重卡新產品裝配工藝虛擬分析技術淺析

喬寶華

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

關鍵字：可行性；防錯；人機性；模塊化

前言

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

裝配是四大工藝之一，是出產品的重要環節，而產品的裝配質量影響因素很多，所以產品開發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行分析與評價，從而降低實際裝配過程中的風險點。

1 工裝/工具/設備通過性

1.1 工具通過性

產品裝配結構校核時，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：內六角或者十字槽盤頭螺釘裝配時：

圖1 內六角或者十字槽盤頭螺釘裝配示意

表1 幾種裝配工具規格

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：外六角頭螺栓規格與對應套筒所需周邊間隙，以M6 螺栓為例，如下圖3 和表3 所示。

圖2 M6 螺栓規格

圖3 緊固螺母或螺栓用開口扳手示意

表3 M6 螺栓對應套筒所需周邊間隙

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、設備通過性

新產品如果規劃建設新的生產線，生產線的規劃和方案設計可以按照新產品的結構規劃完成，無需考慮通過性。

老產品發生結構更改或者開發的新產品在現有的生產線生產，必須考慮現有生產線在用的工裝、設備、工位器具的通過性，如生產線輸送系統、分裝工裝（保險杠分裝臺架、儀表板分裝臺、組合踏板分裝等）、電器檢測及標定設備、助力機械手等。

2 工序合理性

新產品若是新建生產線，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，滿足產線的規劃節拍就可。

若是新產品與現有車型混線生產，那新舊產品的工藝順序要求安排基本一致，若有不一致，優先考慮設計變更保證一致性，特別是需要設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械手、風窗玻璃膠工位、電器檢測等關鍵部件和關鍵工位。

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/設備通用性

新產品如果規劃建設全新的生產線，生產線的規劃和方案設計按照新產品的結構規劃完成，不需考慮工裝及設備的通用性。

若是新產品或者老產品變更后與現有產品混線生產，在不影響整車性能和設計元素的前提下，要做到工裝定位、裝夾、吊裝結構一致，或者通過改造，保證新產品與現有產品工裝、工具、設備的通用性，如車架翻身吊具、裝配機械手、加注設備、各類擰緊機、駕駛室本體及總成輸送系統、風窗玻璃膠粘工作站等。

新產品或者老產品變更后設計選用的標準件，盡量和現有產品標準件是同一系列，規格盡量統一化，保證擰緊工具的通用性。

5 裝配導向及定位措施

裝配零部件經常出現錯裝問題，所以在分析時要充分檢查零部件設計結構是否有定位策略、導向結構，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向結構便于現場操作，定位措施要求準確可靠，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線節拍和產能的有效措施，也便于模塊部件的質量控制，所以設計結構能最大化的實現模塊化是目前汽車設計的趨勢，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：按照設計結構確定分裝流程，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計吊裝點：主要是針對重量≥7KG的模塊，必須考慮輔助裝配設備，同時考慮設備使用時是否需要設計專用的吊掛點。

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備的精度能否便于實現設計定位，如定位銷在裝配時不易對正，可將定位銷直徑增加并設計成錐銷便于導向或者增加獨立的導向結構保證定位到位，而且定位結構裝配時可視，不允許盲裝。

7 裝配基準的合理性

裝配基準選擇是否合理，直接影響部件與其它部件的配合關系，如間隙面差問題，保證相關零部件的裝配定位基準一致，縮短尺寸鏈，減小裝配后的累積公差，提高裝配質量。如駕駛室側圍工具箱，工具箱與側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圍外板為基準是最合理的。

8 零件結構分析

8.1 配合面結構

8.1.1 影響密封性的配合面

此種配合面必須設計密封措施，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構，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計要求。

8.2 結構可靠性

零部件裝配結構設計可靠，避免在噴漆、拿取和裝配過程中變形，如鈑金件，強度可靠，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或者結構導致變形，避免裝配困難。

8.3 結構完整性

數據分析時，需要確保數據的安裝策略清晰的體現，零部件信息與E-BOM 是否能對應上，標準件是否齊全，在三維數據上是否裝配到位。

8.4 防錯

零部件結構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構特別對稱的零部件中，可以通過做特征或者標記，如豁口、去角、標記線、加筋等，避免現場出現錯裝的質量問題。

9 人機工程

裝配過程中的人機工程主要是解決裝配系統中安全、高效、經濟的問題，因此，在分析設計數據時，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，盡量更改設計方案，若方案無法更改，工藝就需設計或者選取合適的工藝裝備，保證操作者在作業時的接近性、便利性、可視性、安全性和合理的勞動強度，在健康安全的前提下高效生產。

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。可通過設計制作專用工作凳、踩臺等便于操作者接近裝配位置，如：導流罩的裝配，安裝點在駕駛室本體頂蓋上，操作者需站立在頂蓋上完成，就需根據裝配線體特點設計制作導流罩裝配專用臺，保證操作者通過此臺能直接到達頂蓋上，同時有安全措施防止操作者跌落的危險。

9.2 便利性

裝配部件的裝配結構和裝配位置，操作者能非常方便的完成裝配過程，操作過程簡單、方便，節約時間等。如有的設計結構由于空間限制，需操作者左手手持工具完成，這種設計建議更改方案，滿足大部分操作者的作業習慣。

9.3 可視性

可視性是指操作者在一個舒適的位置，作業時裝配部件的固定點在操作者的視線范圍內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，若出現盲裝，容易出現插接器針腳或者卡接結構的損壞。

9.4 勞動強度

裝配時的操作者勞動強度是工藝方案設計人員必須重點考慮之一，勞動強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,超過這個標準均需要輔助助力，如助力機械手、小型吊具、專用工裝等，降低操作者的勞動強度。

9.5 安全性

裝配的安全性是指從長遠利益出發，對作業環境進行合理的設計并進行安全保護，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，操作區域是否存在安全隱患的部件，是否是高空作業和重物下部作業等，如操作區域是否有鋒利的單層鈑金，操作區域是否容易碰到頭部或者腳底障礙物等等，這種一般建議調整設計方案，如單層鈑金可進行翻遍處理，高空作業條件允許可設立防護欄或者對操作者設計安全措施，重物下方作業可對上部重物的吊裝設備進行安全防護，確保不會掉落，或者調整工藝方案，避免重物下方的裝配作業，保證操作者的人身安全。

10 裝配效率

零件結構和安裝方式若是過于復雜，會影響裝配效率，必須提出改進建議，保證生產線產能規劃。

例1：天窗的裝配采用螺栓連接，共用了20 個緊固點，根據以往經驗，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

汽車產品的維修性包括易損件的更換、需保養和維護零件的維護保養、電器系統中的故障診斷和電器部件的更換，這類零部件裝配結構和其它部件的搭接關系，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，不滿足要求的建議設計進行結構調整。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，就可實現檢修蓋板的拆卸，無需其它輔助工具。

12 結束語

本文簡述了新產品在開發過程中裝配工藝分析所涉及到的相關問題，希望能給本領域更多同行人員所有借鑒。隨著數字化工廠及VR（虛擬現實）和AR（增強現實）等技術在汽車行業的不斷應用，新產品開發過程中裝配工藝的分析會更加系統、全面、直觀，如裝配線的線平衡可以通過數字化工廠的建立做完整的分析、評估和優化。