總裝主要工具的同步工程分析

李曉陽 李 曄

(上汽大眾汽車有限公司，上海 201805)

0 引言

同步工程(SE Synchronization Engineering)工藝與產(chǎn)品同步，即在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，工藝早期介入，產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝分析、校檢同時(shí)進(jìn)行，以改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率、縮短項(xiàng)目周期[1]。同步工程的優(yōu)點(diǎn)包括成本控制、質(zhì)量控制、生產(chǎn)管理以及標(biāo)準(zhǔn)化等[2]。

總裝同步工程的主要工作是在產(chǎn)品開發(fā)階段同步對產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、工具、工時(shí)以及設(shè)備進(jìn)行同步規(guī)劃，同時(shí)還需要在此階段向開發(fā)者提出并積極推動(dòng)簡化安裝動(dòng)作、縮短/平衡安裝工時(shí)以及對提高安裝質(zhì)量和穩(wěn)定性等更有利于生產(chǎn)的建議。

總裝以裝配為主，工具在此過程中起到重要作用。因此通過同步工程對總裝主要工具進(jìn)行分析具有重要意義。

總裝主要工具包括徒手操作、手持?jǐn)Q緊工具、吊具、擰緊機(jī)以及夾具等。本文主要對上述工具在同步工程分析時(shí)的要點(diǎn)進(jìn)行介紹，并通過實(shí)例進(jìn)行解釋說明。

1 徒手操作

徒手操作是指直接通過手進(jìn)行相關(guān)零件的裝配，適用于幾乎所有裝配，包括內(nèi)飾、水管、線束等。其優(yōu)點(diǎn)是靈活、可適應(yīng)性和柔性強(qiáng)，缺點(diǎn)是負(fù)重性差，不適用于裝配超過一定重量的零件。

徒手操作的同步工程分析要點(diǎn)主要有手活動(dòng)空間[3]、手臂活動(dòng)范圍[3]和活動(dòng)路徑等。

1.1 前大燈插頭安裝分析

在進(jìn)行某車型前大燈插頭安裝的同步工程分析中，有兩個(gè)需要分析的要點(diǎn)，包括手的活動(dòng)空間和手臂的活動(dòng)范圍。從圖1中可以看出，插頭周邊的操作空間較小，可能會影響手的操作；同時(shí)需要彎腰和伸手進(jìn)行操作，可能手臂長度受限。

圖1 某車型前大燈插頭連接同步工程分析Fig.1 SE of front light plug

采用Catia的人機(jī)工程模塊對上述的前大燈插頭安裝進(jìn)行模擬分析。此模塊可以模擬真人的操作，能夠比較快速和直觀得到分析結(jié)果。如圖1所示，可以看出插頭周邊的空間能夠滿足手的操作，同時(shí)操作的位置處于手臂伸出的合適范圍內(nèi)，因此認(rèn)為此處設(shè)計(jì)符合裝配需求。

1.2 后尾燈導(dǎo)向安裝分析

在進(jìn)行某車型后尾燈導(dǎo)向安裝的同步工程分析中，有一個(gè)需要分析的要點(diǎn)，即零件在安裝過程中的路徑。從圖2中可以看出零件不能沿一個(gè)固定方向直接裝配到位，需要經(jīng)過一個(gè)路徑轉(zhuǎn)化，因此需要對此路徑轉(zhuǎn)化進(jìn)行分析。

圖2 某車型后尾燈導(dǎo)向安裝同步工程分析Fig.2 SE of rear light support

在Catia的裝配模式中進(jìn)行后尾燈導(dǎo)向安裝分析。如圖2所示，首先后尾燈導(dǎo)向的腰形孔進(jìn)入車身的焊接螺柱中，并保持在腰形孔Z向的上限位。之后在X向推進(jìn)導(dǎo)向到底，并查看是否與周邊有干涉，以及是否進(jìn)入后保導(dǎo)向的孔內(nèi)。最后是在Z向向上推進(jìn)導(dǎo)向，直到焊接螺柱位于腰形孔中間位置。可以看出在上述的安裝路徑中與周邊無干涉，認(rèn)為此處設(shè)計(jì)符合裝配需求。

人機(jī)工程以及路徑分析廣泛應(yīng)用于徒手操作的同步工程分析中，可以實(shí)現(xiàn)在先期評估手工操作的可行性以及人際工程評分。如發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)建議設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，避免進(jìn)入預(yù)批量階段后的返工成本。

2 手持?jǐn)Q緊工具

手持?jǐn)Q緊工具是指通過手持進(jìn)行擰緊的工具，包含電動(dòng)槍，氣動(dòng)槍和扭力扳手等，主要適用于小扭矩螺栓緊固。其優(yōu)點(diǎn)是重量較輕、操作靈活和減少操作時(shí)間，缺點(diǎn)是可選型號范圍小和定制成本高等。

某車型的前保和翼子板連接采用螺栓固定的方式，且固定點(diǎn)周邊空間較小，采用普通的手持?jǐn)Q緊工具無法實(shí)現(xiàn)緊固需求。因此需要對其進(jìn)行同步工程分析，設(shè)計(jì)合適的緊固工具。

如圖3所示，根據(jù)此處的空間結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了普通手持式擰緊工具配合特殊輸出頭的定制工具。此類型工具適合于周邊空間較小的緊固。

圖3 某車型前保和翼子板連接同步工程分析Fig.3 SE of front bumper tightening

在Catia的裝配模式中，將定制工具與產(chǎn)品數(shù)模匹配，根據(jù)操作方式、觀察方向以及使用習(xí)慣等進(jìn)一步對定制工具進(jìn)行優(yōu)化，如選取合適的特殊輸出頭和接桿以及調(diào)整特殊頭與擰緊工具的角度等，最終得到一個(gè)高度定制化的工具。

手持?jǐn)Q緊工具的同步工程分析可以在開發(fā)階段基本確定工具的型號以及定制工具的結(jié)構(gòu)，以便提早對其進(jìn)行相關(guān)的采購，避免定制工具采購制作周期較長導(dǎo)致的延誤。這種情況下，預(yù)批量階段定制工具即可投入實(shí)際試驗(yàn)；同時(shí)由于經(jīng)過模擬分析，可以在最大程度上減少返工，降低成本。

3 吊具

吊具是指針對超過一定重量或者體積，不便于人工搬運(yùn)的零件，通過設(shè)計(jì)一個(gè)專用的搬運(yùn)工具，便于對其進(jìn)行裝配，主要適用于超過15 kg或者體積較大的零件。其優(yōu)點(diǎn)是減輕工人裝配負(fù)重，缺點(diǎn)是靈活性弱，適用于特定的類型。

高壓電池是新能源汽車的一個(gè)重要新增部分。由于重量超過手工操作的范圍，需要針對其設(shè)計(jì)新的吊具用于裝配。如圖4所示，吊具需要滿足吊起后保持高壓電池穩(wěn)定、具有二次機(jī)械保護(hù)、操作方便和與周邊無干涉等要求。因此需要在吊具設(shè)計(jì)完成后對其操作進(jìn)行同步工程分析。

圖4 某車型高壓電池包安裝同步工程分析Fig.4 SE of HV battery installation

在Catia的裝配模式中，需要分析從高壓電池被吊起到放置到托板上的過程。在分析中發(fā)現(xiàn)，高壓電池與后橋距離較近，如后橋已經(jīng)在托板上時(shí)，當(dāng)高壓電池放入時(shí)，吊具會與后橋干涉，導(dǎo)致電池?zé)o法順利放置到位。因此需要調(diào)整放置順序，先將高壓電池放置到托板，再將后橋放置到托板。

吊具的同步工程分析不僅涉及吊具的本身操作性，同時(shí)還需要分析與周邊空間是否存在干涉，進(jìn)而確定是否需要調(diào)整零件的安裝順序等。

4 擰緊機(jī)

擰緊機(jī)是指針對超過一定扭矩的擰緊要求，將擰緊軸固定于設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)上進(jìn)行擰緊的設(shè)備，主要適用于大扭矩螺栓緊固。其優(yōu)點(diǎn)是減少工人裝配負(fù)重、減少操作時(shí)間，缺點(diǎn)是靈活性差，僅適用于特定的類型。

某車型發(fā)動(dòng)機(jī)支撐緊固需五顆螺栓，且有緊固順序。因此需要設(shè)計(jì)對應(yīng)的擰緊機(jī)以達(dá)到緊固要求?？紤]到不同的緊固順序及方位，將擰緊機(jī)分為兩部分，如圖5所示，分別進(jìn)行Y向和Z向擰緊，首先進(jìn)行Y向擰緊，再進(jìn)行Z向擰緊。

圖5 某車型發(fā)動(dòng)機(jī)支撐擰緊同步工程分析Fig.5 SE of motor support tightening

在Catia的人機(jī)工程模塊中對擰緊機(jī)的操作便利性和可視性進(jìn)行了分析，以優(yōu)化擰緊機(jī)結(jié)構(gòu)，并達(dá)到具有可視性并適宜操作。

擰緊機(jī)的同步工程分析不僅涉及擰緊機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和功能，而且需要考慮操作人員的便利性和操作性，驗(yàn)證可行性的同時(shí)，在最大程度上避免后續(xù)的返工和更改。

5 夾具

夾具是指為保證不同零件裝配的相對位置，設(shè)計(jì)一套機(jī)構(gòu)對零件進(jìn)行定位，進(jìn)而輔助裝配，主要適用于需要精確定位的裝配。其優(yōu)點(diǎn)是精度高，缺點(diǎn)是靈活性差且投入高。

當(dāng)采用托板整體合裝時(shí)，需要設(shè)計(jì)后避震打開機(jī)構(gòu)，以在合裝過程中打開后避震，避免其與車身干涉。如保持后避震處于初始位置，在合裝過程中，后避震會與車身干涉，影響合裝的正常進(jìn)行。

在Catia的裝配模式中，如圖6所示，需要分析后避震需要打開的角度，進(jìn)而驗(yàn)證后避震打開機(jī)構(gòu)是否能滿足要求，同時(shí)檢查后避震打開過程中是否存在與周邊零件干涉的情況。

圖6 某車型后避震打開同步工程分析Fig.6 SE of rear obsorber installation

夾具同步工程分析的重點(diǎn)在于定位點(diǎn)與零件的匹配性，擰緊點(diǎn)、敲擊點(diǎn)的匹配性和活動(dòng)性以及其它配套機(jī)構(gòu)的功能性，如后避震打開機(jī)構(gòu)，主定位銷等。

6 結(jié)論

本文主要介紹了總裝主要工具的同步工程分析，包括徒手操作、手持?jǐn)Q緊工具、吊具、擰緊機(jī)和夾具。同步工程能夠在設(shè)計(jì)初期確定方案、驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行性以及盡量提高人機(jī)工程，在最大程度上減少返工所帶來的損失。