同步工程在整車總裝工藝開發(fā)中的應(yīng)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(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行工程化可行性分析，在設(shè)計(jì)階段把后期制造過程中可能出現(xiàn)的問題暴露出來。通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化等手段解決生產(chǎn)制造問題，避免后期制造的風(fēng)險(xiǎn)。

意義有二，其一：避免產(chǎn)品數(shù)模需要大面積反復(fù)修改，確保產(chǎn)品可制造性、確保項(xiàng)目研發(fā)進(jìn)度；其二：避免因滿足產(chǎn)品生產(chǎn)所需預(yù)期以外的投資，避免產(chǎn)品質(zhì)量問題的發(fā)生。

1 總裝同步工程簡(jiǎn)介

按照工藝設(shè)計(jì)過程分類。工藝設(shè)計(jì)分為4 個(gè)階段：提案；開發(fā)；工程階段；生產(chǎn)準(zhǔn)備。

4 個(gè)階段的SE 需要完成的交付包含并不僅限于以下內(nèi)容。

（1）提案階段：制造策略、總裝策略、產(chǎn)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(píng)估、制造計(jì)劃、產(chǎn)品與工裝設(shè)計(jì)評(píng)估、項(xiàng)目質(zhì)量計(jì)劃。

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

（4）生產(chǎn)準(zhǔn)備：PE 樣件，現(xiàn)場(chǎng)工藝文件。

對(duì)于SE 具體工作的細(xì)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(shí)際項(xiàng)目過程中，因產(chǎn)線基本不變化，僅是針對(duì)產(chǎn)品需求作出產(chǎn)線的適應(yīng)性改造工作，而不是重新建設(shè)產(chǎn)線。因此SE 工作的交付物主要包含以下內(nèi)容。

（1）MR：輸入到設(shè)計(jì)的MR，需要關(guān)注MR 的通過率，以及通過MR 數(shù)據(jù)校核發(fā)現(xiàn)問題數(shù)量。

（2）模塊化清單：初始模塊化清單輸入，設(shè)計(jì)中模塊化清單變更。

（3）主工藝設(shè)計(jì)：工藝流程、可裝配性分析報(bào)告、工具清單（變更項(xiàng)）、工藝文件。

（4）機(jī)運(yùn)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(shè)備：助力設(shè)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(cuò)：尺寸公差類零件定位、調(diào)整策略、多配置零件防錯(cuò)、同系統(tǒng)關(guān)聯(lián)零件匹配防錯(cuò)。

（7）工藝與線平衡：增值時(shí)間對(duì)比分析、標(biāo)準(zhǔn)件、扭矩、控制等級(jí)的一致性分析。

2 總裝同步工程主要內(nèi)容

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

2.1 工藝流程分析

目的：通過數(shù)模分析設(shè)計(jì)最佳的工藝流程；規(guī)劃不同產(chǎn)品共線工藝流程。

策略：理清零件與車體和周邊零件的結(jié)構(gòu)與布置；根據(jù)零件搭接關(guān)系制定合理的工藝流程；多種產(chǎn)品混線生產(chǎn)需要合理統(tǒng)籌產(chǎn)線工序流程。

以雨刮電機(jī)的工藝分析過程為例，在調(diào)查清楚周邊零件范圍的情況下，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)主要零件包含：雨刮電機(jī)、前擋風(fēng)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(jī)→前擋風(fēng)玻璃→上安裝板→刮臂與刮刷總成，如圖2 所示。其中雨刮電機(jī)與前擋風(fēng)玻璃的安裝順序是可以調(diào)換的，原因?yàn)橛旯坞姍C(jī)屬于易損件，我們不能因?yàn)橛旯坞姍C(jī)損壞需要更換，要求拆除前擋風(fēng)玻璃。因此需要預(yù)留簡(jiǎn)易、方便的維護(hù)方案。

圖2 雨刮電機(jī)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(shè)計(jì)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(jī)的安裝路徑為例。雨刮電機(jī)的布置通常是在車身導(dǎo)水槽設(shè)計(jì)完成之后，周邊鈑金零件已經(jīng)完成設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)過程中未必考慮過雨刮電機(jī)的尺寸。另外，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師經(jīng)常會(huì)遺忘雨刮的工藝路徑，導(dǎo)致死胡同式的設(shè)計(jì)。例如：某車型設(shè)計(jì)第一版數(shù)據(jù)，無路徑將雨刮電機(jī)模塊移出，上側(cè)前擋風(fēng)玻璃框鈑金阻礙，左側(cè)電機(jī)支架阻礙，前側(cè)上方前圍前延伸板阻礙。經(jīng)過多方討論與修改，最終得到合適的零件設(shè)計(jì)狀態(tài)和合理的工藝路徑。

虛擬裝載路徑如下：

設(shè)定移動(dòng)坐標(biāo)系在遠(yuǎn)定位孔，沿Z 軸移動(dòng)-10 mm，沿Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)4°，沿X 軸移動(dòng)-10 mm，沿Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)20°。

轉(zhuǎn)換坐標(biāo)Y 軸，沿Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)3°，沿X 軸移動(dòng)-50 mm，轉(zhuǎn)換坐標(biāo)X 軸-30°、Y 軸15°，沿Y 軸移動(dòng)10 mm。

零件已出，移動(dòng)完畢，如圖3 所示。

圖3 雨刮電機(jī)移動(dòng)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(chǎn)品一致性。

主要內(nèi)容：

（1）零件設(shè)計(jì)定位意圖分析；

（2）GD&T 圖分析；

（3）定位工裝設(shè)計(jì)。

以雨刮電機(jī)為例，這個(gè)零件的定位策略相對(duì)簡(jiǎn)單，屬于最基本的定位設(shè)計(jì)策略：1 個(gè)定位孔，1 個(gè)腰孔，1 個(gè)大孔，如圖4 所示。對(duì)此設(shè)計(jì)，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(jī)定位順序

上述雨刮電機(jī)的定位策略相對(duì)簡(jiǎn)單，在此我們進(jìn)行一個(gè)復(fù)雜定位策略的案例分析：前照燈定位策略。通過產(chǎn)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(gè)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(gè)要求，我們可以得到最優(yōu)定位順序：

（1）預(yù)裝燈到車身上時(shí)，將銷BC 插入車身孔中；

（2）預(yù)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(shè)備、工具虛擬分析

（1）主要內(nèi)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(dòng)作。

（4）設(shè)備虛擬分析。

前雨刮電機(jī)采用電池槍裝配虛擬仿真。為了真實(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)的裝配過程，需要將周邊的零件調(diào)整到與現(xiàn)場(chǎng)工位周邊環(huán)境一致的狀態(tài)，需要打開發(fā)動(dòng)機(jī)罩，并且把發(fā)動(dòng)機(jī)罩撐桿開啟到支撐狀態(tài)。這項(xiàng)周邊環(huán)境模擬需要工程師對(duì)總裝工藝工序達(dá)到非常熟悉的程度，如果不熟悉，在審核雨刮電機(jī)的裝配過程中，經(jīng)常會(huì)忽略發(fā)動(dòng)機(jī)罩的開啟，從而導(dǎo)致在實(shí)際造車過程中發(fā)現(xiàn)安裝雨刮電機(jī)螺栓的過程和使用的工具或者操作者的手臂與發(fā)動(dòng)機(jī)罩存在干涉，無法裝配的現(xiàn)象。而這種現(xiàn)象是堅(jiān)決杜絕的，如圖6 所示。

圖6 雨刮電機(jī)虛擬裝配仿真

當(dāng)然，設(shè)備分析不僅僅是工具的分析。在總裝工序還包含機(jī)運(yùn)設(shè)備分析：內(nèi)飾機(jī)運(yùn)支撐、底盤吊具、終線機(jī)運(yùn)支撐。還包含助力機(jī)械類設(shè)備分析：拆裝門的機(jī)械手、IP 裝配機(jī)械手、底盤合裝的托盤、座椅搬運(yùn)的機(jī)械手。還包含整車油液加注工具：冷媒加注設(shè)備，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液加注設(shè)備，制動(dòng)液加注設(shè)備等。因?yàn)槠邢蓿诖瞬辉僖灰徽归_。

2.4 人機(jī)工程分析

（1）手部空間類。

（2）姿勢(shì)類。

在人機(jī)工程已經(jīng)屬于一門科學(xué)的情況下，我們?cè)谔摂M分析中需要預(yù)留產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝所需要的人工操作的空間。

一般包含以下2 個(gè)方面。

手部空間類：包含單個(gè)手指的操作空間、手握姿勢(shì)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(shì)類分析：身體的仰姿、蹲姿、搬運(yùn)姿勢(shì)等，如圖8所示。

圖8 人機(jī)工程的姿勢(shì)

2.5 零件防錯(cuò)與一致性分析

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

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

2.6 增值裝配時(shí)間評(píng)估

在混線生產(chǎn)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(shí)平衡。因此，對(duì)新產(chǎn)品導(dǎo)入現(xiàn)有產(chǎn)線，橫向?qū)Ρ炔煌囆屯慵に嚬r(shí)，從而反向要求在零件設(shè)計(jì)過程中，充分考慮到因工藝工時(shí)導(dǎo)致的人力浪費(fèi)，可以從設(shè)計(jì)階段減少非必要的工時(shí)增加。簡(jiǎn)單一句話，最大程度借用零件，實(shí)現(xiàn)零件平臺(tái)化；在無法借用的情況下，安裝點(diǎn)的數(shù)量不能增加。對(duì)制造的總體目標(biāo)是同工段的工藝工時(shí)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(chǎn)，可將汽車裝配生產(chǎn)線上的部分裝配勞動(dòng)轉(zhuǎn)移到線外進(jìn)行，可以提高生產(chǎn)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(jìn)氣管路與空濾總成、選換擋機(jī)構(gòu)總成、排氣管總成、后驅(qū)傳動(dòng)軸總成、油箱總成、制動(dòng)管與燃油管束總成、轉(zhuǎn)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(xiǎn)杠總成、后保險(xiǎn)杠總成、天窗大總成。

外包分析：將模塊化零件外包給供應(yīng)商進(jìn)行裝配。模塊裝配完成后即可對(duì)模塊系統(tǒng)進(jìn)行功能檢測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)模塊系統(tǒng)存在的缺陷，并進(jìn)行調(diào)整修復(fù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)束語

通過對(duì)多年在整車總裝新產(chǎn)品項(xiàng)目同步工程的總結(jié)，提出在同步分析過程中的重點(diǎn)七大內(nèi)容和注意事項(xiàng)，希望能夠給后人提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。同時(shí)隨著整車裝配工藝的不斷發(fā)展，汽車工業(yè)軟件運(yùn)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(píng)審技術(shù)，并基于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)不斷積累，為企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造價(jià)值。