對汽車保險杠裝配生產線研究與實現探討

王師凱

摘 要：最近幾年，交通事故頻發，汽車保險杠的重要性愈加凸顯，并且成為了人們關注的焦點。本文對汽車保險杠裝配生產線進行了調查和研究，結合自動化技術，建立了保險杠的三維模型，通過模擬和仿真，探討了具體的優化方案。

關鍵詞：汽車保險杠；裝配；生產線；仿真

引言：一般情況下，汽車保險杠分為三部分，外板、緩沖材料以及橫梁，其中橫梁的組成材料是2mm左右的冷軋薄板，形狀呈U形，而外板和緩沖材料依托在橫梁上成為一個整體，這一整體能夠隨時進行拆卸。

1.保險杠模型

在過去很長一段時間內，我國汽車保險杠裝配工作仍然依靠大量的勞動力，裝配效率較低，并且行業發展較慢，為了順應時代發展的潮流，推動汽車行業的蓬勃發展，需要從保險杠模型的建立做起。不言而喻，保險杠的結構相對復雜，同時相對比較獨立，作為汽車的組成部分，雖然看似微不足道，但是在安全保障方面起到的作用不容忽視。比如當汽車在行駛途中與其他車輛或者是障礙物發生碰撞、摩擦時，可以起到保護的作用，防止散熱器、燈具等設備受到破壞。另外，保險杠還能起到一定的裝飾作用，美化汽車的外觀。總而言之，目前，國內外對于汽車保險杠的研究方興未艾，一些汽車廠家已經開始研究新型的保險杠，試圖生產出結構獨特、造型精美、功能全面和作用突出的保險杠，滿足人們不同的需求。但是萬變不離其宗，保險杠的的結構必須滿足動力學的要求，這就決定大多數保險杠的外形必須設計成曲面，而在建模的過程中，考慮到曲面的設計問題，需要使用CATIAV5軟件。

具體的建模內容如下：基架是保險杠的最大部件，其他部件安裝在基架的不同位置，而且與夾具的定位密不可分，如圖1所示。

圖 1 保險杠基架

保險杠中部配有防擦條，它是通過卡扣與基架連接在一起，主要作用是為了保護保險杠不出現劃痕。比如在倒車過程中，汽車保險杠可能碰撞到墻壁，這時因為防擦條比較突出，會先接觸到墻壁，從而防止保險杠進一步接觸墻壁。保險杠防擦條如圖2所示。

圖 2 保險杠防擦條

這里還要注意下加強筋的問題，它主要安裝在保險杠的兩側，能夠提高保險杠的整體強度，因為保險杠輕量化是保險杠的發展趨勢，所以安裝加強筋逐漸成為保險杠裝配和生產的主要模式，典型的加強筋如圖3所示。

圖 3 保險杠加強筋

至于傳感器，一般而言，一個保險杠需要配備四個傳感器，如圖4所示。它們分布比較均勻，安裝在基架的內測，從左到右按照一定的間隔排列。比如在汽車倒車過程中，如果傳感器探測到障礙物距離汽車尾部較近，那么它會第一時間向駕駛員發出指示和警報[1]。

圖 4 汽車保險杠傳感器

除了上述設備和器件外，電線對于保險杠的重要性不言而喻，主要安裝在加強筋的內測，并且與汽車頭部和尾部的電線相連，這樣可以起到控制電路和傳感器的雙重作用。汽車保險杠建模與線性規劃存在一定的聯系，通過圖解法可知，

max F=cx（L）s.t.Ax≤b，x≥0，其中A為m×n矩陣，它的解集R={x|Ax=b，x≥0}。

2.保險杠裝配生產線設計

2.1時間分配

經過分析調查和總結，發現汽車保險杠的各個部件裝配時間有很大的差異，比如防擦條的裝配時間較長，大概在50s左右，而加強筋的裝配時間很短，只需要10s，至于傳感器和電線的裝配基本在15s～25s之間。但是需要注意，這些部件具有固定的裝配順序，需要嚴格執行，否則會出現保險桿內部結構混亂、功能缺失或者是質量低下等問題。對于單個保險杠而言，裝配工作需要大概2min的時間，所以有必要研究自動化裝配生產線，從而提高保險杠的裝配效率。另外還要考慮生產節拍，也就是有效生產時間與客戶需求數量的比值，因為不同工序的時間不同，所以節拍也會有不小的差異在，只有盡量保證節拍的均衡，這樣才能達到最大的效益，自動化裝配線的生產節拍公式如下：tj=60Tη/N

其中，T代表年基本工時，大概為2400h，N代表零件的年產量，本文按照120000件計算，η代表自動化裝配生產線的負荷率，取值0.7，經過計算可以得出，tj=0.84分，說明生產節拍為50.4s/件。

2.2工藝流程

整體而言，汽車傳感器的裝配分為防擦條、加強筋、傳感器和電線四部分，而傳感器和電線可以按照性質合并在一起，所以重新進行組合和分配，可以將保險杠的裝配工作進一步簡化。具體分為上料、防擦條安裝、加強筋安裝、雷達裝置安裝、以及卸料，這5大工藝流程，基本覆蓋和囊括了各大汽車制造商保險杠裝配生產線的全部內容。工藝流程在編制過程中，要保證產品能夠劃分為不同的單元，并且個別部件的裝配要與總裝配進度一致，爭取在一個工序內完成多項操作。

2.3方案分類

方案分類這部分內容比較復雜，重點考慮對象是自動化裝配生產線的布局，包括機床、輔助裝置以及傳輸裝置的分布形式，并且受到工藝水平、運輸方式以及生活環境等因素的影響。如果對裝配生產線的布局方式進行細分，可以分為直線型、環形、U型以及L型等方式，其中應用范圍最廣和認可度最高的兩種布局方式分別是直線型布局和U型布局。

U型布局適合柔性生產，并且對于產品的質量要求較高，通過在生產線上制造一個弧度較小的彎，可以讓物品的投入口與輸出口處于相同的位置，類似英文字母U，但是需要注意，這類生產線的長度較長，如果生產線很短，可能會造成產品的偏離。另外，如果將生產線的首尾兩端進行連接，可以有效減少夾具和托板的使用和搬運，這時整個生產線相當于一個環形。

與U型布局相比，直線型布局特點鮮明，并且效率極高，通過直線排列，能夠連續不間斷地進行生產，這樣保證了各個生產工序緊密連接，有效預防了生產線中斷或者是異常等情況。結合本文研究的汽車保險杠裝配情況，采用直線型生產線更加合理，因為工序較少，這種布局能節省零件的移動和等待時間，在市場化競爭如此激烈的今天，可以提高產品成型和投入市場的速度，為企業的發展提供助力和支撐。

3.夾具設計

顧名思義，夾具的作用是為了進行定位，只有當基準面的形狀確定以后，定位元件的結構才能確定，而工件在夾具中定位之后，需要進行加固處理，防止工件出現偏離。一旦工件出現偏離，就需要重新進行定位，否則會引起較大的誤差，降低汽車保險杠裝配的質量。常見的保險杠夾具如圖5所示，在工作過程中，底座固定在支撐架上，當保險杠傳送到恰當的位置后，轉到卡槽，使其繞著轉動軸進行圓弧運動，等到卡槽與保險杠的底部接觸后，調節擋板的高度，這樣可以完成保險杠豎直方向的定位。但是支架結構的硬度較弱，不宜與保險杠發生劇烈接觸，所以可以在夾具上固定圓形的橡膠墊，從而保證支架結構的完整。

圖 5裝配生產線的夾具

完成保險杠豎直方向的定位后，還需要從水平方向對其進行定位，可以使用紅色的擋塊，總共四個擋塊，上下各兩個，因為擋塊和保險杠的接觸面積很大，能夠平均分攤接觸壓力，所以有效減少了保險杠出現損壞的情況。從車間生產的角度考慮，為了便于工人進行裝配，在設計支架時，盡量保證高度在1.3m左右，這樣可以降低勞動的強度，便于工人展開工作，但是支架的重量也要考慮在內，避免工人出現撞傷的情況[3]。

結論：綜上所述，本文細致地分析了保險杠的特點，并且將傳統的裝配方法與自動化裝配方法進行了比較，從防擦條、加強筋與雷達裝置角度出發，探討了具體的優化方法，并且通過仿真軟件，得到了不錯的效果，如果能夠加以推廣，可以產生不小的經濟和社會效益，促進汽車行業的健康發展。

參考文獻：

[1]史瀟函. 轎車保險杠裝配線改善研究[D].沈陽工業大學，2016.

[2]黃凱，廖秋慧，陳杰.汽車保險杠專用復合材料及其成型工藝研究進展[J].合成樹脂及塑料，2017，34（05）：87-91.

[3]李洋，施偉辰.汽車保險杠橫梁的研究與改進[J].汽車實用技術，2017（10）：164-166.

[4]車恒慶. 基于AnyLogic的保險杠生產制造仿真建模與優化研究[D].西南交通大學，2018.