簡易風擋玻璃輔助工裝設計研究

劉洋　趙旭磊

摘 要：汽車行業是國家重點支持產業之一，裝配工藝應用廣泛。為之服務的輔助裝配技術在實際生產過程中應用廣泛，不但可以有效節省人力、預防職業病，還可以通過降低勞動強度來提升裝配質量。本文主要研究總裝車間裝配重點工藝之一的玻璃裝配是如何實現低成本半自動化的，不但能改善人機工程，而且有效節省步行時間。

關鍵詞：總裝車間生產線 助力機械手 自動隨行 控制按鈕 吸盤

Research on Design of Auxiliary Tools for Simple Windshield

Liu Yang Zhao Xulei

Abstract：The automobile industry is one of the key industries supported by the state， and assembly processes are widely used. The auxiliary assembly technology that serves it is widely used in the actual production process， which can not only effectively save manpower and prevent occupational diseases， but also improve assembly quality by reducing labor intensity. This article mainly studies how to realize low-cost semi-automation of glass assembly， which is one of the key assembly processes in the final assembly shop， which not only improves ergonomics， but also effectively saves walking time.

Key words：assembly shop production line， power-assisted manipulator， automatic accompany， control button， suction cup

1 引言

總裝車間生產線輔助助力裝備設計要求員工可以操作簡單、符合低成本原則、滿足不同車兼容性條件、以及保證后續具備可拓展性。目前，前擋風玻璃裝配的方式，主要有3個問題：1.2名員工人工手拿吸盤配合裝配時，手動吸盤吸緊力不夠牢固易松脫;2.前擋風玻璃重量基本上都超過14kg，同時玻璃打膠機對側員工需要上下踏臺走到車身另一側，與另一名員工配合取料裝配，步行過程中存在步行時間浪費與安全隱患;3.該裝配方式勞動強度大，不利于裝配效率的提高。為提高員工裝配效率，降低員工勞動強度，同時提高現場裝配工藝質量，本次研究參照現有的輔助助力裝備進行設計，符合本公司現場使用的汽車裝配工藝裝備通用使用要求。

2 基礎分析

2.1 總裝車間生產現狀概述

總裝生產線全部車型的前擋風玻璃的自重≥14kg，裝配時，依據整車高度，需要將擋風玻璃提升距離地面1300～1900mm的高度進行裝配。目前總裝生產線前擋風玻璃使用的裝配方法，以員工配合人工搬運為主，這種已是比較舊的作業方式，員工都需彎腰將每塊玻璃搬起來，兩側員工同時抬起或放入玻璃安裝框中來完成裝配動作。此種方式，不但體力消耗大，而且因長期和高頻次彎腰施加重力，會造成操作者的腰部損傷。此外，擋風玻璃裝配到車身部位時，由于工藝要求，需要2名操作工配合完成，員工跨越踏臺時存在絆倒的安全風險，而且手動吸盤吸附重物的可靠性不高，玻璃掉落風險較高。

3 設計原理及結構分析

3.1 設計方案

結合助力機械手配置功能齊全，可以完全適應工作場所和零件設計的要求，不僅可以順利地完成給定產品的裝配任務，還可以完成工作范圍內的各種不同規格的產品裝配任務。根據目前總裝生產線裝配前擋風玻璃的運行模式和工藝要求，采取安裝半自動助力機械手，機械手具有自動移行，自動返回等功能，配有儲氣罐、常開式真空發生器，可在斷氣情況下繼續使用一個循環，同時可以報警提醒操作者。配合非標夾具，助力機械手可以起吊各種形式的工件。以下是機械手設計方案，本文統稱為助力工裝。總裝生產線前擋風玻璃助力工裝設計方案如下圖所示。

3.2 助力工裝結構

助力工裝主要由玻璃吸附機構、軌道系統、隨行機構、工裝升降機構、扶手、把手、控制按鈕、吸盤等部件組成，玻璃吸附機構通過感應開關使各吸盤產生吸力，吸附好后原地等待，員工觀察車輛進入工位后按按鈕確認，玻璃吸附機構自動移栽到車輛中心上方，方便員工安裝擋風玻璃。工裝升降機構使用平衡吊加吊帶吊掛方便員工操作，員工可利用手柄將擋風玻璃翻轉至安裝角度，按下抓取手柄上的釋放按鈕，將吸盤與玻璃脫離，按上升按鍵使工裝恢復原位，工裝恢復原位后自動返回到取料位，整個裝配過程無需2名員工配合拿取玻璃，也不需要彎腰拿取重物，更不需要操作人員跨越流水線踏臺。該工裝的結構充分考慮到了使用氣動吸盤比手動吸盤可靠，降低了零件掉落風險。玻璃吸附機構及隨行系統如下圖所示。

4 實施與驗證

4.1 助力工裝實施情況

該助力工裝安裝于總裝生產線前擋風玻璃裝配工位，啟用后優化和消除了提取15kg重量的前擋玻璃需要8s的步行時間，解決員工操作上下踏臺的問題，降低了員工的換崗及離職率，節約成本合計6.8萬元/年，達到了生產節拍要求和提高了工作效率。設計考慮了現有空間和滿足操作工藝布置要求，使用輕型滑軌及平衡吊加吊帶吊掛更輕便、更容易操作。助力工裝造價低，使用和維護簡單，使用電動控制升降更精確、節約能耗、操作更安全、運行和維護成本低。自主設計的前擋風玻璃裝配助力工裝使用效果較好，短期內可直接推廣運用到前擋風玻璃分裝工位上使用。助力工裝的設計要點：操作輕便、滑動靈活、操作活動空間滿足工藝布置要求且安全可靠，能消除人機工程傷害，能夠滿足不同車型的生產節拍要求，提高了裝配效率。

4.2 助力工裝效果驗證

使用助力工裝裝配，無需員工拿取擋風玻璃，操作方便，無需彎腰，消除彎腰傷害，增加了生產安全系數，同時節約了兩名員工的操作時間。（1）有效地解決了總裝生產線裝配前擋風玻璃拿取大件重物料人機工程問題，提高了員工裝配效率。（2）杜絕了因手動吸盤吸力不夠和配合拿取物料行走而造成安全事故的風險。

5 助力工裝技術要求

5.1 設備主要性能及參數

該設備采用平衡吊加吊帶吊裝機構，并裝備有前風擋取料專用吊具，用于前風擋取料的助力工作。該設備可以兼容不同重量的工件，只要在平衡吊額定負載范圍內，均可適應平衡;系統具有全程平衡、運動平滑、操作靈活等特點，方便安裝和定位;系統配有安全保護閥組，具有失氣保護功能，當主供氣源失氣時，儲氣罐可以保證完成一個操作流程;使用常開式真空發生器，當停電時保持玻璃的吸附功能，保證玻璃不會掉落。

5.2 設備操作及使用方法

（1）助力機械手將風擋玻璃從涂膠系統下料臺自動取下等待。（2）員工觀察車輛進入工位后按按鈕將玻璃移栽到車輛前部中心上方等待。（3）車輛進入裝配位后員工按按鈕使助力機械手自動隨行。（4）員工到位準備好后按按鈕將工裝釋放，兩側員工操作把手將玻璃安裝到位。（5）玻璃安裝到位后員工按按鈕將真空吸盤吹氣釋放，釋放完成后工裝自動上升，恢復原位。（6）工裝恢復原位后助力機械手自動返回到取件位等待下一次工作。

5.3 設備操作安全規則

（1）培訓和操作等，僅允許在安全的情況下進行。（2）僅允許在操作人員身體狀態良好的情況下操縱本設備。（3）當有寫“請勿使用”的標牌掛在設備上或控制器上時，請不要使用本系統。（4）每次使用前，檢查設備有無磨損或損傷。不要使用已檢測出有嚴重磨損及損傷的系統。（6）不要使用扭曲、糾結或已損傷的吊帶。（7）不要用本設備處理重量超出本系統額定載荷的重物（其額定載荷請參照設備銘牌）。（8）在操作本設備時，應時刻注意觀察工件。（9）確定在工件移動的通路上無人，并且不要在任何人的上方提升負載。（10）不要使用本設備升降人員，不允許任何人懸掛在負載上。

6 結語

助力工裝以其“平衡重力”使得運動平滑，操作省力、簡單，裝配方便、快捷，定位準確，減輕了員工的勞動強度，提高了工作效率。本次設計的助力工裝使用于重量物件吊舉、轉運、搬運操作，符合人機工程學，操作靈活、體積小，達到安全和高效工作的目的。可推廣在不同汽車制造商總裝生產線操作崗位上使用。