商用車外飾件工位器具結構設計

摘要：隨著市場主流商用車競品集中升級換代、產品外觀設計水平的不斷提升，具有節能與視覺效果的低風阻、流線型駕駛室逐步發展成為行業主流。在此過程中，駕駛室裝配的外飾件產品結構形狀各異、數量顯著提升，這些改變對于外飾件工位器具的設計制作提出了更高要求。新形勢下工位器具需滿足防護效果、存儲運輸、占地面積、存放便捷、三位一體等方面的要求。據此，通過對比近幾代商用車外飾件工位器具發展演變過程，對適宜不同現場類型的外飾件工位器具設計制作提供新的思路，以提升外飾件產品質量與生產效益。

關鍵詞：工位器具；三位一體；設計準則；功能與應用

中圖分類號：U463" 收稿日期：2022-11-11

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.01.006

1 前言

工位器具（working position apparatus）一般指流水線作業或倉儲過程中用以盛放零部件、原材料的各種輔助性器具裝置［1-2］，本文特指存放商用車外飾件產品的器具。

優良的工位器具是檢驗生產線管理水平的重要依據，對于提升生產效率、保護產品零部件、安全生產、科學管理水平起到顯著提升作用。工位器具應與汽車零部件同步設計、同步驗證、同步投入使用［3］。

一般意義上商用車主要外飾件產品包括前面罩組件、保險杠組件、車門護板、翼子板和導流板罩五大類。

2 工位器具設計準則

2.1 安全性

工位器具作為工業生產現場使用的生產器具，安全操作始終處于首要位置，需依據安全法規與生產線的實際需求設計框架尺寸、剎車等部件。

2.2 防護效果

工位器具防護效果是評價能否使用的基礎準則，隨著長期不斷完善優化，各式各樣的新材料相互配合使用，以滿足不同材質、重量、結構外飾件的防護需求。

2.3 實用性

工位器具依據運輸距離、運輸方式（人工推動、自動行走、拖掛、貨車運輸）的不同，在設計中增加不同部件，如護鏟、拖掛鉤等。

2.4 存儲效率

工位器具應參照存儲區域面積與生產線線邊面積設計合理的存儲效率，多數情況下立式擺放的工位器具為單層存儲，橫向擺放的工位器具為雙層或多層存儲，故需增加堆垛角等部件。需要注意的是，總高度需符合當地相關安全生產法規標準與硬件支持。考慮到商用車顏色、配置定制化訂單占比逐步增加，存儲數量以滿足周轉的最小在制數量為宜。

2.5 制作成本

工位器具的制作成本是決定其能否大批量設計制作并產生效益的關鍵。材質選取應兼具高強度、輕自重、防雨雪、耐摩擦、防護可靠等優點，選取合理搭配方案。

一般而言，工位器具使用三維數模軟件進行設計制作，經技術、質量、生產系統部門評審后出具樣品，由生產線試運行達到設計目標后多方會簽批量制作投入使用。

3 工位器具發展的主要階段

汽車行業工位器具發展主要分為三個階段［4］，其劃分形式及特點如下：

a.初始階段。以手推車配合毛氈、塑料包裹為主，外飾件產品下線后首先進行防護包裹，再平鋪、疊放置于推車送至總裝線邊。在此過程中，持續產生包裝廢物，對于產品件防護不佳易產生磕碰劃傷。隨著質量要求的提高及現場管理的不斷規范，此種方式已被基本淘汰。

b.改良階段。SMC材質外飾件如面罩、車門板等主要外觀面產品件使用魚骨結構通用支架，單側或雙側飛翼結構，使用橡膠材質對支架與產品件接觸部位進行防護；對于不規則及小型產品件采用包裹、周轉箱運輸的方式。此階段包裝防護產生的廢物數量顯著減少但仍未消除，屬過渡階段。

c.三位一體階段。隨著商用車外飾件種類不斷增加，定制化三位一體工位器具逐步上場。工位器具防護材質隨著外飾件產品質量、形狀的不同而更加豐富，兼具便攜、實用、漆膜防護等特點。在近年來新設計投產的總裝線均要求工位器具采用此種方式。

4 工位器具主要結構部件

三位一體工位器具主要由框架部件、容器部件、移動部件、防護部件、安全部件、輔助部件組成，各部件有機組合，形成一臺通用或專用的整體，如圖1所示。

5 工位器具主要防護材料

a.EVA板（ethylene-vinyl acetate）。EVA顆粒可以生產成各類EVA成形材料，如EVA板、EVA管，應用于工位器具防護的EVA是一種高分子聚合物，具有耐水、耐腐蝕、硬度可調等特點，主要用于不規則產品件框架結構防護層、隔離套管或大型產品件工位器具底部金屬板材防護鋪墊。

通過EVA顆粒密度的調整，可以對防護材料的硬度和彈性進行調整，更好地適用于不同位置和產品的防護，消除對產品接觸位置的損傷，一般在工位器具中應用的板、管成型件選取60%～80%的密度材料，主要用于SMC材質外飾件防護。

b.刀刮布（Knife cloth）是一種化學合成材料，以雙面PVC膜夾導光纖維貼的三層復合材料，具有強度高、表面光滑、防水防雨、性質穩定的特點，主要用于各類立柱、細長結構ABS、PP等輕材質外飾件防護。

刀刮布主要用于自重輕的外飾件工位器具防護使用，由于SMC材質外飾件自重大，面漆后外飾件與刀刮布接觸后受壓力摩擦會形成漆面磨損，一般不建議使用。

6 工位器具部件及主要功能

隨著環保相關法規、制度的不斷完善，外飾件外協噴涂已成為汽車行業內主流運營模式，外協噴涂外飾件需經長距離運輸至汽車總裝生產線，對于工位器具設計制作提出更高要求，主要體現在以下六個方面。

6.1 儲運功能

外飾件面漆成品使用工位器具儲運，必須能夠適應轉運、倉庫和長距離車輛運輸條件下靈活、穩定、可靠的要求，其儲運功能一般采用減振角輪、地剎器、牽引拖鉤實現，如圖2所示。

6.2 鎖緊功能

與常用工位器具擺放、平放不同，長距離運輸的工位器具需將外飾件面漆成品完全可靠的固定在工位器具中，主要采用夾緊、鎖緊、掛裝的固定方式，配合拉帶、掛鉤、限位梁等方式，實現產品件的安全運輸。

6.3 疊放功能

長距離運輸效率直接關系到經濟效益，車輛運輸過程中通常采購三層或四層疊放的運輸方式，需要更可靠的堆垛角、垛頭確保運輸過程的安全穩定（圖3），同時工位器具設計輕量化、模塊化可有效避免超高超重現象。

6.4 安全保障

為確保安全儲存、適應運輸，特別是長距離運輸，避免相鄰工位器具移位造成產品接觸產生磕碰劃傷，同時保護工位器具完好。工位器具底面要求必須大于最大產品裝載輪廓，一般通過設計防撞梁、防撞塊實現，同時尺寸參照國標貨箱制作，在內部使用防護材料的基礎上，外立面也制作防撞塊等必要結構，實現器具內部、器具之間產品的雙重保護。

6.5 返空

工位器具一般設置旋轉折疊機構，在空載狀態下可折疊，以節省空間、提高效率；同時采用醒目外觀顏色，噴涂供方廠家名稱或代碼，便于識別使用。

6.6 鏟運

為便于工位器具整體在貨車上鏟運裝卸，工位器具底部還應設計與生產現場匹配間距的U形護鏟，以正確地將鏟車底鏟導入工位器具重心位置，有效防止歪斜。同時，為防止底鏟在移動范圍內與產品底面接觸磕碰，需在工位器具底盤位置底鏟運動軌跡平面上部增加相應的橫梁，起到防錯的作用。

7 三位一體專用工位器具的實際應用

商用車外飾件面漆外觀控制是整車質量控制的重要方面，它不僅體現出整車制造水平，也是客戶接收整車時對其質量優劣評價的第一印象，更是要適應客戶整車使用的全生命周期工況條件［5］。作為外飾件面漆產品配送的載體，三位一體專用工位器具的設計與應用成為每個企業快速發展過程中都會遇到的重要課題。

在實際應用中，在確定工位器具的主要防護材料、結構部件實現基本功能的基礎上，根據外飾件產品的大小、形狀、重心、防護要求和投送數量主要分為以下幾種結構。

7.1 單排平面支撐結構

單排平面支撐結構一般適用于前面罩類平板制件、單面噴涂產品，由于產品本身面積較大、重心穩定，器具同時需要一定的承載能力，單排可裝載6～8件產品，如圖4所示。

7.2 雙排Y型支撐結構

雙排Y型支撐結構一般適用于A立柱類長條制件、單面噴涂產品，由于產品本身面積較小，重心不穩定，器具設計為雙排Y型斜支撐結構，使產品重心內移，保持穩定，雙排可裝載18～22件產品，如圖5所示。

7.3 雙排孔定位支撐結構

雙排孔定位支撐結構一般適用于導風罩類矩形曲面制件、單面噴涂產品，利用產品上自帶的安裝支架（或安裝孔）精確定位固定，防止運輸移位，保持重心穩定，器具設計為孔定位支撐結構，雙排可裝載10～14件產品，如圖6所示。

7.4 雙面掛裝懸置結構

雙面掛裝懸置結構一般適用于腳踏板類正方體空間制件、單面噴涂產品，利用產品上自帶的結構孔洞掛裝在工位器具上，防止運輸移位，保持重心穩定，器具設計為雙面掛裝型式，可裝載16～24件產品，如圖7所示。

7.5 垂直放置隔離結構

垂直放置隔離結構一般適用于車門內外板、翼子板前段等中型曲面結構、單面噴涂產品，利用器具上的隔離塊實現左右相鄰產品隔離，防止運輸晃動，保持重心穩定，器具設計底部有較厚的防護墊，有效避免產品邊緣漆面損傷，可放置6～10件產品，車門板類可內外板拼合后放置，空間利用率更高，如圖8所示。

7.6 水平放置抽屜結構

水平放置抽屜結構一般適用于天窗蓋、小門板等小型平面結構，單面噴涂產品，利用器具兩側的L形托板的托舉實現上下產品隔離，防止運輸位移，保持重心穩定，器具類似于抽屜，產品從下到上依次放入，從上到下依次取出，可放置10～14件產品，空間利用率相對較高，如圖9所示。

7.7 通用儲物柜結構

通用儲物柜結構一般適用于A立柱、翼子板等小型扁平長條狀產品，器具設計為類似于快遞儲物柜的全包圍產品防護結構，優點是產品防護能力更強、通用性很高，適用產品多，存放數量多，缺點是器具本身較重，制作成本高，空間利用率低，維修維護要求高，是其他小型產品無專用工位器具時的補充器具，特別是產能不確定或產品換型較多的生產單位，如圖10所示。

8 結語

在智能制造的大潮中，工位器具不僅擔任著產品件運輸與防護的重要任務，還作為分總成供應商與整車生產線溝通交流的“窗口”而存在，工位器具的設計使用水平可從側面體現出供應商整體行業水平與地位。

工位器具具有一次投入持續受益、改善產品質量、提升生產效率的多方面優勢。具體到外飾件工位器具，隨著整車外飾件形狀數量的不斷增加，完善的器具將顯著減少外飾產品件存儲發交過程中的磕碰劃傷，提升整車外觀質量水平，為商用車涂裝外觀質量向乘用車對標看齊提供有力保障。

值得一提的是，隨著新材料、新型組合管梁的開發，為降低工位器具投入成本，新型組合管梁及其連接組件以材質輕、承重大、組件重復利用率高、器具組合種類多已越來越多地應用于工位器具的設計，也更加適用于多品種外飾產品換型時的器具制作。

參考文獻：

[1]馮琴工位器具的作用及實施要點［J］摩托車技術，2002（11）：19

[2]朱峰，李建江淺談工位器具的設計方法［J］工程機械，2009（6）：57-58

[3]聞邦椿機械設計手冊［M］北京：機械工業出版社，2010

[4]孟衛平，潘榮勝，趙文龍，等汽車生產企業鐵質器具使用壽命建模和分析［J］物流技術，2015，34（7）：286-288

[5]黃放，陳菊紅，何志，等工作姿勢分析法在汽車零部件工位器具改善中的應用［J］人類工效學，2016，22（5）：38-44

作者簡介：

劉科，男，1998年生，工程師，研究方向為機械制造。