重卡新產(chǎn)品裝配工藝虛擬分析技術(shù)淺析

喬寶華

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

關(guān)鍵字：可行性；防錯；人機(jī)性；模塊化

前言

如今汽車行業(yè)的競爭日益激烈，贏得時間就是贏得市場，爭取最短的新產(chǎn)品開發(fā)周期是眾多汽車企業(yè)的贏得市場的法寶，而新產(chǎn)品在開發(fā)過程中的設(shè)計與工藝同步分析已成為縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期的一把利劍。

裝配是四大工藝之一，是出產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)，而產(chǎn)品的裝配質(zhì)量影響因素很多，所以產(chǎn)品開發(fā)過程中裝配虛擬分析尤其重要，它主要可以通過以下各方面進(jìn)行分析與評價，從而降低實際裝配過程中的風(fēng)險點。

1 工裝/工具/設(shè)備通過性

1.1 工具通過性

產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)校核時，需考慮使用的裝配工具能有足夠的操作空間，并與其它部件無干涉。

示例1：內(nèi)六角或者十字槽盤頭螺釘裝配時：

圖1 內(nèi)六角或者十字槽盤頭螺釘裝配示意

表1 幾種裝配工具規(guī)格

裝配盤頭螺釘時批頭距離周邊部件的尺寸如下表2 所示：

表2 裝配盤頭螺釘時批頭距離周邊部件尺寸

示例2：外六角頭螺栓規(guī)格與對應(yīng)套筒所需周邊間隙，以M6 螺栓為例，如下圖3 和表3 所示。

圖2 M6 螺栓規(guī)格

圖3 緊固螺母或螺栓用開口扳手示意

表3 M6 螺栓對應(yīng)套筒所需周邊間隙

緊固螺母或螺栓用開口扳手所需空間如圖3 中M 尺寸，見表3 最后一列。

1.2 工裝、設(shè)備通過性

新產(chǎn)品如果規(guī)劃建設(shè)新的生產(chǎn)線，生產(chǎn)線的規(guī)劃和方案設(shè)計可以按照新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)規(guī)劃完成，無需考慮通過性。

老產(chǎn)品發(fā)生結(jié)構(gòu)更改或者開發(fā)的新產(chǎn)品在現(xiàn)有的生產(chǎn)線生產(chǎn)，必須考慮現(xiàn)有生產(chǎn)線在用的工裝、設(shè)備、工位器具的通過性，如生產(chǎn)線輸送系統(tǒng)、分裝工裝（保險杠分裝臺架、儀表板分裝臺、組合踏板分裝等）、電器檢測及標(biāo)定設(shè)備、助力機(jī)械手等。

2 工序合理性

新產(chǎn)品若是新建生產(chǎn)線，裝配工序安排只要先后裝配部件無干涉，互不影響，工位工作量均衡，滿足產(chǎn)線的規(guī)劃節(jié)拍就可。

若是新產(chǎn)品與現(xiàn)有車型混線生產(chǎn)，那新舊產(chǎn)品的工藝順序要求安排基本一致，若有不一致，優(yōu)先考慮設(shè)計變更保證一致性，特別是需要設(shè)備輔助裝配的部件必須保證工位一致性，如駕駛室裝配線的高架箱和儀表板助力機(jī)械手、風(fēng)窗玻璃膠工位、電器檢測等關(guān)鍵部件和關(guān)鍵工位。

3 零部件裝配路徑

裝配過程中，要保證零部件與周邊零部件無干涉，有足夠的間隙，特別是外形尺寸較大的部件，如臥鋪、襯層、儀表板、高架箱等，可參考表4，必要時，可借助軟件進(jìn)行模擬分析。

表4 裝配部件及與周邊部件間隙

4 工裝/工具/設(shè)備通用性

新產(chǎn)品如果規(guī)劃建設(shè)全新的生產(chǎn)線，生產(chǎn)線的規(guī)劃和方案設(shè)計按照新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)規(guī)劃完成，不需考慮工裝及設(shè)備的通用性。

若是新產(chǎn)品或者老產(chǎn)品變更后與現(xiàn)有產(chǎn)品混線生產(chǎn)，在不影響整車性能和設(shè)計元素的前提下，要做到工裝定位、裝夾、吊裝結(jié)構(gòu)一致，或者通過改造，保證新產(chǎn)品與現(xiàn)有產(chǎn)品工裝、工具、設(shè)備的通用性，如車架翻身吊具、裝配機(jī)械手、加注設(shè)備、各類擰緊機(jī)、駕駛室本體及總成輸送系統(tǒng)、風(fēng)窗玻璃膠粘工作站等。

新產(chǎn)品或者老產(chǎn)品變更后設(shè)計選用的標(biāo)準(zhǔn)件，盡量和現(xiàn)有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)件是同一系列，規(guī)格盡量統(tǒng)一化，保證擰緊工具的通用性。

5 裝配導(dǎo)向及定位措施

裝配零部件經(jīng)常出現(xiàn)錯裝問題，所以在分析時要充分檢查零部件設(shè)計結(jié)構(gòu)是否有定位策略、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，便于裝配，同時也保證了裝配的一致性。零部件的裝配定位和導(dǎo)向結(jié)構(gòu)便于現(xiàn)場操作，定位措施要求準(zhǔn)確可靠，不易在裝配過程中損壞。

表5 常用定位和防錯措施

6 模塊總成合理性

模塊化裝配是提升裝配生產(chǎn)線節(jié)拍和產(chǎn)能的有效措施，也便于模塊部件的質(zhì)量控制，所以設(shè)計結(jié)構(gòu)能最大化的實現(xiàn)模塊化是目前汽車設(shè)計的趨勢，模塊化的合理性主要從以下三個方面分析：

分裝流程的可行性：按照設(shè)計結(jié)構(gòu)確定分裝流程，并且分裝過程中無部件相互干涉即可完成模塊的分裝。

模塊裝配是否需要設(shè)計吊裝點：主要是針對重量≥7KG的模塊，必須考慮輔助裝配設(shè)備，同時考慮設(shè)備使用時是否需要設(shè)計專用的吊掛點。

模塊裝配是否有定位措施：小型輕型模塊操作者裝配，必須考慮設(shè)計定位措施，可參考1.5 中的要求，防止錯裝，大型、重型模塊在考慮定位措施的同時必須考慮吊裝設(shè)備的精度能否便于實現(xiàn)設(shè)計定位，如定位銷在裝配時不易對正，可將定位銷直徑增加并設(shè)計成錐銷便于導(dǎo)向或者增加獨立的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)保證定位到位，而且定位結(jié)構(gòu)裝配時可視，不允許盲裝。

7 裝配基準(zhǔn)的合理性

裝配基準(zhǔn)選擇是否合理，直接影響部件與其它部件的配合關(guān)系，如間隙面差問題，保證相關(guān)零部件的裝配定位基準(zhǔn)一致，縮短尺寸鏈，減小裝配后的累積公差，提高裝配質(zhì)量。如駕駛室側(cè)圍工具箱，工具箱與側(cè)圍外板存在間隙面差配合，因此，工具箱鉸鏈的裝配定位以側(cè)圍外板為基準(zhǔn)是最合理的。

8 零件結(jié)構(gòu)分析

8.1 配合面結(jié)構(gòu)

8.1.1 影響密封性的配合面

此種配合面必須設(shè)計密封措施，特別是駕駛室本體外部安裝件，如駕駛室遮陽罩、導(dǎo)流罩、示廓燈線等，在駕駛室本體外板上通過螺栓裝配的，必須增加有效的密封墊或者密封膠圈，若采用直接卡接在白車身上，卡扣或者白車身卡接孔上必須有密封結(jié)構(gòu)，如密封堵塞。

8.1.2 一個零件上多個安裝面配合

此種需多個配合面安裝的配合面需確定其中一個面是定位面，其它配合面為間隙配合，保證裝配后部件不易變形，且安裝面配合符合設(shè)計要求。

8.2 結(jié)構(gòu)可靠性

零部件裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠，避免在噴漆、拿取和裝配過程中變形，如鈑金件，強(qiáng)度可靠，在螺栓緊固時不易變形，避免裝配尺寸偏差；塑料件在噴漆烘烤過程中不會因為材質(zhì)或者結(jié)構(gòu)導(dǎo)致變形，避免裝配困難。

8.3 結(jié)構(gòu)完整性

數(shù)據(jù)分析時，需要確保數(shù)據(jù)的安裝策略清晰的體現(xiàn)，零部件信息與E-BOM 是否能對應(yīng)上，標(biāo)準(zhǔn)件是否齊全，在三維數(shù)據(jù)上是否裝配到位。

8.4 防錯

零部件結(jié)構(gòu)必須有裝配防錯措施，其實裝配定位措施若是采用主副定位銷的方式也可起到防錯作用，但不能完全替代防錯措施，特別是在一些外形結(jié)構(gòu)特別對稱的零部件中，可以通過做特征或者標(biāo)記，如豁口、去角、標(biāo)記線、加筋等，避免現(xiàn)場出現(xiàn)錯裝的質(zhì)量問題。

9 人機(jī)工程

裝配過程中的人機(jī)工程主要是解決裝配系統(tǒng)中安全、高效、經(jīng)濟(jì)的問題，因此，在分析設(shè)計數(shù)據(jù)時，必須考慮操作者裝配時的動作姿勢，若需操作者處于非坐非蹲非站等非正常姿勢，盡量更改設(shè)計方案，若方案無法更改，工藝就需設(shè)計或者選取合適的工藝裝備，保證操作者在作業(yè)時的接近性、便利性、可視性、安全性和合理的勞動強(qiáng)度，在健康安全的前提下高效生產(chǎn)。

9.1 接近性

裝配部件所處位置，操作者能在空間位置上手或者手持工具可以接近，完成作業(yè)?？赏ㄟ^設(shè)計制作專用工作凳、踩臺等便于操作者接近裝配位置，如：導(dǎo)流罩的裝配，安裝點在駕駛室本體頂蓋上，操作者需站立在頂蓋上完成，就需根據(jù)裝配線體特點設(shè)計制作導(dǎo)流罩裝配專用臺，保證操作者通過此臺能直接到達(dá)頂蓋上，同時有安全措施防止操作者跌落的危險。

9.2 便利性

裝配部件的裝配結(jié)構(gòu)和裝配位置，操作者能非常方便的完成裝配過程，操作過程簡單、方便，節(jié)約時間等。如有的設(shè)計結(jié)構(gòu)由于空間限制，需操作者左手手持工具完成，這種設(shè)計建議更改方案，滿足大部分操作者的作業(yè)習(xí)慣。

9.3 可視性

可視性是指操作者在一個舒適的位置，作業(yè)時裝配部件的固定點在操作者的視線范圍內(nèi)能平視清晰看見裝配位置，不允許盲裝。如電器部件中的線束插接器，若出現(xiàn)盲裝，容易出現(xiàn)插接器針腳或者卡接結(jié)構(gòu)的損壞。

9.4 勞動強(qiáng)度

裝配時的操作者勞動強(qiáng)度是工藝方案設(shè)計人員必須重點考慮之一，勞動強(qiáng)度直接影響著操作者的人身健康，所以虛擬分析時必須考慮，一般單一操作者單手＜4.5kg,雙手＜7kg,超過這個標(biāo)準(zhǔn)均需要輔助助力，如助力機(jī)械手、小型吊具、專用工裝等，降低操作者的勞動強(qiáng)度。

9.5 安全性

裝配的安全性是指從長遠(yuǎn)利益出發(fā)，對作業(yè)環(huán)境進(jìn)行合理的設(shè)計并進(jìn)行安全保護(hù)，以保證操作者在長期工作下健康不受影響，事故危險性最小，操作區(qū)域是否存在安全隱患的部件，是否是高空作業(yè)和重物下部作業(yè)等，如操作區(qū)域是否有鋒利的單層鈑金，操作區(qū)域是否容易碰到頭部或者腳底障礙物等等，這種一般建議調(diào)整設(shè)計方案，如單層鈑金可進(jìn)行翻遍處理，高空作業(yè)條件允許可設(shè)立防護(hù)欄或者對操作者設(shè)計安全措施，重物下方作業(yè)可對上部重物的吊裝設(shè)備進(jìn)行安全防護(hù)，確保不會掉落，或者調(diào)整工藝方案，避免重物下方的裝配作業(yè)，保證操作者的人身安全。

10 裝配效率

零件結(jié)構(gòu)和安裝方式若是過于復(fù)雜，會影響裝配效率，必須提出改進(jìn)建議，保證生產(chǎn)線產(chǎn)能規(guī)劃。

例1：天窗的裝配采用螺栓連接，共用了20 個緊固點，根據(jù)以往經(jīng)驗，過多的緊固點是不合理的，可以提出采用3+2+3+2 共10 個緊固點的策略。

11 維修性

汽車產(chǎn)品的維修性包括易損件的更換、需保養(yǎng)和維護(hù)零件的維護(hù)保養(yǎng)、電器系統(tǒng)中的故障診斷和電器部件的更換，這類零部件裝配結(jié)構(gòu)和其它部件的搭接關(guān)系，需考慮后期更換的可行性，拆裝過程中不易造成部件損壞，拆卸方便、拆裝部件少、用時短，拆裝工具（隨車工具）空間滿足、拆裝后易保證正確狀態(tài)，不滿足要求的建議設(shè)計進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。如中央電器裝置板是電器方面易出故障之一，所以對此件布置位置經(jīng)常在副駕儀表板的下部，而且僅需按壓檢修蓋板卡接位置，就可實現(xiàn)檢修蓋板的拆卸，無需其它輔助工具。

12 結(jié)束語

本文簡述了新產(chǎn)品在開發(fā)過程中裝配工藝分析所涉及到的相關(guān)問題，希望能給本領(lǐng)域更多同行人員所有借鑒。隨著數(shù)字化工廠及VR（虛擬現(xiàn)實）和AR（增強(qiáng)現(xiàn)實）等技術(shù)在汽車行業(yè)的不斷應(yīng)用，新產(chǎn)品開發(fā)過程中裝配工藝的分析會更加系統(tǒng)、全面、直觀，如裝配線的線平衡可以通過數(shù)字化工廠的建立做完整的分析、評估和優(yōu)化。