乘用車前圍水管裝配工藝改善研究

覃榮，聶道俊，蔣華格，唐飛燕，羅丹，何益富

（1.東風柳州汽車有限公司 乘用車制造技術部，廣西 柳州 545006；2.東風柳州汽車有限公司 信息與工藝部，廣西 柳州 545006）

0 引言

汽車行業中，針對裝配工藝改善一直是研究的重要方向。通過改善作業人員勞動強度及作業環境，可以降低制造成本，降低作業強度，提高作業人員裝配質量。同時，適當的作業強度，舒適的作業環境，對現在企業員工會有更多的吸引力，提升他們的愉悅感，幫助企業留住一線員工。由于汽車造型限制，車輛在總裝車間裝配時前圍水管緊固空間靠后，作業區域狹小，一直是總裝車間作業的重點改善研究方向[1]。

目前，前圍水管裝配改善，可以分為2個方向：

（1）主流合資主機廠在裝配產線上通過加大投資，改善工藝布置，在前期線體建設時，通過投資底盤（含動力系統）模塊化裝配，底盤和車身整體合裝，然后再裝配前圍水管，最后裝配前臉區域的前保、格柵。將汽車前保險杠、前格柵等部件放置在前圍水管裝配后的底盤工位，縮短作業人員與前圍作業局域的距離，改善作業人員的勞動強度[2]。

（2）國內自主名牌廠家或是其他舊的生產線體，為減少線體投資。前保、前格柵在水管裝配前的內飾線已經完成裝配，員工再裝配前圍水管時，作業人員與前圍作業局域的距離較遠，同時受前臉造型影響，前臉高度比較高，員工對接前圍水管困難。目前主要通過投入部分工裝進行改進，降低員工作業強度[3]。

對總裝車間整車前圍水管裝配工藝改善進行研究，在無需線體改造投資情況下，通過工裝設計改善前圍水管作業負荷，降低作業人員勞動強度，提高裝配效率。本方案改善效果好，投資費用較少，改造周期短，也可以為其他類似作業改善提供參考。

1 前圍水管裝配現狀分析

1.1 前圍水管裝配位置分析

某自主名牌車型前圍水管裝配位置如圖1所示。

圖1 前圍水管裝配位置

某車型前圍水管裝配位置的距離分析各參數見表1。

表1 不同車型前圍水管裝配位置比較

從表1可以看出，目前企業主要生產的各車型裝配水平位置超過1100 mm以上，高度位置超過640 mm以上，從員工的裝配結果反饋，此工位裝配，姿勢不好操作。裝配線上員工及班組長反饋需要進行改善，同時此崗位的班組作業員工出現抵觸情緒，水管環箍有出現3起/月裝配不良情況。針對此崗位的作業分析需要進一步進行仿真分析，才能更好提出解決方案。

1.2 前圍水管裝配工藝仿真分析

1.2.1 人體身高

以車型1工藝仿真分析為例，分析工廠作業員工身高統計數據(表2)分析，制定每個操作崗位平均身高模型，根據身高統計分析結果，前圍水管裝配崗位應采用男性人體身高1700 mm進行工藝仿真。

表2 企業操作崗位身高統計表（單位：mm）

1.2.2 企業重勞崗位判斷標準

結合企業已經明確的重勞崗位判斷標準，見表3。將公司重勞崗位判斷標準細化到CATIA軟件中的（DMU）模塊，生成企業重勞崗位仿真數據庫判斷標準。此方式可保證評判一致性及相對合理性，避免人為的主觀因素干擾。

重勞崗位仿真軟件分析，基于企業重勞崗位判斷標準參數進行設定。從重勞崗位判定的各維度進行仿真判定，仿真數據自動顯示；通過仿真數據與標準數據進行對比，最終輸出結果評價。具體仿真數據說明見圖2所示。

圖2 仿真頁面數據說明

1.2.3 裝配工藝

按照45JPH產能進行核算（線體設計最大產能），采用CATIA軟件中（DMU）模塊進行前圍水管裝配工藝仿真。

建立裝配仿真模型：

（1）以作業人員操作手接觸環箍裝配點為裝配狀態達成目標；

（2）根據企業崗位人體模型庫數據，輸入前圍水管人體模型，采用1700 mm身高男性人體；

（3）模擬現場作業姿勢，調整人體模型關節參數，確保人體模型操作手接觸環箍裝配點；

（4）軟件自動輸出人體模型各部位關節（含頭、頸、背、手、手臂、腿、腳等參數）角度參數；

（5）仿真軟件自動與重勞崗位判斷標準數據進行對比，結合仿真數據結果，綜合評定后輸出仿真結果。

前圍水管裝配工藝仿真輸出界面如圖3所示。各部位關節數據見表4。

表4 前圍水管裝配工藝仿真關節數據（單位°）

1.2.4 仿真結果

根據前圍水管裝配工藝仿真數據，軟件自動對比企業重勞崗位判斷標準（表3），綜合判斷給出此崗位操作結果。結果分析如圖3，其中：姿勢評價評分為5-，單班作業頻次為4H未滿（30%≤前圍水管裝配頻次＜50%），綜合評價等級為A（屬于較高等級）。

表3 企業重勞崗位判斷標準

2 前圍水管裝配改善分析

2.1 前圍水管作業改善仿真分析

經過前圍水管裝配結構與設計分析，水管裝配環箍結構暫無改善空間。需要從工藝角度進行作業改善，改善方向為增加輔助改善作業姿勢。從仿真結果初步判斷，主要是需要大彎腰、墊腳導致作業姿勢惡化，重點從這兩方面著手進行作業改善。

2.1.1 大彎腰、墊腳作業姿勢分析

（1）大彎腰作業分析：①由于作業高度與人體高度存在高度差，需要彎腰進行作業；②機艙內部已經裝配發動機總成，無法采用坐立姿勢進行作業。綜合判斷彎腰改善可行性不大。

（2）墊腳作業分析：①作業人員高度不足，導致員工需要進行墊腳作業；②支撐高度不足，導致員工需要進行墊腳作業。

（3）針對以上情況，初步分析改善方案：①人員高度受作業人員限制，不宜招聘特殊人員作業；②支撐高度不足，可以通過工裝進行改善。這就明確了支撐高度優化應作為作業姿勢改善的主要方向。

2.1.2 作業姿勢改善工藝仿真分析

作業踏臺高度增加150 mm，同樣采用1700 mm身高男性人體，進行裝配工藝進行仿真，分析結果如圖4，其中：姿勢評價評分為4-，單班作業頻次為4H未滿（30%≤前圍水管裝配頻次＜50%），綜合評價等級為B（屬于中等級）。

圖4 改善后的前圍水管裝配工藝仿真分析

2.2 前圍水管作業改善方案

2.2.1 抬高作業支撐平臺高度

根據工藝仿真分析結果，抬高作業支撐平臺高度150 mm可以有效解決作業姿勢。結合總裝車間作業崗位件分析：

（1）現有的發動機作業崗位，改造作業支撐工裝。

（2）在現有的前圍水管作業崗位，增加新的作業支撐工裝。

以下將對2種增加踏臺的改善方案進行具體分析，并給出最優解決方案。

2.2.2 加高發動機作業支撐和增加護欄

（1）在現有發動機升降平臺增加長寬高為880 mm×340 mm×150 mm的踏臺，踏臺兩側增加護板，踏臺通過螺釘固定在原發動機踏臺平面上。

（2）增加上下活動護欄，采用人工升降護欄，增加的護欄高度≥250 mm，護欄兩側安裝有扶手。

（3）作業流程：作業人員上踏臺前由兩個人通過把手將護欄升起后，將插銷插入限位槽；作業時，人員站在踏臺上隨線體運動，同時裝配緊固前圍水管；作業完成后走下踏臺，將護欄抬起約10 mm后拔出插銷將護欄放下，步行至下一個發動機升降臺，重復裝配作業。

改造方案如圖5所示。

圖5 發動機作業崗位支撐工裝改造方案

2.2.3 增加新作業支撐工裝

（1）在水管裝配工位區域，增加隨行小車。隨行小車布置區域挖長11900 mm，寬4300 mm的基礎坑。

（2）隨行小車帶有升降臺，舉升時作業踏臺高度高出地面150 mm，下降時踏臺平面與地面平齊。

（3）作業流程：作業人員站在隨行踏臺上，隨行踏臺自動舉升150 mm；隨行小車跟隨線體連動，人員站在踏臺上裝配緊固水管；作業完成后，隨行踏臺自動下降，同時自動返回作業開始點。作業人員隨踏臺自行返回作業位置，重復新一輪水管作業。改造方案如圖6所示。

圖6 新作業支撐工裝改造方案

3 前圍水管作業改善方案對比

通過對前圍水管裝配結構、作業姿勢進行對比分析，明確了前圍水管裝配改善方向。通過工藝仿真分析給出了前圍水管解決方案。針對仿真解決措施，結合企業實際現狀明確了具體解決方案：

（1）加高發動機作業支撐工裝。

（2）增加新前圍水管作業支撐工裝。

以上2種方案都可以改善員工作業強度。同時無需對生產線體進行改造，就可以有效減輕作業強度。根據2種方案優劣勢分析，結合產品產量規劃，可以選定合適方案實施。

同時在執行過程中，結合產品產能提升計劃，我們利用兩種方案的優勢，分階段進行投資改造。在產品爬坡階段，直接快速投入固定踏臺；在產品成熟階段，投入隨行小車。結合產品產量進行投入，實施投資費用最大利用；方案對比分析結果見表5。

表5 前圍作業改善方案對比結果

4 結語

通過結合企業已有的重勞崗位標準，建立了重勞崗位仿真模型，為其他崗位仿真建立數據庫及參考案例起到以點帶面的作用。通過對前圍水管裝配仿真分析，初步給出2種改善方案。同時通過工藝改善活動的實施，對每種改善方案進行了優劣勢分析，在其他項目試行過程中，可以結合產品產量，利用2種方案優勢，進行分步投資。針對老舊生產線體改造，是一個值得研究的方向。通過小成本投資，實現線體作業自動化，將會給企業帶來較大進行效益。希望本文能起到拋磚引玉的作用，給讀者指引一個方向、一個角度，進一步深入分析工藝改善方法，提升效率，降低成本。