面向裝配的汽車內飾件優化設計及研究

晉加偉

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

面向裝配的汽車內飾件優化設計及研究

晉加偉

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

為了解決產品設計與制造脫節而導致設計修改頻繁、裝配成本昂貴等問題，面向裝配的設計（design for assembly ,DFA）方法從裝配的角度提供系統的解決方案。詳細分析了DFA在汽車內飾件設計上的典型應用，減少零件數量、集成設計、減少緊固件種類和數量、標準化設計、防錯設計等DFA方法簡化產品設計、提高裝配效率，有效縮短開發周期、降低開發及裝配成本、提高產品質量。

面向裝配；DFA；汽車內飾；產品設計

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

引言

亞當.斯密的勞動分工理論認為分工越細，效率越高。產品開發設計和制造的分工提升了技術人員的專業水平，提高了產品開發質量和效率，同時造成產品設計與制造的脫節，產品設計階段難以考慮到制造裝配方面需求，主要表現有：①出現設計、制造、修改設計、再制造的反復循環；②開發成本增加、開發周期長；③裝配勞動強度大，效率低；④產品不穩定，質量難保證；⑤不適合自動化裝配，制約生產自動化。

上世紀八十年代，福特汽車公司在Taurus汽車線上改進產品設計，勞動時間減少29%，零件總數減少20%，操作數減少23%，節省十多億美元;摩托羅拉公司改進產品設計后裝配效率提高了8倍；DEC公司通過改進鼠標設計，裝配一個鼠標從原來的592s減少到277s；NCR公司新的2760型售貨點終端制造成本減少44% ……。這種使產品開發成本更低、時間更短而質量更高的設計方法即為面向裝配的設計(design for assembly ,DFA)。

DFA以G.Bcothroyd 1977年的“面向裝配設計手冊”一書的問世為開端，隨后在全球廣泛應用，成為并行工程的重要部分。DFA 是一種針對裝配環節的統籌兼顧的設計思想和方法, 在產品設計過程中利用各種技術手段如分析、評價、規劃、仿真等充分考慮產品的裝配環節及其相關的各種因素的影響，在滿足產品性能與功能的條件下改進產品的裝配結構，使所設計出來的產品可以容易、快速、低成本地進行裝

配。

1、 DFA在汽車內飾件設計上的典型應用

1.1 減少零件數量

隔板隔音墊裝配在發動機艙與乘員艙的隔板上起隔音作用，隔板上點焊有20顆螺柱。傳統設計為在隔板隔音墊上對應螺柱開孔，通過依次在螺柱上套旋扣來固定隔板隔音墊。采用DFA后，旋扣在供應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。減少零件數量可降低購買、檢驗、物流管理成本，簡化生產控制，提高裝配效率，見圖1。

1.2 集成設計

車內頂上需裝配車頂內襯、遮陽板、輔助拉手、空調通風管、閱讀燈、安全帶飾蓋及兒童座椅飾蓋等零件。車內空間狹小，操作困難；零件從下往上裝配，操作人員需克服零件重力，費時費力；總裝線工位基本固定，而不同等級車配置不同，如空調通風管或有或無，輔助拉手數量或多或少，易成為整條總裝線瓶頸工位。采用DFA后，遮陽板、輔助拉手、空調通風管、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頂內襯上，總裝只需裝配車頂內襯總成，對輔助拉手等受力較大零件額外固定即可。集成設計不僅降低勞動強度、保證裝配精度和裝配質量，拆卸更迅速，且不需要很多工具，便于檢修維護，有利于產品回收利用。

1.3 減少緊固件數量及種類

遮陽板支撐座用一顆螺釘固定在車頂橫梁上后還剩一個旋轉自由度，傳統裝配方式為再加一顆螺釘固定。采用DFA后，只需在遮陽板支撐座上增加一定位柱、車頂橫梁上對應增加定位孔即可。在手工裝配中，螺釘的裝配費用為其本身價值的幾倍甚至幾十倍，過多緊固件也不利于自動化裝配。減少緊固件數量及種類可減少裝配工序，降低裝配及零件成本，見圖2。

1.4 先定位后固定

某自主MPV轎車地毯無定位基準設計，僅通過座椅腳固定，導致裝配一致性差，出現地毯褶皺等高故障率問題，采用DFA后，地毯增加第一、第二定位基準，固定前先定位，褶皺問題得到解決，提高了產品質量。定位基準的設計還需考慮零件各部位的裝配精度，譬如SUV車的車頂內襯尾部與尾門密封條配合精度高，前后左右四向第一定位基準可設計在車頂內襯尾部。

1.5 為從下往上裝配零件設計預固定結構

以無預固定設計的遮陽板支撐座為例，裝配時雙手需要同時拿遮陽板支撐座、螺釘、電批，操作費時費力。采用DFA后，在遮陽板支撐座上增加預固定的倒圣誕樹形卡扣，裝配方便，降低了勞動強度，提高了裝配效率，見圖3。

1.6 為重要零件設計裝配止位結構

某自主MPV轎車車頂內襯用車頂內襯卡扣（無止位結構）固定，過緊裝配導致車頂內襯外觀面形沉坑，影響外觀，過松裝配導致車頂內襯沒完全固定，行駛中產生異響。采用DFA后，在車頂內襯卡扣上設計止位結構，質量問題解決，見圖4。

1.7 防錯設計

某商用車車頂內襯僅尺寸不同，并無防錯設計，生產易用錯物料，采用DFA后，更改其中一種車頂內襯外包裝顏色，大大提高操作人員區分兩種物料效率。

1.8 設計導向特征

為提高汽車內飾感知質量，一般通過在B面用卡扣固定，卡扣裝配屬于盲裝，難找到固定點，裝配效率低，很容易損壞零件。圖5為某乘用車車頂內襯，第一基準為有導向作用定位銷。設計導向特征可提高裝配效率，提升裝配質量，零件相應尺寸允許更寬松公差，降低制造成本。

1.9 零件標準化、通用化設計

總裝線生產所有車型的遮陽板支撐座用20mm長螺釘固定，新開發的某SUV轎車因改善了遮陽板支撐座結構，只需新開發一款16mm長螺釘即可，但實際上不符合公司標準化要求，物流、管理等成本也遠遠超過減短螺釘長度所節省成本，采用DFA后，統一采用20mm長螺釘。

1.10 防止零件欠約束或過約束

任何零件在空間上有6個自由度，如果零件欠約束，零件會在欠約束的自由度方向上出現不該有的運動，妨礙零件功能的實現甚至出現質量事故。在地毯裝配孔設計時因考慮零件制造精度，易犯把所有孔都開最大限度尺寸，實際上缺少兩個移動自由度，缺少定位基準，易因零件裝配狀態不穩定而導致質量問題。如零件過約束，零件裝配困難，質量難保證。門飾板等注塑件若有兩個孔都采用前后上下四向定位，零件制造誤差會導致裝配孔位不對中，裝配困難并且裝配后產生內應力；車頂內襯、地毯等軟內飾過約束易導致褶皺感知質量問題。對于多孔固定零件，一般采用一個四向定位的第一基準、一個腰形槽的兩向定位的第二基準，其余孔采用過孔。

1.11 裝配人機工程學

在產品設計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實施

2.1 建立DFA產品開發團隊

產品裝配技術紛繁復雜、日新月異，產品設計師不是裝配技術方面專家，裝配技術不可能完全掌握，因此需團隊合作，在產品設計階段裝配工程師介入產品設計中，產品設計工程師遇到裝配問題可盡早向裝配工程師征詢意見。

2.2 建立DFA工具

盡管DFA產品開發有團隊合作，設計工程師仍然承擔主要責任。面對復雜的設計要求，設計工程師常常顧此失彼，一個微小的失誤導致產品開發失敗。隨著計算機技術發展，國內外公司開發了DFA軟件，如美國的BDI公司開發了DFA軟件DAT，國內清華大學、上海交通大學等對FDA相關技

術進行研究，并也自主開發軟件。企業可開發適合本企業的DFA軟件或DFA檢查表，DFA檢查表簡要格式見表1。

表1 DFA檢查表

3、采用DFA意義

DFA從裝配的觀點提供一個系統的程序來分析設計方案，有效簡化產品結構，減少裝配工序，降低裝配勞動強度，提高裝配效率，降低物流及生產控制等成本，同時還可減少裝配錯誤及不良率，提高產品質量。DFA使設計工程師和裝配工程師在設計早期對話，團隊工作，共同確定方案，可有效減少產品因裝配問題的修改，縮短產品開發周期，降低不必要的改模費用。

[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品設計指南[M].北京：機械工業出版社，2011：26-72.

表3 理論值與試驗值對比表

40 km/h 22.35 23.79 50 km/h 23.07 25.32 60 km/h 24.30 28.71經濟性70 km/h 26.04 31.97 80 km/h 28.07 37.93綜合油耗 26.75 24.97

通過道路試驗可以看出:理論計算與試驗值相當，可以認為在原整車模型基礎上改制為雙后橋承、單后橋驅動的整車模型可以為后續該系列車型的動力系統優化匹配提供較為準確地車型平臺模型。

參考文獻

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[2]彭 棟．Cruise基礎培訓教程 AVL 2006.

[3]樊飛龍．某型礦用自卸車整車性能匹配 AVL 2009年用戶大會論文集 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，內飾工程師，就職于上汽通用五菱汽車股份有限公司。