冰箱U殼標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法探討

戴勝萍 黃勝華 方 偉

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

隨著市場對冰箱產(chǎn)品的個性化、差異化要求越來越高，冰箱企業(yè)對產(chǎn)品線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的要求也越來越迫切。U殼是冰箱箱體最基礎(chǔ)的核心零部件，大部分關(guān)鍵零部件，如冰箱門體、箱膽、底板、支架、壓縮機(jī)底板、壓縮機(jī)后蓋、梁、后背板、電器盒座等零部件均在其基礎(chǔ)上進(jìn)行裝配。所以冰箱U殼標(biāo)準(zhǔn)化是冰箱產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的第一步，也是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的基礎(chǔ)。冰箱U殼標(biāo)準(zhǔn)化成果對企業(yè)零部件標(biāo)準(zhǔn)化及通用化至關(guān)重要，可以在一定范圍內(nèi)簡化產(chǎn)品品種及零部件數(shù)量，擴(kuò)大零部件的互換性，形成規(guī)模采購，降低采購成本。

本文研究成果不僅使企業(yè)冰箱產(chǎn)品零部件標(biāo)準(zhǔn)化水平得以提高，并且為冰箱企業(yè)U殼的設(shè)計開發(fā)提供了參考依據(jù)。根據(jù)本文研究成果，U殼可以建立自動化軋輥生產(chǎn)線，可以大幅度提升生產(chǎn)效率，解決U殼生產(chǎn)瓶頸，為推動企業(yè)自動化生產(chǎn)提供了良好的技術(shù)支持平臺。

1 背景

冰箱企業(yè)在長年累月生產(chǎn)過程中，U殼安裝接口日積月累，產(chǎn)生種類繁多的U殼。U殼安裝接口的不統(tǒng)一，嚴(yán)重影響了冰箱企業(yè)研發(fā)效率和生產(chǎn)效率，無形中增加了生產(chǎn)及開發(fā)等管理成本。因此，冰箱企業(yè)迫切需要應(yīng)用先進(jìn)的創(chuàng)新及管理理念來開展一場冰箱產(chǎn)品核心零部件U殼的變革——U殼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化。以標(biāo)準(zhǔn)化U殼為出發(fā)點(diǎn)的箱體平臺，各個核心零部件輸入輸出接口統(tǒng)一，可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，減少零部件種類，形成規(guī)模化生產(chǎn)，同時可以避免新產(chǎn)品零部件出現(xiàn)質(zhì)量問題的風(fēng)險。

以下為冰箱企業(yè)U殼非標(biāo)常見生產(chǎn)現(xiàn)狀：

1）U殼正面及背面槽型多種化（導(dǎo)致各平臺相關(guān)零部件種類多，且無法互換）。

2）其它核心零部件接口多種化，給生產(chǎn)和工藝帶來較大的影響（如合頁、電器盒座、支架、下梁等）。

3）生產(chǎn)線設(shè)備無法兼容生產(chǎn)各型號U殼，需建立多條生產(chǎn)線。

4）U殼沖切模具種類多，換模頻繁，生產(chǎn)及管理困難。

5）設(shè)計效率低，設(shè)計師主要精力經(jīng)常在確認(rèn)選用哪種結(jié)構(gòu)U殼及相關(guān)零部件。

6）零部件結(jié)構(gòu)錯誤率高，更改圖紙或改模頻繁。

2 技術(shù)方案

根據(jù)U殼非標(biāo)遇到的問題，本文提出U殼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)方案：

1）結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝及現(xiàn)有資源投入能力，梳理各平臺或各型號U殼結(jié)構(gòu)，兼容冰箱企業(yè)常見的內(nèi)外銷箱體平臺，形成統(tǒng)一U殼設(shè)計平臺，達(dá)到提升生產(chǎn)效率的目的。

2）形成U殼標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范文件，對新品設(shè)計進(jìn)行強(qiáng)制約束和指導(dǎo)，控制設(shè)計師隨意設(shè)計的行為。

3）建立U殼標(biāo)準(zhǔn)化3D模型，提升設(shè)計效率。在3D模型中通用結(jié)構(gòu)不允許更改，可選結(jié)構(gòu)可以根據(jù)產(chǎn)品功能需要進(jìn)行選用，可選結(jié)構(gòu)的尺寸不允許更改。

4）特殊冰箱U殼的處理：梳理特殊冰箱功能需求，例如海外大客戶特殊要求，如日本要求冰箱后背固定在墻壁上，優(yōu)先考慮在U殼上進(jìn)行通用結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，不能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，進(jìn)行限制，不允許其它新品借用，隨著特殊產(chǎn)品的退市自然退市處理。

3 設(shè)計方法

3.1 U殼結(jié)構(gòu)劃分

根據(jù)U殼結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)特點(diǎn)，將U殼結(jié)構(gòu)分為2大類進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：通用結(jié)構(gòu)和可選結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 U殼結(jié)構(gòu)分類

其中通用結(jié)構(gòu)為所有冰箱類產(chǎn)品U殼標(biāo)準(zhǔn)接口，可選結(jié)構(gòu)按產(chǎn)品功能選用。詳細(xì)3D結(jié)構(gòu)劃分見圖2（圖2只示意了U殼左邊結(jié)構(gòu)）。圖2中的上前角、下前角、上后角、下后角為U殼通用結(jié)構(gòu)；正面槽型和背面槽型為U殼通用結(jié)構(gòu)；中梁安裝孔、假梁安裝孔及電器孔等為U殼可選結(jié)構(gòu)?？蛇x結(jié)構(gòu)根據(jù)產(chǎn)品功能需求進(jìn)行確定。

圖2 U殼結(jié)構(gòu)劃分示意圖

3.2 設(shè)計方法

1）以冰箱箱體平臺為基準(zhǔn)，鎖定內(nèi)外銷U殼寬度和深度系列。

U殼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化后，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外銷各平臺箱體統(tǒng)一。箱體平臺的統(tǒng)一，可以大幅度減少與U殼連接的零部件種類，如合頁、中梁、下梁、支架、底板、壓縮機(jī)底板、壓縮機(jī)后蓋、合頁蓋、襯盒、電器盒座、假梁組件等，給上述零部件帶來標(biāo)準(zhǔn)化的途徑。

2）U殼正面槽型和后背槽型均統(tǒng)一。

U殼正面和后背槽型的統(tǒng)一， U殼實(shí)現(xiàn)軋輥線自動化生產(chǎn)，同時，生產(chǎn)U殼的各軋輥線可以混線生產(chǎn)，避免了傳統(tǒng)的生產(chǎn)線不兼容，導(dǎo)致部分產(chǎn)線產(chǎn)能緊張，部分產(chǎn)線產(chǎn)能過剩等生產(chǎn)尖銳問題。生產(chǎn)線的統(tǒng)一，U殼生產(chǎn)效率得以飛速提升，釋放了較大的生產(chǎn)資源，同時可以節(jié)省生產(chǎn)線人工加班成本。

U殼后背槽型的統(tǒng)一，與之連接的后背板實(shí)現(xiàn)軋輥線生產(chǎn)。后背板可以按照一個箱體寬度一種后背板（后背板高度生產(chǎn)線可調(diào)）。后背板自動化生產(chǎn)后，后背板成本可較大幅度降低。另外，后續(xù)開發(fā)的新品后背板，基本不用再新開成套鈑金模具，單個后背板可節(jié)省幾十萬的模具費(fèi)用。

3）U殼通用結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，安裝接口尺寸不允許修改，減少沖切模具種類及換模頻率，提升生產(chǎn)效率，解決冰箱企業(yè)經(jīng)常遇到的U殼生產(chǎn)瓶頸問題。

U殼通用結(jié)構(gòu)安裝接口統(tǒng)一，與U殼連接的幾個關(guān)鍵零部件可以同步標(biāo)準(zhǔn)化及實(shí)現(xiàn)軋輥線自動化生產(chǎn)，如下梁，可以按一個箱體寬度一種下梁進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。下梁系列槽型一致，故下梁可以采用軋輥線生產(chǎn)以降低下梁成本；另外，壓縮機(jī)底板、壓縮機(jī)后蓋及底板等關(guān)鍵鈑金件，可以按一個箱體寬度一種壓縮機(jī)底板、壓縮機(jī)后蓋及底板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，壓縮機(jī)底板可以實(shí)現(xiàn)軋輥線生產(chǎn)以降低壓縮機(jī)底板成本，壓縮機(jī)后蓋和底板可以實(shí)現(xiàn)部分工序模具通用，以節(jié)省模具費(fèi)用。

U殼上前角及下前角安裝接口的統(tǒng)一，上合頁、下合頁、合頁蓋及襯盒均可以同步標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；少徱越档筒少彸杀?。

U殼下后角安裝接口的統(tǒng)一，支架可以按照一個箱體深度一種支架進(jìn)行同步標(biāo)準(zhǔn)化，支架主體可以避免重復(fù)開模，減少模具費(fèi)用。

4）U殼可選結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，可選的結(jié)構(gòu)安裝接口尺寸不允許修改，可選結(jié)構(gòu)定位尺寸可以按照推薦值進(jìn)行選用?？蛇x結(jié)構(gòu)根據(jù)產(chǎn)品需求確定是否選用。

U殼可選結(jié)構(gòu)沖切模具放置在軋輥線預(yù)備位置，需要的時候自動化安裝到位即可，不用單獨(dú)更換模具，以提升生產(chǎn)效率。

U殼可選結(jié)構(gòu)安裝接口統(tǒng)一，與U殼連接的電器盒座可以統(tǒng)一成一種，減少電器盒座種類，實(shí)現(xiàn)大批量采購以降低采購成本。與U殼連接的中梁，可以按一個箱體寬度一種中梁進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。中梁系列槽型統(tǒng)一，中梁可以采用軋輥線生產(chǎn)以降低中梁成本。與U殼連接的假梁組件，可以按一個箱體寬度一種假梁組件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，減少物料種類，形成大批量采購條件，降低采購成本。

3.3 3D模型建模方法

根據(jù)U殼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)方案及設(shè)計方法，在三維設(shè)計軟件中建立U殼標(biāo)準(zhǔn)化3D模型以提高設(shè)計師研發(fā)效率。通過三維軟件二次開發(fā)功能，將U殼通用結(jié)構(gòu)固化到U殼建模過程中，不允許設(shè)計師進(jìn)行修改。將可選結(jié)構(gòu)中的安裝接口尺寸同樣固化到U殼建模步驟中，不允許設(shè)計師進(jìn)行修改。可選結(jié)構(gòu)僅能修改定位尺寸和確定是否需要選用該接口。本文建模方法（建好的人機(jī)交互截面見圖3），可以解決設(shè)計師隨意調(diào)整尺寸的習(xí)慣，設(shè)計師只需要按照產(chǎn)品要求輸入幾個外形尺寸及功能需求后，需要的最終U殼3D圖紙立即創(chuàng)建完畢，“傻瓜式”設(shè)計，方便又快捷，同時可以防錯，一步到位，設(shè)計效率提升幅度顯而易見。作者建好的U殼3D模型見圖3。

圖3 U殼3D模型示意圖

4 U殼標(biāo)準(zhǔn)化事例驗(yàn)證

為了更直觀地說明U殼標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施過程，下面結(jié)合我司U殼標(biāo)準(zhǔn)化情況進(jìn)行舉例說明U殼標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施過程，U殼結(jié)構(gòu)劃分方法見圖4和圖5。

圖4 U殼2D圖紙示意圖1

圖5 U殼2D圖紙示意圖2

1）U殼正面槽型由三種整合為一種

整合內(nèi)銷和出口產(chǎn)品平臺， U殼連接箱膽、梁的輸出接口統(tǒng)一，即U殼正面槽型由三種整合為一種。U殼標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施過程中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝和生產(chǎn)設(shè)備等各個方面均有較大的改進(jìn)，公司現(xiàn)有冰箱產(chǎn)品U殼生產(chǎn)線和設(shè)備均無法滿足標(biāo)準(zhǔn)化后的冰箱U殼生產(chǎn)。為此，公司按批量生產(chǎn)的模式改進(jìn)舊生產(chǎn)線和新建U殼自動化軋輥生產(chǎn)線，解決U殼生產(chǎn)瓶頸。

2）U殼后背槽型由2種整合為一種新的后背槽型

根據(jù)生產(chǎn)提出的需求，對冰箱后背槽型重新優(yōu)化設(shè)計為一種新后背槽型，新槽型可以取消冰箱后背堵漏海綿，降低產(chǎn)品成本的同時可以減少流水線生產(chǎn)工序，達(dá)到減少1-2人的目的，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益。

3） U殼結(jié)構(gòu)按通用結(jié)構(gòu)和可選結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化

①通用結(jié)構(gòu)：

圖1中的上前角、下前角，上后角和下后角為通用結(jié)構(gòu)。此4大結(jié)構(gòu)（左右對稱為8個）標(biāo)準(zhǔn)化后，U殼各個拐角沖切模具形成統(tǒng)一，在U殼自動化生產(chǎn)過程中，無需換模，可以大幅度提升U殼生產(chǎn)效率（更換一批次沖切模具至少需2 h）。與U殼4大拐角部位連接的零部件（如合頁加強(qiáng)板、襯盒、合頁、支架、梁、壓縮機(jī)底板、壓縮機(jī)后蓋等）按U殼標(biāo)準(zhǔn)化成果同步標(biāo)準(zhǔn)化，U殼裝配的零部件物料種類得到有效控制。

②可選結(jié)構(gòu)：

圖1中的中梁安裝孔、假梁安裝孔、電氣孔等為可選結(jié)構(gòu)，根據(jù)產(chǎn)品功能需要進(jìn)行可選。其中，電氣孔分為2大類：大電氣孔和小電氣孔。

大電氣孔適合高配冰箱或功能復(fù)雜的冰箱使用，成本較高；小電氣孔適合低配冰箱或功能簡單的冰箱使用，成本低廉。為了減少電器盒座種類和沖切模具種類，大電氣孔和小電氣孔安裝接口尺寸各自皆為通用尺寸，即標(biāo)準(zhǔn)化尺寸，設(shè)計過程中不允許修改。電氣孔是否需要根據(jù)產(chǎn)品功能需求進(jìn)行可選，例如小冰箱電氣孔設(shè)置在冰箱后背，U殼頂部就不需要電氣孔。

為了減少中梁、假梁種類和沖切模具種類，中梁和假梁安裝孔安裝接口均為通用尺寸，不允許修改，但是定位尺寸可以根據(jù)產(chǎn)品需要進(jìn)行更改。中梁和假梁安裝接口是否需要根據(jù)產(chǎn)品類型進(jìn)行選擇，例如對開門冰箱就不需要中梁和假梁安裝孔。

5 經(jīng)濟(jì)效益

5.1 直接經(jīng)濟(jì)

以作者公司進(jìn)行說明U殼標(biāo)準(zhǔn)化帶來的經(jīng)濟(jì)效益：

1）沖切備模從400副減少到200副，模具通用性提高50 %，沖切模按2萬/副進(jìn)行計算，模具費(fèi)用每年至少節(jié)約240萬。

2）U殼后背槽型標(biāo)準(zhǔn)化為新槽型，取消冰箱后背密封海綿，每臺冰箱材料成本節(jié)約2元左右，按冰箱年產(chǎn)量500多萬臺進(jìn)行計算，每年至少節(jié)約1 000萬。同時減少1個操作工位，為公司節(jié)約人力成本。

3）建立U殼標(biāo)準(zhǔn)化3D模型設(shè)計平臺

3D模型建立前，設(shè)計師至少需要花費(fèi)2天時間進(jìn)行U殼3D建模和出2D圖紙。U殼3D模型設(shè)計平臺建立后，設(shè)計師只需要按照零件模板中的導(dǎo)引填寫U殼外形尺寸及可選功能參數(shù)即可創(chuàng)建所需要的U殼3D模型，再根據(jù)模型中的2D模板出2D工程圖即可（2D圖紙已模板化，設(shè)計師只需要維護(hù)圖紙外觀），U殼設(shè)計在30 min內(nèi)設(shè)計完畢，研發(fā)效率提升一目了然。

5.2 間接經(jīng)濟(jì)

1） 建立U殼自動化軋輥生產(chǎn)線

創(chuàng)造規(guī)模經(jīng)濟(jì)，降低U殼生產(chǎn)成本，使得生產(chǎn)線能發(fā)揮最大的生產(chǎn)效率，生產(chǎn)效率至少提高50 %以上（U殼4個拐角沖切模具統(tǒng)一，可選結(jié)構(gòu)沖切模具預(yù)留在軋輥線上，需要的時候自動化安裝到位即可）。

2） 提高產(chǎn)品一次性成功率

①避免重復(fù)過去的錯誤；

②借用成熟通用件可減少新產(chǎn)品故障率和質(zhì)量風(fēng)險；

③減少維修成本。

3）物料通用率提升

以作者公司U殼標(biāo)準(zhǔn)化后U殼種類進(jìn)行對比說明，詳細(xì)細(xì)節(jié)見表1。

表1 U殼物料數(shù)量對比表

4）配套零部件標(biāo)準(zhǔn)化

U殼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化后，帶來的其它顯著效益是配套零部件實(shí)現(xiàn)同步標(biāo)準(zhǔn)化，配套零部件標(biāo)準(zhǔn)化后，取得的經(jīng)濟(jì)效益有：物料種類減少，生產(chǎn)工藝簡化，研發(fā)效率提升，規(guī)模采購等，同時有效解決生產(chǎn)線零部件容易裝錯的問題。

5）環(huán)保貢獻(xiàn)

U殼正面和后背槽型優(yōu)化設(shè)計，新的U殼結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)取消噴涂工藝，新U殼采用PCM彩板，在環(huán)保方面有較大改善。

6 結(jié)論

U殼標(biāo)準(zhǔn)化的目的是提高U殼設(shè)計效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本及零部件成本，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。U殼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的最佳途徑[1]。