同步工程在整車總裝工藝開發(fā)中的應用

劉飛飛

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545000）

同步工程（Simultaneous Engineering，SE），又稱并行工程。是指在產品設計階段，進行工程化可行性分析，在設計階段把后期制造過程中可能出現的問題暴露出來。通過產品設計、工藝優(yōu)化等手段解決生產制造問題，避免后期制造的風險。

意義有二，其一：避免產品數模需要大面積反復修改，確保產品可制造性、確保項目研發(fā)進度；其二：避免因滿足產品生產所需預期以外的投資，避免產品質量問題的發(fā)生。

1 總裝同步工程簡介

按照工藝設計過程分類。工藝設計分為4 個階段：提案；開發(fā)；工程階段；生產準備。

4 個階段的SE 需要完成的交付包含并不僅限于以下內容。

（1）提案階段：制造策略、總裝策略、產線布局、節(jié)拍、集成程度（模塊化清單）、主工藝流程（BOP）。

（2）開發(fā)階段：虛擬CV 評估、制造計劃、產品與工裝設計評估、項目質量計劃。

（3）工程階段：虛擬SV 評估、虛擬IV 評估、PFMEA、總裝工藝文件、工藝控制文件、工裝與設備開發(fā)、尺寸檢測系統(tǒng)。

（4）生產準備：PE 樣件，現場工藝文件。

對于SE 具體工作的細分，一般來說，總裝工藝開發(fā)遵循以下流程，如圖1 所示。

圖1 總裝工藝開發(fā)流程

在實際項目過程中，因產線基本不變化，僅是針對產品需求作出產線的適應性改造工作，而不是重新建設產線。因此SE 工作的交付物主要包含以下內容。

（1）MR：輸入到設計的MR，需要關注MR 的通過率，以及通過MR 數據校核發(fā)現問題數量。

（2）模塊化清單：初始模塊化清單輸入，設計中模塊化清單變更。

（3）主工藝設計：工藝流程、可裝配性分析報告、工具清單（變更項）、工藝文件。

（4）機運類分析：吊具、托盤、AGV/RGV、大件零件舉升路徑、定位策略分析。

（5）設備：助力設備路徑、定位、共用性分析、電槍共用性分析、加注分析。

（6）匹配與防錯：尺寸公差類零件定位、調整策略、多配置零件防錯、同系統(tǒng)關聯(lián)零件匹配防錯。

（7）工藝與線平衡：增值時間對比分析、標準件、扭矩、控制等級的一致性分析。

2 總裝同步工程主要內容

工程階段的工藝仿真是同步工程的重要內容。在項目開發(fā)過程中，SE 工程師們不斷總結歷史經驗，并梳理出七大分析要求。

2.1 工藝流程分析

目的：通過數模分析設計最佳的工藝流程；規(guī)劃不同產品共線工藝流程。

策略：理清零件與車體和周邊零件的結構與布置；根據零件搭接關系制定合理的工藝流程；多種產品混線生產需要合理統(tǒng)籌產線工序流程。

以雨刮電機的工藝分析過程為例，在調查清楚周邊零件范圍的情況下，我們會發(fā)現主要零件包含：雨刮電機、前擋風玻璃、上安裝板、刮臂與刮刷總成。建議最佳安裝順序：雨刮電機→前擋風玻璃→上安裝板→刮臂與刮刷總成，如圖2 所示。其中雨刮電機與前擋風玻璃的安裝順序是可以調換的，原因為雨刮電機屬于易損件，我們不能因為雨刮電機損壞需要更換，要求拆除前擋風玻璃。因此需要預留簡易、方便的維護方案。

圖2 雨刮電機周邊零件

2.2 虛擬裝載路徑與定位策略分析

2.2.1 虛擬裝載路徑目的：設計零件裝載路徑；滿足零件路徑精度。

策略：從工藝角度嘗試各種路徑，選擇最佳路徑作為工藝路徑；路徑逆原則為能將零件取出的虛擬路徑，其反向路徑即為裝載路徑。

仍然以雨刮電機的安裝路徑為例。雨刮電機的布置通常是在車身導水槽設計完成之后，周邊鈑金零件已經完成設計，但設計過程中未必考慮過雨刮電機的尺寸。另外，產品設計師經常會遺忘雨刮的工藝路徑，導致死胡同式的設計。例如：某車型設計第一版數據，無路徑將雨刮電機模塊移出，上側前擋風玻璃框鈑金阻礙，左側電機支架阻礙，前側上方前圍前延伸板阻礙。經過多方討論與修改，最終得到合適的零件設計狀態(tài)和合理的工藝路徑。

虛擬裝載路徑如下：

設定移動坐標系在遠定位孔，沿Z 軸移動-10 mm，沿Y 軸轉動4°，沿X 軸移動-10 mm，沿Y 軸轉動20°。

轉換坐標Y 軸，沿Y 軸轉動3°，沿X 軸移動-50 mm，轉換坐標X 軸-30°、Y 軸15°，沿Y 軸移動10 mm。

零件已出，移動完畢，如圖3 所示。

圖3 雨刮電機移動路徑

2.2.2 定位策略分析

目的：零件精確定位；工藝唯一性、產品一致性。

主要內容：

（1）零件設計定位意圖分析；

（2）GD&T 圖分析；

（3）定位工裝設計。

以雨刮電機為例，這個零件的定位策略相對簡單，屬于最基本的定位設計策略：1 個定位孔，1 個腰孔，1 個大孔，如圖4 所示。對此設計，我們要求零件的定位順序是先裝定位孔，再裝腰孔，最后裝大孔，即：1→2→3。

圖4 雨刮電機定位順序

上述雨刮電機的定位策略相對簡單，在此我們進行一個復雜定位策略的案例分析：前照燈定位策略。通過產品工程師發(fā)布的GD&T 圖，我們可以找到前照燈的定位策略分為5 個要求，如圖5 所示。

圖5 前照燈定位策略

定位要求：第1 要求為A1-A2 面貼合；第2 要求為銷B 入孔；第3 要求為銷C 入孔；第4 要求為D 面貼合；第5 要求為E 面貼合。

依次分析5 個要求，我們可以得到最優(yōu)定位順序：

（1）預裝燈到車身上時，將銷BC 插入車身孔中；

（2）預裝E 孔處緊固件，打緊D 處緊固件使得面D貼合；

（3）打緊A1-A2 處緊固件，確保面A1-A2 貼合；（4）打緊E 處緊固件，確保面E 貼合。

2.3 設備、工具虛擬分析

（1）主要內容：工具的可裝配性。

（2）工具一致性、通用性、互換性。

（3）減少不必要的操作動作。

（4）設備虛擬分析。

前雨刮電機采用電池槍裝配虛擬仿真。為了真實模擬現場的裝配過程，需要將周邊的零件調整到與現場工位周邊環(huán)境一致的狀態(tài)，需要打開發(fā)動機罩，并且把發(fā)動機罩撐桿開啟到支撐狀態(tài)。這項周邊環(huán)境模擬需要工程師對總裝工藝工序達到非常熟悉的程度，如果不熟悉，在審核雨刮電機的裝配過程中，經常會忽略發(fā)動機罩的開啟，從而導致在實際造車過程中發(fā)現安裝雨刮電機螺栓的過程和使用的工具或者操作者的手臂與發(fā)動機罩存在干涉，無法裝配的現象。而這種現象是堅決杜絕的，如圖6 所示。

圖6 雨刮電機虛擬裝配仿真

當然，設備分析不僅僅是工具的分析。在總裝工序還包含機運設備分析：內飾機運支撐、底盤吊具、終線機運支撐。還包含助力機械類設備分析：拆裝門的機械手、IP 裝配機械手、底盤合裝的托盤、座椅搬運的機械手。還包含整車油液加注工具：冷媒加注設備，發(fā)動機冷卻液加注設備，制動液加注設備等。因為篇幅有限，在此不再一一展開。

2.4 人機工程分析

（1）手部空間類。

（2）姿勢類。

在人機工程已經屬于一門科學的情況下，我們在虛擬分析中需要預留產品設計工藝所需要的人工操作的空間。

一般包含以下2 個方面。

手部空間類：包含單個手指的操作空間、手握姿勢的空間、手掌的操作空間等，如圖7 所示。

圖7 手部空間要求

姿勢類分析：身體的仰姿、蹲姿、搬運姿勢等，如圖8所示。

圖8 人機工程的姿勢

2.5 零件防錯與一致性分析

內容：本車型同種零件的不同配置防錯；混線生產，不同車型零件之間的防錯；同零件裝配類型、零件一致；混線生產，不同車型裝配類型、零件一致。

方法：（1）目視防錯，顏色防錯。（2）排序防錯。（3）掃描防錯。（4）防錯系統(tǒng)。（5）固定方式。

2.6 增值裝配時間評估

在混線生產的工廠中，為了使制造成本降低，人員利用率提升，通常需要考慮不同車型、不同配置的工時平衡。因此，對新產品導入現有產線，橫向對比不同車型同零件工藝工時，從而反向要求在零件設計過程中，充分考慮到因工藝工時導致的人力浪費，可以從設計階段減少非必要的工時增加。簡單一句話，最大程度借用零件，實現零件平臺化；在無法借用的情況下，安裝點的數量不能增加。對制造的總體目標是同工段的工藝工時無瓶頸工位。

2.7 集成化裝配與外包分析

集成化裝配分析：總裝車間將各模塊化部件組合裝配，完成整車的生產，可將汽車裝配生產線上的部分裝配勞動轉移到線外進行，可以提高生產柔性，降低制造成本。

一般包含座艙模塊總成、頂襯總成、前懸總成、前副車架總成、后橋總成、輪胎總成、進氣管路與空濾總成、選換擋機構總成、排氣管總成、后驅傳動軸總成、油箱總成、制動管與燃油管束總成、轉向管柱總成、散熱器、冷凝器、中冷器、油冷器、電子扇總成、副儀表板大總成、座椅總成、前保險杠總成、后保險杠總成、天窗大總成。

外包分析：將模塊化零件外包給供應商進行裝配。模塊裝配完成后即可對模塊系統(tǒng)進行功能檢測，可及時發(fā)現模塊系統(tǒng)存在的缺陷，并進行調整修復，提高產品質量。

3 結束語

通過對多年在整車總裝新產品項目同步工程的總結，提出在同步分析過程中的重點七大內容和注意事項，希望能夠給后人提供經驗借鑒。同時隨著整車裝配工藝的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)軟件運用的不斷創(chuàng)新和同步工程的不斷壯大，各大企業(yè)不斷完善同步工程虛擬評審技術，并基于技術人員的經驗不斷積累，為企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造價值。