面向裝配的汽車(chē)內(nèi)飾件優(yōu)化設(shè)計(jì)及研究

晉加偉

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545007）

面向裝配的汽車(chē)內(nèi)飾件優(yōu)化設(shè)計(jì)及研究

晉加偉

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545007）

為了解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造脫節(jié)而導(dǎo)致設(shè)計(jì)修改頻繁、裝配成本昂貴等問(wèn)題，面向裝配的設(shè)計(jì)（design for assembly ,DFA）方法從裝配的角度提供系統(tǒng)的解決方案。詳細(xì)分析了DFA在汽車(chē)內(nèi)飾件設(shè)計(jì)上的典型應(yīng)用，減少零件數(shù)量、集成設(shè)計(jì)、減少緊固件種類(lèi)和數(shù)量、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、防錯(cuò)設(shè)計(jì)等DFA方法簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高裝配效率，有效縮短開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)及裝配成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。

面向裝配；DFA；汽車(chē)內(nèi)飾；產(chǎn)品設(shè)計(jì)

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)10-33-04

引言

亞當(dāng).斯密的勞動(dòng)分工理論認(rèn)為分工越細(xì)，效率越高。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和制造的分工提升了技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)水平，提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)質(zhì)量和效率，同時(shí)造成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的脫節(jié)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段難以考慮到制造裝配方面需求，主要表現(xiàn)有：①出現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、修改設(shè)計(jì)、再制造的反復(fù)循環(huán)；②開(kāi)發(fā)成本增加、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)；③裝配勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低；④產(chǎn)品不穩(wěn)定，質(zhì)量難保證；⑤不適合自動(dòng)化裝配，制約生產(chǎn)自動(dòng)化。

上世紀(jì)八十年代，福特汽車(chē)公司在Taurus汽車(chē)線(xiàn)上改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，勞動(dòng)時(shí)間減少29%，零件總數(shù)減少20%，操作數(shù)減少23%，節(jié)省十多億美元;摩托羅拉公司改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)后裝配效率提高了8倍；DEC公司通過(guò)改進(jìn)鼠標(biāo)設(shè)計(jì)，裝配一個(gè)鼠標(biāo)從原來(lái)的592s減少到277s；NCR公司新的2760型售貨點(diǎn)終端制造成本減少44% ……。這種使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本更低、時(shí)間更短而質(zhì)量更高的設(shè)計(jì)方法即為面向裝配的設(shè)計(jì)(design for assembly ,DFA)。

DFA以G.Bcothroyd 1977年的“面向裝配設(shè)計(jì)手冊(cè)”一書(shū)的問(wèn)世為開(kāi)端，隨后在全球廣泛應(yīng)用，成為并行工程的重要部分。DFA 是一種針對(duì)裝配環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌兼顧的設(shè)計(jì)思想和方法, 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中利用各種技術(shù)手段如分析、評(píng)價(jià)、規(guī)劃、仿真等充分考慮產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)及其相關(guān)的各種因素的影響，在滿(mǎn)足產(chǎn)品性能與功能的條件下改進(jìn)產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)，使所設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品可以容易、快速、低成本地進(jìn)行裝

配。

1、 DFA在汽車(chē)內(nèi)飾件設(shè)計(jì)上的典型應(yīng)用

1.1 減少零件數(shù)量

隔板隔音墊裝配在發(fā)動(dòng)機(jī)艙與乘員艙的隔板上起隔音作用，隔板上點(diǎn)焊有20顆螺柱。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為在隔板隔音墊上對(duì)應(yīng)螺柱開(kāi)孔，通過(guò)依次在螺柱上套旋扣來(lái)固定隔板隔音墊。采用DFA后，旋扣在供應(yīng)商處與隔板隔音墊裝配為一整體隔板隔音墊組件，總裝只需把隔板隔音墊組件的旋扣套入螺柱即完成固定，總裝零件減少20個(gè)。減少零件數(shù)量可降低購(gòu)買(mǎi)、檢驗(yàn)、物流管理成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)控制，提高裝配效率，見(jiàn)圖1。

1.2 集成設(shè)計(jì)

車(chē)內(nèi)頂上需裝配車(chē)頂內(nèi)襯、遮陽(yáng)板、輔助拉手、空調(diào)通風(fēng)管、閱讀燈、安全帶飾蓋及兒童座椅飾蓋等零件。車(chē)內(nèi)空間狹小，操作困難；零件從下往上裝配，操作人員需克服零件重力，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；總裝線(xiàn)工位基本固定，而不同等級(jí)車(chē)配置不同，如空調(diào)通風(fēng)管或有或無(wú)，輔助拉手?jǐn)?shù)量或多或少，易成為整條總裝線(xiàn)瓶頸工位。采用DFA后，遮陽(yáng)板、輔助拉手、空調(diào)通風(fēng)管、閱讀燈、安全帶飾蓋及兒童座椅飾蓋等零件先集成裝配在車(chē)頂內(nèi)襯上，總裝只需裝配車(chē)頂內(nèi)襯總成，對(duì)輔助拉手等受力較大零件額外固定即可。集成設(shè)計(jì)不僅降低勞動(dòng)強(qiáng)度、保證裝配精度和裝配質(zhì)量，拆卸更迅速，且不需要很多工具，便于檢修維護(hù)，有利于產(chǎn)品回收利用。

1.3 減少緊固件數(shù)量及種類(lèi)

遮陽(yáng)板支撐座用一顆螺釘固定在車(chē)頂橫梁上后還剩一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，傳統(tǒng)裝配方式為再加一顆螺釘固定。采用DFA后，只需在遮陽(yáng)板支撐座上增加一定位柱、車(chē)頂橫梁上對(duì)應(yīng)增加定位孔即可。在手工裝配中，螺釘?shù)难b配費(fèi)用為其本身價(jià)值的幾倍甚至幾十倍，過(guò)多緊固件也不利于自動(dòng)化裝配。減少緊固件數(shù)量及種類(lèi)可減少裝配工序，降低裝配及零件成本，見(jiàn)圖2。

1.4 先定位后固定

某自主MPV轎車(chē)地毯無(wú)定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，僅通過(guò)座椅腳固定，導(dǎo)致裝配一致性差，出現(xiàn)地毯褶皺等高故障率問(wèn)題，采用DFA后，地毯增加第一、第二定位基準(zhǔn)，固定前先定位，褶皺問(wèn)題得到解決，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。定位基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)還需考慮零件各部位的裝配精度，譬如SUV車(chē)的車(chē)頂內(nèi)襯尾部與尾門(mén)密封條配合精度高，前后左右四向第一定位基準(zhǔn)可設(shè)計(jì)在車(chē)頂內(nèi)襯尾部。

1.5 為從下往上裝配零件設(shè)計(jì)預(yù)固定結(jié)構(gòu)

以無(wú)預(yù)固定設(shè)計(jì)的遮陽(yáng)板支撐座為例，裝配時(shí)雙手需要同時(shí)拿遮陽(yáng)板支撐座、螺釘、電批，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。采用DFA后，在遮陽(yáng)板支撐座上增加預(yù)固定的倒圣誕樹(shù)形卡扣，裝配方便，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了裝配效率，見(jiàn)圖3。

1.6 為重要零件設(shè)計(jì)裝配止位結(jié)構(gòu)

某自主MPV轎車(chē)車(chē)頂內(nèi)襯用車(chē)頂內(nèi)襯卡扣（無(wú)止位結(jié)構(gòu)）固定，過(guò)緊裝配導(dǎo)致車(chē)頂內(nèi)襯外觀面形沉坑，影響外觀，過(guò)松裝配導(dǎo)致車(chē)頂內(nèi)襯沒(méi)完全固定，行駛中產(chǎn)生異響。采用DFA后，在車(chē)頂內(nèi)襯卡扣上設(shè)計(jì)止位結(jié)構(gòu)，質(zhì)量問(wèn)題解決，見(jiàn)圖4。

1.7 防錯(cuò)設(shè)計(jì)

某商用車(chē)車(chē)頂內(nèi)襯僅尺寸不同，并無(wú)防錯(cuò)設(shè)計(jì)，生產(chǎn)易用錯(cuò)物料，采用DFA后，更改其中一種車(chē)頂內(nèi)襯外包裝顏色，大大提高操作人員區(qū)分兩種物料效率。

1.8 設(shè)計(jì)導(dǎo)向特征

為提高汽車(chē)內(nèi)飾感知質(zhì)量，一般通過(guò)在B面用卡扣固定，卡扣裝配屬于盲裝，難找到固定點(diǎn)，裝配效率低，很容易損壞零件。圖5為某乘用車(chē)車(chē)頂內(nèi)襯，第一基準(zhǔn)為有導(dǎo)向作用定位銷(xiāo)。設(shè)計(jì)導(dǎo)向特征可提高裝配效率，提升裝配質(zhì)量，零件相應(yīng)尺寸允許更寬松公差，降低制造成本。

1.9 零件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化設(shè)計(jì)

總裝線(xiàn)生產(chǎn)所有車(chē)型的遮陽(yáng)板支撐座用20mm長(zhǎng)螺釘固定，新開(kāi)發(fā)的某SUV轎車(chē)因改善了遮陽(yáng)板支撐座結(jié)構(gòu)，只需新開(kāi)發(fā)一款16mm長(zhǎng)螺釘即可，但實(shí)際上不符合公司標(biāo)準(zhǔn)化要求，物流、管理等成本也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)減短螺釘長(zhǎng)度所節(jié)省成本，采用DFA后，統(tǒng)一采用20mm長(zhǎng)螺釘。

1.10 防止零件欠約束或過(guò)約束

任何零件在空間上有6個(gè)自由度，如果零件欠約束，零件會(huì)在欠約束的自由度方向上出現(xiàn)不該有的運(yùn)動(dòng)，妨礙零件功能的實(shí)現(xiàn)甚至出現(xiàn)質(zhì)量事故。在地毯裝配孔設(shè)計(jì)時(shí)因考慮零件制造精度，易犯把所有孔都開(kāi)最大限度尺寸，實(shí)際上缺少兩個(gè)移動(dòng)自由度，缺少定位基準(zhǔn)，易因零件裝配狀態(tài)不穩(wěn)定而導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題。如零件過(guò)約束，零件裝配困難，質(zhì)量難保證。門(mén)飾板等注塑件若有兩個(gè)孔都采用前后上下四向定位，零件制造誤差會(huì)導(dǎo)致裝配孔位不對(duì)中，裝配困難并且裝配后產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；車(chē)頂內(nèi)襯、地毯等軟內(nèi)飾過(guò)約束易導(dǎo)致褶皺感知質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)于多孔固定零件，一般采用一個(gè)四向定位的第一基準(zhǔn)、一個(gè)腰形槽的兩向定位的第二基準(zhǔn)，其余孔采用過(guò)孔。

1.11 裝配人機(jī)工程學(xué)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不但要為輔助工具提供足夠空間，保證操作人員能順利完成裝配工序，還得提高裝配過(guò)程中的安全性、降低操作人員的疲勞度和壓力、增加操作人員的舒適度、提高裝配效率。

2、DFA實(shí)施

2.1 建立DFA產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)

產(chǎn)品裝配技術(shù)紛繁復(fù)雜、日新月異，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師不是裝配技術(shù)方面專(zhuān)家，裝配技術(shù)不可能完全掌握，因此需團(tuán)隊(duì)合作，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段裝配工程師介入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師遇到裝配問(wèn)題可盡早向裝配工程師征詢(xún)意見(jiàn)。

2.2 建立DFA工具

盡管DFA產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有團(tuán)隊(duì)合作，設(shè)計(jì)工程師仍然承擔(dān)主要責(zé)任。面對(duì)復(fù)雜的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)工程師常常顧此失彼，一個(gè)微小的失誤導(dǎo)致產(chǎn)品開(kāi)發(fā)失敗。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)外公司開(kāi)發(fā)了DFA軟件，如美國(guó)的BDI公司開(kāi)發(fā)了DFA軟件DAT，國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等對(duì)FDA相關(guān)技

術(shù)進(jìn)行研究，并也自主開(kāi)發(fā)軟件。企業(yè)可開(kāi)發(fā)適合本企業(yè)的DFA軟件或DFA檢查表，DFA檢查表簡(jiǎn)要格式見(jiàn)表1。

表1 DFA檢查表

3、采用DFA意義

DFA從裝配的觀點(diǎn)提供一個(gè)系統(tǒng)的程序來(lái)分析設(shè)計(jì)方案，有效簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，減少裝配工序，降低裝配勞動(dòng)強(qiáng)度，提高裝配效率，降低物流及生產(chǎn)控制等成本，同時(shí)還可減少裝配錯(cuò)誤及不良率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。DFA使設(shè)計(jì)工程師和裝配工程師在設(shè)計(jì)早期對(duì)話(huà)，團(tuán)隊(duì)工作，共同確定方案，可有效減少產(chǎn)品因裝配問(wèn)題的修改，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低不必要的改模費(fèi)用。

[1]Geoff rey Boothroyd. Product design for manuf acture and assembly[ J]. CAD, 1994, 26 ( 7) : 505- 520.

[2]鐘元.面向制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011：26-72.

表3 理論值與試驗(yàn)值對(duì)比表

40 km/h 22.35 23.79 50 km/h 23.07 25.32 60 km/h 24.30 28.71經(jīng)濟(jì)性70 km/h 26.04 31.97 80 km/h 28.07 37.93綜合油耗 26.75 24.97

通過(guò)道路試驗(yàn)可以看出:理論計(jì)算與試驗(yàn)值相當(dāng)，可以認(rèn)為在原整車(chē)模型基礎(chǔ)上改制為雙后橋承、單后橋驅(qū)動(dòng)的整車(chē)模型可以為后續(xù)該系列車(chē)型的動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化匹配提供較為準(zhǔn)確地車(chē)型平臺(tái)模型。

參考文獻(xiàn)

[1]余志生．汽車(chē)?yán)碚摚跰］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000．

[2]彭 棟．Cruise基礎(chǔ)培訓(xùn)教程 AVL 2006.

[3]樊飛龍．某型礦用自卸車(chē)整車(chē)性能匹配 AVL 2009年用戶(hù)大會(huì)論文集 2009.

Study on Optimization Design of Automotive Trims for Assembly

Jin Jiawei
（SAIC-GM-Wuling Automobile Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545007）

In order to solve the problem of frequent design revision、expensive assembly cost because of the disjunction of product design and manufacture，design for assembly provide system's solution from the assembly point of view.Detailed analysis the typical application of automobile interior design with DFA，reducing parts quantity、integrated design、reducing the quantity and king of fasteners 、standardized design、anti-fault design and so on simplify the product design、improve the efficiency of assembly，effectively shorten the product development cycle、reduce the development and assembly cost、improve product quality.

design for assembly；DFA; automobile interior design；product design

U462.1

A

1671-7988(2014)10-33-04

晉加偉，內(nèi)飾工程師，就職于上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司。