冰箱U殼標準化結構設計方法探討

戴勝萍 黃勝華 方 偉

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

隨著市場對冰箱產品的個性化、差異化要求越來越高，冰箱企業對產品線進行標準化的要求也越來越迫切。U殼是冰箱箱體最基礎的核心零部件，大部分關鍵零部件，如冰箱門體、箱膽、底板、支架、壓縮機底板、壓縮機后蓋、梁、后背板、電器盒座等零部件均在其基礎上進行裝配。所以冰箱U殼標準化是冰箱產品標準化建設的第一步，也是產品標準化建設的基礎。冰箱U殼標準化成果對企業零部件標準化及通用化至關重要，可以在一定范圍內簡化產品品種及零部件數量，擴大零部件的互換性，形成規模采購，降低采購成本。

本文研究成果不僅使企業冰箱產品零部件標準化水平得以提高，并且為冰箱企業U殼的設計開發提供了參考依據。根據本文研究成果，U殼可以建立自動化軋輥生產線，可以大幅度提升生產效率，解決U殼生產瓶頸，為推動企業自動化生產提供了良好的技術支持平臺。

1 背景

冰箱企業在長年累月生產過程中，U殼安裝接口日積月累，產生種類繁多的U殼。U殼安裝接口的不統一，嚴重影響了冰箱企業研發效率和生產效率，無形中增加了生產及開發等管理成本。因此，冰箱企業迫切需要應用先進的創新及管理理念來開展一場冰箱產品核心零部件U殼的變革——U殼結構標準化。以標準化U殼為出發點的箱體平臺，各個核心零部件輸入輸出接口統一，可以縮短產品開發周期，減少零部件種類，形成規?；a，同時可以避免新產品零部件出現質量問題的風險。

以下為冰箱企業U殼非標常見生產現狀：

1）U殼正面及背面槽型多種化（導致各平臺相關零部件種類多，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）生產線設備無法兼容生產各型號U殼，需建立多條生產線。

4）U殼沖切模具種類多，換模頻繁，生產及管理困難。

5）設計效率低，設計師主要精力經常在確認選用哪種結構U殼及相關零部件。

6）零部件結構錯誤率高，更改圖紙或改模頻繁。

2 技術方案

根據U殼非標遇到的問題，本文提出U殼結構標準化技術方案：

1）結合實際生產設備、生產工藝及現有資源投入能力，梳理各平臺或各型號U殼結構，兼容冰箱企業常見的內外銷箱體平臺，形成統一U殼設計平臺，達到提升生產效率的目的。

2）形成U殼標準化結構設計規范文件，對新品設計進行強制約束和指導，控制設計師隨意設計的行為。

3）建立U殼標準化3D模型，提升設計效率。在3D模型中通用結構不允許更改，可選結構可以根據產品功能需要進行選用，可選結構的尺寸不允許更改。

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，優先考慮在U殼上進行通用結構統一，不能實現統一，進行限制，不允許其它新品借用，隨著特殊產品的退市自然退市處理。

3 設計方法

3.1 U殼結構劃分

根據U殼結構及生產特點，將U殼結構分為2大類進行標準化：通用結構和可選結構，見圖1。

圖1 U殼結構分類

其中通用結構為所有冰箱類產品U殼標準接口，可選結構按產品功能選用。詳細3D結構劃分見圖2（圖2只示意了U殼左邊結構）。圖2中的上前角、下前角、上后角、下后角為U殼通用結構；正面槽型和背面槽型為U殼通用結構；中梁安裝孔、假梁安裝孔及電器孔等為U殼可選結構?？蛇x結構根據產品功能需求進行確定。

圖2 U殼結構劃分示意圖

3.2 設計方法

1）以冰箱箱體平臺為基準，鎖定內外銷U殼寬度和深度系列。

U殼結構標準化后，可實現內外銷各平臺箱體統一。箱體平臺的統一，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、壓縮機底板、壓縮機后蓋、合頁蓋、襯盒、電器盒座、假梁組件等，給上述零部件帶來標準化的途徑。

2）U殼正面槽型和后背槽型均統一。

U殼正面和后背槽型的統一， U殼實現軋輥線自動化生產，同時，生產U殼的各軋輥線可以混線生產，避免了傳統的生產線不兼容，導致部分產線產能緊張，部分產線產能過剩等生產尖銳問題。生產線的統一，U殼生產效率得以飛速提升，釋放了較大的生產資源，同時可以節省生產線人工加班成本。

U殼后背槽型的統一，與之連接的后背板實現軋輥線生產。后背板可以按照一個箱體寬度一種后背板（后背板高度生產線可調）。后背板自動化生產后，后背板成本可較大幅度降低。另外，后續開發的新品后背板，基本不用再新開成套鈑金模具，單個后背板可節省幾十萬的模具費用。

3）U殼通用結構標準化，安裝接口尺寸不允許修改，減少沖切模具種類及換模頻率，提升生產效率，解決冰箱企業經常遇到的U殼生產瓶頸問題。

U殼通用結構安裝接口統一，與U殼連接的幾個關鍵零部件可以同步標準化及實現軋輥線自動化生產，如下梁，可以按一個箱體寬度一種下梁進行標準化。下梁系列槽型一致，故下梁可以采用軋輥線生產以降低下梁成本；另外，壓縮機底板、壓縮機后蓋及底板等關鍵鈑金件，可以按一個箱體寬度一種壓縮機底板、壓縮機后蓋及底板進行標準化，壓縮機底板可以實現軋輥線生產以降低壓縮機底板成本，壓縮機后蓋和底板可以實現部分工序模具通用，以節省模具費用。

U殼上前角及下前角安裝接口的統一，上合頁、下合頁、合頁蓋及襯盒均可以同步標準化，實現規?；少徱越档筒少彸杀?。

U殼下后角安裝接口的統一，支架可以按照一個箱體深度一種支架進行同步標準化，支架主體可以避免重復開模，減少模具費用。

4）U殼可選結構標準化，可選的結構安裝接口尺寸不允許修改，可選結構定位尺寸可以按照推薦值進行選用?？蛇x結構根據產品需求確定是否選用。

U殼可選結構沖切模具放置在軋輥線預備位置，需要的時候自動化安裝到位即可，不用單獨更換模具，以提升生產效率。

U殼可選結構安裝接口統一，與U殼連接的電器盒座可以統一成一種，減少電器盒座種類，實現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行標準化。中梁系列槽型統一，中梁可以采用軋輥線生產以降低中梁成本。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行標準化，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U殼標準化技術方案及設計方法，在三維設計軟件中建立U殼標準化3D模型以提高設計師研發效率。通過三維軟件二次開發功能，將U殼通用結構固化到U殼建模過程中，不允許設計師進行修改。將可選結構中的安裝接口尺寸同樣固化到U殼建模步驟中，不允許設計師進行修改?？蛇x結構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（建好的人機交互截面見圖3），可以解決設計師隨意調整尺寸的習慣，設計師只需要按照產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圖紙立即創建完畢，“傻瓜式”設計，方便又快捷，同時可以防錯，一步到位，設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殼標準化事例驗證

為了更直觀地說明U殼標準化實施過程，下面結合我司U殼標準化情況進行舉例說明U殼標準化實施過程，U殼結構劃分方法見圖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

整合內銷和出口產品平臺， U殼連接箱膽、梁的輸出接口統一，即U殼正面槽型由三種整合為一種。U殼標準化實施過程中，產品結構、工藝和生產設備等各個方面均有較大的改進，公司現有冰箱產品U殼生產線和設備均無法滿足標準化后的冰箱U殼生產。為此，公司按批量生產的模式改進舊生產線和新建U殼自動化軋輥生產線，解決U殼生產瓶頸。

2）U殼后背槽型由2種整合為一種新的后背槽型

根據生產提出的需求，對冰箱后背槽型重新優化設計為一種新后背槽型，新槽型可以取消冰箱后背堵漏海綿，降低產品成本的同時可以減少流水線生產工序，達到減少1-2人的目的，實現經濟收益。

3） U殼結構按通用結構和可選結構進行標準化

①通用結構：

圖1中的上前角、下前角，上后角和下后角為通用結構。此4大結構（左右對稱為8個）標準化后，U殼各個拐角沖切模具形成統一，在U殼自動化生產過程中，無需換模，可以大幅度提升U殼生產效率（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（如合頁加強板、襯盒、合頁、支架、梁、壓縮機底板、壓縮機后蓋等）按U殼標準化成果同步標準化，U殼裝配的零部件物料種類得到有效控制。

②可選結構：

圖1中的中梁安裝孔、假梁安裝孔、電氣孔等為可選結構，根據產品功能需要進行可選。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，即標準化尺寸，設計過程中不允許修改。電氣孔是否需要根據產品功能需求進行可選，例如小冰箱電氣孔設置在冰箱后背，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產品需要進行更改。中梁和假梁安裝接口是否需要根據產品類型進行選擇，例如對開門冰箱就不需要中梁和假梁安裝孔。

5 經濟效益

5.1 直接經濟

以作者公司進行說明U殼標準化帶來的經濟效益：

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/副進行計算，模具費用每年至少節約240萬。

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

3）建立U殼標準化3D模型設計平臺

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

5.2 間接經濟

1） 建立U殼自動化軋輥生產線

創造規模經濟，降低U殼生產成本，使得生產線能發揮最大的生產效率，生產效率至少提高50 %以上（U殼4個拐角沖切模具統一，可選結構沖切模具預留在軋輥線上，需要的時候自動化安裝到位即可）。

2） 提高產品一次性成功率

①避免重復過去的錯誤；

②借用成熟通用件可減少新產品故障率和質量風險；

③減少維修成本。

3）物料通用率提升

以作者公司U殼標準化后U殼種類進行對比說明，詳細細節見表1。

表1 U殼物料數量對比表

4）配套零部件標準化

U殼結構標準化后，帶來的其它顯著效益是配套零部件實現同步標準化，配套零部件標準化后，取得的經濟效益有：物料種類減少，生產工藝簡化，研發效率提升，規模采購等，同時有效解決生產線零部件容易裝錯的問題。

5）環保貢獻

U殼正面和后背槽型優化設計，新的U殼結構可以實現取消噴涂工藝，新U殼采用PCM彩板，在環保方面有較大改善。

6 結論

U殼標準化的目的是提高U殼設計效率，縮短產品開發周期，提高產品質量和可靠性，實現規模化生產，進而降低生產成本及零部件成本，為企業帶來可觀的經濟效益。U殼結構標準化是技術成果轉化為生產力的最佳途徑[1]。