯方式以及安装位置。

最后，对集配率、工时等收益进行分析，并提出了集配项目的改进及优化意见。

随行配料系统（SPS）的运用，使得多品种混流生产更加灵活，生产作业更加安定，使管理、监督业务得到提高，使得设备投资减少，使得生产线线边摆放零件大幅度减少，线边整洁通亮。

关键词：

混流生产；随行配料系统（SPS）；亮灯配货系统；AGV物料传输系统

Abstract

Withtheincreasingmarketdemandforpersonalized,inordertoachievemorevarietiesofsmallbatchproduction,theautomotiveindustryusingmixedproductionmode,andtheapplicationofthismodel,leadingtoanincreaseintypesofparts,wireshelfedgeincreases,thewrongequipmentinstalledleakrateincrease,inordertoimproveassemblyefficiencyandassemblyquality,themajorcarcompanieswereintroducingsetpartsupply（SPS）.

Thisarticleintroducesthebasicprinciplesofthesetpartsupply（SPS）anditscomposition,comparingandanalyzingthenewandoldmaterialdistributionmethods,summarizingaswelltheadvantagesanddesignprinciplesofthesystem（SPS）.Theoveralllayoutofthesetpartsupply（SPS）programisdeterminedonthebasisoftheexistingafactoryassemblyshoplayout.Sixassemblylinesandtheircharacteristicsareanalyzedwiththeaimofdesigningdifferentpatternsandstructurestomeetthedemandofproductionlines.ThecharacteristicsofdifferentAGVcarsareanalyzed,theAGVcarwiththepatterntoptractionisselected,sendingthematerialstothelinebyusingthemodeoftapenavigation.

Basedontheknownproductionrhythmandassemblycapacity,thenumberofAGVcarsisfixed.TheAGVrouteisdesignedafterconfirmingthepositionofthepointsonthematerialcarsandtheassemblylocation.Theworkerscanaccuratelydistributethepartsbymakinguseofthelightpickingsystem.Afterfixingthemodeofarrangement,thelight-onpatternandinstallationpositioncanbeselected.Finally,theearningssuchasassemblyrates,workinghoursarecalculated,andthensomeideasandsuggestionsareproposedtowardstheassemblyproject.

Withtheuseofthesetpartsupply（SPS）,themulti-speciesmixedproductionbecomesmoreflexible,theoperationmorestable,andthemanagementandsupervisionbusinessisimproved.Meanwhile,reducegreatlytheequipmentinvestmentandthenumberofthepartsonthelineside,whichmakethelinesidemorecleanandtidy.

Keywords:

mixedproduction;setpartsupply（SPS）;thelightspickingsystem;AGVcars

第一章概论

在现今汽车生产中，如何利用并不宽裕的物料存储区域，提高装配线的柔性和工作效率，这是现如今每一个汽车公司未来发展的方向。

日本的丰田公司于上世纪50年代创建一种全新的生产方式——精益生产[1]，在其精益生产的理念中提出一个利于配料供给的方式——随行配料系统（SPS）。

该配货方式采用亮灯配货系统的防差错功能，引导配货者快速、准确的配货，再利用AGV物料传输系统，AGV自动托运料车至线边，减少装配者取件距离，减少操作工时，提高工作效率[2]。

1.1论文研究的意义

汽车物流的复杂性是行业公认的，多品种混流生产下，车型增多，而各车型内饰和底盘样式配置不同，衍生出各种各样的颜色件、差异件，使得线边的货架不断增多，车间现场拥挤、视野受限[3]。

在这种混流生产方式下的物流也更为复杂，应对物流生产，唯一的方法就是走精益物流的路子，在总装车间采用随行配料系统（SPS）。

XX公司A工厂的建厂理念是紧凑型工厂、精益型工厂，而A工厂总装车间相对于B工厂总装车间减少50个车位，在必须满足4个车型44v/h节拍的生产前提下，为解决因车位减少而导致的零件无法在线边布置，以及大量采用同步造成物流成本的大幅上升的问题，XX公司A工厂决定导入集配方式以实现零件上线。

这一集配方式的运用，可以解决线边物流面积不足的问题，减少线上员工拿取零件外移距离，降低劳动强度，降低位移及包装拆卸等带来的不增值时间，降低装配员工拿取零件出错几率，提高装配质量，提高劳动效率。

而亮灯配货系统可以指引集配区工人快速、准确的拾取零件，实现零件多品种防差错功能，提高整车装配质量水平[4]。

1.2随行配料系统（SPS）国内外现状

在国外，日本丰田公司首先提出精益生产理念，采用随行配料系统（SPS）实现零件供货，提高了生产效率。

德国等其他国家汽车行业也纷纷效仿，引入随行配料系统（SPS），创造了巨大的社会和经济效益。

在国内，精益生产理念才刚刚开始应用到汽车行业，发展潜力巨大。

东风汽车公司自1991年下半年开始实施集配送货制，已先后在6个厂13条装配线实现集配送货，覆盖汽车零件460余种，配备集配器具24种近6000个，取得显著效果，并正向深度和广度发展。

2008年上汽首次在临港工厂规划时考虑引用随行配料系统（SPS），成立项目组，力保随行配料系统（SPS）在工厂正式投产前投入使用。

北京现代，长安马自达等企业也一一效仿这种生产模式，虽然都取得一定的成果，但是技术水平和普及率不及国外水平。

1.3论文的主要内容

本次集配项目的主要工作有：

随行配料系统（SPS）介绍,随行配料系统（SPS）布局方案设计,料车的设计，AGV物料传输系统,亮灯配货系统等等。

本文具体内容按以下结构编写：

第一章:

概论,简要的描述论文研究的意义,随行配料系统（SPS）的发展现状和趋势,以及论文的主要内容。

第二章:

随行配料系统（SPS）介绍，讲解随行配料系统（SPS）组成和工作原理,并针对新老配送方式进行对比分析，阐述随行配料系统（SPS）的优势,并给出总体设计要求。

第三章：

随行配料系统（SPS）布局方案设计，根据现有的总装车间平面布置,确定各集配区的大致位置。

第四章：

料车设计，介绍料车的设计原则,针对需要集配的六条装配线本身以及零件特点进行分析，设计不同的随行方式、上下线方式以及料车。

第五章:

AGV物料传输系统，介绍AGV物料传输系统设计原则,选择合适的AGV小车,根据生产节拍以及装容量等,确定所需的AGV小车数量。

在已知上下点位置及集配区位置后，确定AGV行驶路线。

第六章:

亮灯配货系统，介绍亮灯配货系统应用背景及原理，根据布置原则，确定各集配区货架摆放，介绍A工厂所采用的亮灯方式以及安装位置。

第七章：

随行配料系统（SPS）成效，统计XX公司A工厂的集配率，并于其他工厂进行对比分析，统计其他收益。

总结:

对本次设计进行全面总结，为随行配料系统（SPS）未来发展提出自己的意见等。

第二章随行配料系统（SPS）介绍

2.1随行配料系统（SPS）组成

随行配料系统（SPS）是面向生产线成组供料的一种物料配送方式。

由平面布局、料车设计、AGV物料传输系统以及亮灯配货系统组成。

平面布局规划集配区面积、位置以及六条装配线在总装车间的大致位置，料车设计包含料车尺寸以及零件摆放，AGV物料传输系统则负责料车的运输，而亮灯配货系统起到零件的防差错作用，方便配货者配货[5]。

2.2随行配料系统（SPS）原理

随行配料系统（SPS）这一想法来自于日本丰田公司的精益生产理念，集成必要的数量物品，在必要的时间将必要的零件配送到必要的地点。

利用亮灯配货系统引导配货员工准确、快速的配货，利用AGV小车自动拖运料车至线边，以供操作工装配[6]。

随行配料系统（SPS）的配送流程图如图2.1：

图2.1随行配料系统（SPS）的配送流程图

配货员工根据信息系统输出的零件配料信息，将一台车份的零件配载到相应的料车上，利用AGV物料传输系统托运，按需求的时间送至生产线指定工位，料车在线随对应生产车辆同步行进，配料车内零件全部装配完毕后，在指定工位撤出并进入下一循环。

2.3随行配料系统（SPS）优势分析

随行配料系统（SPS）与常规物料配送方式，有着绝对的优势。

常规物料配送存在的问题：

1、料架，料架线边摆放，影响视野，同时无防差错措施，容易造成错装、漏装，尤其是在车型增多时，零件种类也随之增多，就更可能导致错装漏装，影响装配质量[7]；

2、人机工程学，在无防差错条件下，操作工一直处于判断挑选状态，影响取件速度，而且会有一些弯腰、够取零件的动作，这会加重身体负荷，让人更易疲劳，使得操作工时增加，影响效率[8]；

3、线边面积，在线边面积有限的前提下，当新车型上线生产时，零件数量就会增多，大大影响线边面积，不利于零件的库存管理。

相比常规配送方式，随行配料系统（SPS）更能满足当今汽车混流生产这一模式，且具有明显优势。

1、生产作业安定化：

没有零件选择，操作人员专注于装配工作，有力确保了装配质量；

2、设备投资减少：

减少了步行、转身等辅助操作，工位密度增加，装配线长度最小化，减少搬运次数；

3、生产柔性化：

装配线高柔性化，可以混流生产更多种车型。

2.4随行配料系统（SPS）设计要求

随行配料系统（SPS）设计应满足以下要求：

1、随行料车大小设计，要满足人机工程学，方便装配者拿取，省时省力，拒绝大幅度动作，而且要利于AGV和吊具牵引，能够正常运行。

2、随行料车优化布局，能够装载所有需要的集配零件，最少能够满足三种车型所需，如XX1、XX2车，并且能够让员工清楚的知道该装哪些零件，无须辨认，使员工能够集中精神于装配上。

3、随行方式，料车能够随线运动，随时提供装配零件，且不与其他设备发生干涉，保证正常生产。

4、AGV行驶路线最短，符合人机工程，使配货者拿取零件所走距离最短，减少转身等不方便动作，利于AGV正常转弯等[10]。

5、集配区布置合理，集配区零件数满足44台/小时的生产节拍以及4小时供货周期，并且能满足4种车型零件的摆放，符合工位平衡，利于配货员正常配货。

6、亮灯方式的选择合适，保证零件配货质量。

2.5本章小结

本章讲述随行配料系统（SPS）的组成，原理以及设计要求，针对传统的物料配送方式，进行随行配料系统（SPS）的优势分析。

本章的重点在于随行配料系统（SPS）的工作原理，掌握集配理念及其配送流程。

随行配料系统（SPS）布局方案设计

3.1A工厂总装车间平面布置图

XX公司A工厂总装车间平面布置图如图3.1：

图3.1装车间平面布置图

3.2随行配料系统（SPS）布局设计方案

根据XX公司A工厂总装车间平面布置图，为对HC1、HC2、PDB、POR、MV1、MV2六条装配线供货方便，决定在每条线附近设置集配区，根据厂房实际情况和生产线运行方向，将集配区设在每条生产线线头，具体位置见图3.2。

图3.2配区在总装车间相对位置布局图

根据各区域集配零件清单以及装配工艺流程，分别设定各区域料车上下线点，见表3.1。

表3.1各区域料车上下线点

装配线

上线点

下线点

合装点

HC1

EB06L

EB25L

无

HC2

EC01R

EC08R

无

POR

EN01L

EN18L

无

MV1

EE26L

EE36L

无

MV2

EF08R

EF21R

无

PDB

无

无

EC10R

3.3本章小结

本章是总装车间随行配料系统（SPS）布局方案设计，根据总装车间实际情况，以及各条装配线料车上下线点，确定大致的集配区位置。

第四章料车设计

4.1料车的设计原则

1、随行方式设计原则：

a、动力源易获得

b、保证料车随线运行稳定

c、不妨碍装配操作

2、料车布局设计原则：

a、外观件优先布置

b、大零件优先布置

c、易错装零件隔开

4.2六个区域料车设计

集配零件共同的特点是体积大、重量轻、配置多、颜色件多等，为更好的服务于各条装配线，针对六个装配线零件及其装配线本身特点,设计不同的料车，详细分析如下[11]。

4.2.1HC1料车

1、HC1装配线特点

HC1为内饰一线，采用大平板输送，主要装配内容为天窗、卡夹、收卷器等，零件数量为206，零件主要特点是零件多、体积大，输送类型为大平板输送，线边滑架数量为7个。

2、详细设计

考虑到HC1线输送类型，为节约成本、更容易的获得动力源，决定让HC1线料车与机运线连接，从而获得稳定的动力源。

在大平板上设置挡块，挡块高度由实验决定，以保证料车在随线运行时，不会滑出。

HC1线是一条完成的装配线，不与其他装配线重合，线边干扰因素少，所以设计自动上下线，无需人工操作。

随行方式图以及上下线机构图如图4.1和4.2所示：

图4.1HC1随行方式

图4.2HC1上下线机构

因为HC1线集配零件较多，且都为大零件、外观件，一台料车无法将零件全部装下，所以HC1料车决定采用前后料车来装载所有集配零件。

考虑到线边存在滑架问题，容易与料车发生干涉，而且从人机工程的角度考虑，为员工拿取零件时最省劲，料车不易设计太高。

为方便AGV拖动料车转弯等，料车的长宽也不易设得太大，综合考虑，HC1线料车最终尺寸定为：

1190/691/580mm（长/宽/高）。

HC1线线边滑架由原来离地1m的距离改为1.2m。

HC1线料车整体效果图如图4.3和4.4所示：

图4.3HC1前车简易图

图4.4HC1后车简易图

4.2.2HC2料车

1、HC2装配线特点

HC2也为内饰一线，本区域装配零件为装饰板、护板、手刹等，零件数量为139个，零件多为外观件、体积大，严禁划伤，输送类型为大平板输送，线边滑架数量为9个。

2、详细设计

本条装配线特点与HC1类似，都是大平板输送，所以在动力源选择上采用同样方案，选择机运线作为动力源。

同样，在大平板上设置挡块，挡块高度由实验决定，以保证料车在随线运行时，不会滑出。

因为HC2不是一条完整的装配线，中间涉及到仪表合装，导致整条线被分段，所以不能采用自动上下线，需人工操作，将线边的料车拉到挡块处，再自动随线运行。

HC2线随行方式图如图4.5所示：

图4.5HC2随行方式

HC2线集配零件特点明显，多为大零件，而且是外观件，保护度要求高，但是零件数量不多，一台料车可以装下。

HC2线有前后两段，为后面岗位装配方便，设计子母盒，将HC2后面岗位的零件放在子盒中，当前面岗位零件装完后，操作工将子盒放入车厢内，随车身运行到后面岗位，再进行装配。

综合人机工程、转弯半径等因素考虑，HC2线料车最终尺寸定为：

1645/770/960（长/宽/高）。

HC2线料车整体效果图如图4.6：

图4.6HC2料车简易图

4.2.3PDB料车

1、PDB装配线特点

仪表装配线主要装配支架、控制盒、显示屏、操纵机构等，零件数量为69，数量较少，多为外观件，零件体积较大，输送类型为吊具输送，线边滑架数量为1个。

2、详细设计

本条装配线随行方式比较特殊，先在线边分装，再在仪表合装点EC10R进行合装，所以设计一对一的方式，吊具与料车固定，再利用AGV拖运。

PDB线随行方式图如图4.7所示：

图4.7PDB随行方式

PDB线零件数量较少,为装配者装配方便,需要将零件摆放在适宜的高度、适宜的位置，而本区域面积较小，料车过大则会导致拥挤、拐弯困难等，综合人机工程、转弯半径等因素考虑，PDB线料车最终尺寸定为：

1023/703/1066（长/宽/高）。

PDB线料车整体效果图如图4.8所示：

图4.8PDB料车简易图

4.2.4POR料车

1、POR装配线特点

车门线主要装玻璃、密封板、升降器、装饰罩、支架等，零件数量为156个，多为对称件，零件大、外观要求多，容易错装，吊具输送，线边滑架数量为2个。

2、详细设计

POR线采用吊具输送方式，所以在动力源选择上采用机运线。

同样，利用挂钩方式拖运料车随线运动，挂钩高度尺寸等由实验决定，以保证料车在随线运行时，能够自动摆正，稳定运行。

由于是吊具拖挂，所以无法设计自动上下线方式，只能人工上下线。

POR线随行方式图如图4.9所示：

图4.9POR随行方式

POR线虽然零件多，但是零件种类少，很多对称件，所以在设计上加上很多防错措施，利用分层、一边封死一边开口的方式，将易错件区分开，减少装配者辨别零件的时间，将注意力放在装配上。

由于该线的零件普遍都很大，难免料车设计的会很大，但是考虑到人机工程、转弯半径等因素，POR线料车最终尺寸定为：

1240/990/1206（长/宽/高）。

POR线料车整体效果图如图4.10所示：

图4.10POR料车简易图

4.2.5MV1料车

1、MV1装配线特点

MV1为内饰二线，主要装配后灯、支架、密封板、方向盘总成、冷凝器等，零件数量为157个，零件较多，外观件要求高，吊具输送，线边滑架数量为18个。

2、详细设计

MV1线与POR线类似，采用吊具输送方式，所以在动力源选择上采用机运线。

利用推杆方式，让吊具推动料车随线运动，推杆尺寸等由实验决定，以保证料车在随线运行时，能够自动摆正，稳定运行。

由于是吊具拖挂，所以无法设计自动上下线方式，只能人工上下线。

MV1随行方式图如图4.11所示：

图4.11MV1随行方式

MV1线零件多，很多外观件要求重点保护，所以本区域料车设计重点主要放在对后灯、冷凝器、方向盘总成等保护以及料车高度上，由于后灯、方向盘等外观要求高，所以需要单独保护。

而MV1线存在滑架，这对料车高度有一定限制，最终在料车高度无法降低的前提下，改动滑架高度，也设定为1.2米。

综合考虑人机工程、转弯半径等因素，MV1线料车最终尺寸定为：

1590/690/955（长/宽/高）。

MV1线料车整体效果图如图4.12所示：

图4.12MV1料车简易图

4.2.6MV2料车

1、MV2装配线特点

MV2线为内饰二线，装配大灯、面板、密封条、仪表板、刮臂等，零件数量为151个，小零件较多，外观要求高，吊具输送，线边滑架6个。

2、详细设计

MV2线与MV1线类似，采用吊具输送方式，所以在动力源选择上采用机运线。

同样利用推杆方式，让吊具推动料车随线运动，但是推杆原理不同，推杆尺寸等也是由实验决定，以保证料车在随线运行时，能够自动摆正，稳定运行。

由于是吊具拖挂，所以无法设计自动上下线方式，只能人工上下线。

MV2线随行方式图如图4.13所示：

图4.13MV2随行方式

MV2线小零件多，很多外观件要求重点保护，例如：

大灯、仪表板等外观件。

而MV2线也存在滑架干涉，将滑架高度改为1.2米。

再综合考虑人机工程、转弯半径等因素，MV2线料车最终尺寸定为：

1590/690/626（长/宽/高）。

MV2线料车整体效果图如图4.14所示：

图4.14MV2料车简易图

4.3本章小结

本章讲述料车的设计原则以及六条装配线料车设计，解释料车布局设计原则以及随行方式设计原则，并根据六条装配线本身以及零件特点，设计不同的料车、随行方式以及上下线方式等。

本章的重点在于料车设计上，会根据生产线特点设计分析料车。

随行配料系统（SPS）的亮点便是料车的设计，本次项目在料车设计上的最大特点，就是子母盒的应用。

随行配料系统（SPS）在料车的设计上花费很长时间，参考很多工厂的料车设计理念，才最终确定适用于XX公司A工厂总装车间的料车。

第五章AGV物料传输系统

为使生产车间更高效化、更规范化，XX公司A工厂采用AGV物料传输系统来实现物料配送过程，实现配料区向生产线的物料自动配送，以提高物料配送速度，节省空间，缩短时间，提高生产效率，降低劳动强度。

5.1AGV物料传输系统设计原则

AGV物料传输系统设计原则:

1、AGV小车选用上，考虑成本、使用寿命、是否运行方便、不受干扰等；

2、AGV小车路线上，路线规划得当,不与其他设备发生干涉,路线最优,零件搬运无停留、无等待，搬运路线化、无交叉、无干