對汽車保險(xiǎn)杠裝配生產(chǎn)線研究與實(shí)現(xiàn)探討

王師凱

摘 要：最近幾年，交通事故頻發(fā)，汽車保險(xiǎn)杠的重要性愈加凸顯，并且成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文對汽車保險(xiǎn)杠裝配生產(chǎn)線進(jìn)行了調(diào)查和研究，結(jié)合自動化技術(shù)，建立了保險(xiǎn)杠的三維模型，通過模擬和仿真，探討了具體的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：汽車保險(xiǎn)杠；裝配；生產(chǎn)線；仿真

引言：一般情況下，汽車保險(xiǎn)杠分為三部分，外板、緩沖材料以及橫梁，其中橫梁的組成材料是2mm左右的冷軋薄板，形狀呈U形，而外板和緩沖材料依托在橫梁上成為一個(gè)整體，這一整體能夠隨時(shí)進(jìn)行拆卸。

1.保險(xiǎn)杠模型

在過去很長一段時(shí)間內(nèi)，我國汽車保險(xiǎn)杠裝配工作仍然依靠大量的勞動力，裝配效率較低，并且行業(yè)發(fā)展較慢，為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，推動汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，需要從保險(xiǎn)杠模型的建立做起。不言而喻，保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，同時(shí)相對比較獨(dú)立，作為汽車的組成部分，雖然看似微不足道，但是在安全保障方面起到的作用不容忽視。比如當(dāng)汽車在行駛途中與其他車輛或者是障礙物發(fā)生碰撞、摩擦?xí)r，可以起到保護(hù)的作用，防止散熱器、燈具等設(shè)備受到破壞。另外，保險(xiǎn)杠還能起到一定的裝飾作用，美化汽車的外觀?？偠灾壳?，國內(nèi)外對于汽車保險(xiǎn)杠的研究方興未艾，一些汽車廠家已經(jīng)開始研究新型的保險(xiǎn)杠，試圖生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)獨(dú)特、造型精美、功能全面和作用突出的保險(xiǎn)杠，滿足人們不同的需求。但是萬變不離其宗，保險(xiǎn)杠的的結(jié)構(gòu)必須滿足動力學(xué)的要求，這就決定大多數(shù)保險(xiǎn)杠的外形必須設(shè)計(jì)成曲面，而在建模的過程中，考慮到曲面的設(shè)計(jì)問題，需要使用CATIAV5軟件。

具體的建模內(nèi)容如下：基架是保險(xiǎn)杠的最大部件，其他部件安裝在基架的不同位置，而且與夾具的定位密不可分，如圖1所示。

圖 1 保險(xiǎn)杠基架

保險(xiǎn)杠中部配有防擦條，它是通過卡扣與基架連接在一起，主要作用是為了保護(hù)保險(xiǎn)杠不出現(xiàn)劃痕。比如在倒車過程中，汽車保險(xiǎn)杠可能碰撞到墻壁，這時(shí)因?yàn)榉啦翖l比較突出，會先接觸到墻壁，從而防止保險(xiǎn)杠進(jìn)一步接觸墻壁。保險(xiǎn)杠防擦條如圖2所示。

圖 2 保險(xiǎn)杠防擦條

這里還要注意下加強(qiáng)筋的問題，它主要安裝在保險(xiǎn)杠的兩側(cè)，能夠提高保險(xiǎn)杠的整體強(qiáng)度，因?yàn)楸ｋU(xiǎn)杠輕量化是保險(xiǎn)杠的發(fā)展趨勢，所以安裝加強(qiáng)筋逐漸成為保險(xiǎn)杠裝配和生產(chǎn)的主要模式，典型的加強(qiáng)筋如圖3所示。

圖 3 保險(xiǎn)杠加強(qiáng)筋

至于傳感器，一般而言，一個(gè)保險(xiǎn)杠需要配備四個(gè)傳感器，如圖4所示。它們分布比較均勻，安裝在基架的內(nèi)測，從左到右按照一定的間隔排列。比如在汽車倒車過程中，如果傳感器探測到障礙物距離汽車尾部較近，那么它會第一時(shí)間向駕駛員發(fā)出指示和警報(bào)[1]。

圖 4 汽車保險(xiǎn)杠傳感器

除了上述設(shè)備和器件外，電線對于保險(xiǎn)杠的重要性不言而喻，主要安裝在加強(qiáng)筋的內(nèi)測，并且與汽車頭部和尾部的電線相連，這樣可以起到控制電路和傳感器的雙重作用。汽車保險(xiǎn)杠建模與線性規(guī)劃存在一定的聯(lián)系，通過圖解法可知，

max F=cx（L）s.t.Ax≤b，x≥0，其中A為m×n矩陣，它的解集R={x|Ax=b，x≥0}。

2.保險(xiǎn)杠裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

2.1時(shí)間分配

經(jīng)過分析調(diào)查和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)汽車保險(xiǎn)杠的各個(gè)部件裝配時(shí)間有很大的差異，比如防擦條的裝配時(shí)間較長，大概在50s左右，而加強(qiáng)筋的裝配時(shí)間很短，只需要10s，至于傳感器和電線的裝配基本在15s～25s之間。但是需要注意，這些部件具有固定的裝配順序，需要嚴(yán)格執(zhí)行，否則會出現(xiàn)保險(xiǎn)桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)混亂、功能缺失或者是質(zhì)量低下等問題。對于單個(gè)保險(xiǎn)杠而言，裝配工作需要大概2min的時(shí)間，所以有必要研究自動化裝配生產(chǎn)線，從而提高保險(xiǎn)杠的裝配效率。另外還要考慮生產(chǎn)節(jié)拍，也就是有效生產(chǎn)時(shí)間與客戶需求數(shù)量的比值，因?yàn)椴煌ば虻臅r(shí)間不同，所以節(jié)拍也會有不小的差異在，只有盡量保證節(jié)拍的均衡，這樣才能達(dá)到最大的效益，自動化裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍公式如下：tj=60Tη/N

其中，T代表年基本工時(shí)，大概為2400h，N代表零件的年產(chǎn)量，本文按照120000件計(jì)算，η代表自動化裝配生產(chǎn)線的負(fù)荷率，取值0.7，經(jīng)過計(jì)算可以得出，tj=0.84分，說明生產(chǎn)節(jié)拍為50.4s/件。

2.2工藝流程

整體而言，汽車傳感器的裝配分為防擦條、加強(qiáng)筋、傳感器和電線四部分，而傳感器和電線可以按照性質(zhì)合并在一起，所以重新進(jìn)行組合和分配，可以將保險(xiǎn)杠的裝配工作進(jìn)一步簡化。具體分為上料、防擦條安裝、加強(qiáng)筋安裝、雷達(dá)裝置安裝、以及卸料，這5大工藝流程，基本覆蓋和囊括了各大汽車制造商保險(xiǎn)杠裝配生產(chǎn)線的全部內(nèi)容。工藝流程在編制過程中，要保證產(chǎn)品能夠劃分為不同的單元，并且個(gè)別部件的裝配要與總裝配進(jìn)度一致，爭取在一個(gè)工序內(nèi)完成多項(xiàng)操作。

2.3方案分類

方案分類這部分內(nèi)容比較復(fù)雜，重點(diǎn)考慮對象是自動化裝配生產(chǎn)線的布局，包括機(jī)床、輔助裝置以及傳輸裝置的分布形式，并且受到工藝水平、運(yùn)輸方式以及生活環(huán)境等因素的影響。如果對裝配生產(chǎn)線的布局方式進(jìn)行細(xì)分，可以分為直線型、環(huán)形、U型以及L型等方式，其中應(yīng)用范圍最廣和認(rèn)可度最高的兩種布局方式分別是直線型布局和U型布局。

U型布局適合柔性生產(chǎn)，并且對于產(chǎn)品的質(zhì)量要求較高，通過在生產(chǎn)線上制造一個(gè)弧度較小的彎，可以讓物品的投入口與輸出口處于相同的位置，類似英文字母U，但是需要注意，這類生產(chǎn)線的長度較長，如果生產(chǎn)線很短，可能會造成產(chǎn)品的偏離。另外，如果將生產(chǎn)線的首尾兩端進(jìn)行連接，可以有效減少夾具和托板的使用和搬運(yùn)，這時(shí)整個(gè)生產(chǎn)線相當(dāng)于一個(gè)環(huán)形。

與U型布局相比，直線型布局特點(diǎn)鮮明，并且效率極高，通過直線排列，能夠連續(xù)不間斷地進(jìn)行生產(chǎn)，這樣保證了各個(gè)生產(chǎn)工序緊密連接，有效預(yù)防了生產(chǎn)線中斷或者是異常等情況。結(jié)合本文研究的汽車保險(xiǎn)杠裝配情況，采用直線型生產(chǎn)線更加合理，因?yàn)楣ば蜉^少，這種布局能節(jié)省零件的移動和等待時(shí)間，在市場化競爭如此激烈的今天，可以提高產(chǎn)品成型和投入市場的速度，為企業(yè)的發(fā)展提供助力和支撐。

3.夾具設(shè)計(jì)

顧名思義，夾具的作用是為了進(jìn)行定位，只有當(dāng)基準(zhǔn)面的形狀確定以后，定位元件的結(jié)構(gòu)才能確定，而工件在夾具中定位之后，需要進(jìn)行加固處理，防止工件出現(xiàn)偏離。一旦工件出現(xiàn)偏離，就需要重新進(jìn)行定位，否則會引起較大的誤差，降低汽車保險(xiǎn)杠裝配的質(zhì)量。常見的保險(xiǎn)杠夾具如圖5所示，在工作過程中，底座固定在支撐架上，當(dāng)保險(xiǎn)杠傳送到恰當(dāng)?shù)奈恢煤螅D(zhuǎn)到卡槽，使其繞著轉(zhuǎn)動軸進(jìn)行圓弧運(yùn)動，等到卡槽與保險(xiǎn)杠的底部接觸后，調(diào)節(jié)擋板的高度，這樣可以完成保險(xiǎn)杠豎直方向的定位。但是支架結(jié)構(gòu)的硬度較弱，不宜與保險(xiǎn)杠發(fā)生劇烈接觸，所以可以在夾具上固定圓形的橡膠墊，從而保證支架結(jié)構(gòu)的完整。

圖 5裝配生產(chǎn)線的夾具

完成保險(xiǎn)杠豎直方向的定位后，還需要從水平方向?qū)ζ溥M(jìn)行定位，可以使用紅色的擋塊，總共四個(gè)擋塊，上下各兩個(gè)，因?yàn)閾鯄K和保險(xiǎn)杠的接觸面積很大，能夠平均分?jǐn)偨佑|壓力，所以有效減少了保險(xiǎn)杠出現(xiàn)損壞的情況。從車間生產(chǎn)的角度考慮，為了便于工人進(jìn)行裝配，在設(shè)計(jì)支架時(shí)，盡量保證高度在1.3m左右，這樣可以降低勞動的強(qiáng)度，便于工人展開工作，但是支架的重量也要考慮在內(nèi)，避免工人出現(xiàn)撞傷的情況[3]。

結(jié)論：綜上所述，本文細(xì)致地分析了保險(xiǎn)杠的特點(diǎn)，并且將傳統(tǒng)的裝配方法與自動化裝配方法進(jìn)行了比較，從防擦條、加強(qiáng)筋與雷達(dá)裝置角度出發(fā)，探討了具體的優(yōu)化方法，并且通過仿真軟件，得到了不錯(cuò)的效果，如果能夠加以推廣，可以產(chǎn)生不小的經(jīng)濟(jì)和社會效益，促進(jìn)汽車行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]史瀟函. 轎車保險(xiǎn)杠裝配線改善研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2016.

[2]黃凱，廖秋慧，陳杰.汽車保險(xiǎn)杠專用復(fù)合材料及其成型工藝研究進(jìn)展[J].合成樹脂及塑料，2017，34（05）：87-91.

[3]李洋，施偉辰.汽車保險(xiǎn)杠橫梁的研究與改進(jìn)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（10）：164-166.

[4]車恒慶. 基于AnyLogic的保險(xiǎn)杠生產(chǎn)制造仿真建模與優(yōu)化研究[D].西南交通大學(xué)，2018.