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(fēng)柳州汽車有限公司 乘用車制造技術(shù)部，廣西 柳州 545006；2.東風(fēng)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(yè)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(yè)人員勞動強(qiáng)度及作業(yè)環(huán)境，可以降低制造成本，降低作業(yè)強(qiáng)度，提高作業(yè)人員裝配質(zhì)量。同時，適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)強(qiáng)度，舒適的作業(yè)環(huán)境，對現(xiàn)在企業(yè)員工會有更多的吸引力，提升他們的愉悅感，幫助企業(yè)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(yè)區(qū)域狹小，一直是總裝車間作業(yè)的重點(diǎn)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(jī)廠在裝配產(chǎn)線上通過加大投資，改善工藝布置，在前期線體建設(shè)時，通過投資底盤（含動力系統(tǒng)）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(qū)域的前保、格柵。將汽車前保險(xiǎn)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(yè)人員與前圍作業(yè)局域的距離，改善作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度[2]。

（2）國內(nèi)自主名牌廠家或是其他舊的生產(chǎn)線體，為減少線體投資。前保、前格柵在水管裝配前的內(nèi)飾線已經(jīng)完成裝配，員工再裝配前圍水管時，作業(yè)人員與前圍作業(yè)局域的距離較遠(yuǎn)，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(jìn)行改進(jìn)，降低員工作業(yè)強(qiáng)度[3]。

對總裝車間整車前圍水管裝配工藝改善進(jìn)行研究，在無需線體改造投資情況下，通過工裝設(shè)計(jì)改善前圍水管作業(yè)負(fù)荷，降低作業(yè)人員勞動強(qiáng)度，提高裝配效率。本方案改善效果好，投資費(fèi)用較少，改造周期短，也可以為其他類似作業(yè)改善提供參考。

1 前圍水管裝配現(xiàn)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(shù)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(yè)主要生產(chǎn)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(jié)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(jìn)行改善，同時此崗位的班組作業(yè)員工出現(xiàn)抵觸情緒，水管環(huán)箍有出現(xiàn)3起/月裝配不良情況。針對此崗位的作業(yè)分析需要進(jìn)一步進(jìn)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(yè)員工身高統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(表2)分析，制定每個操作崗位平均身高模型，根據(jù)身高統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，前圍水管裝配崗位應(yīng)采用男性人體身高1700 mm進(jìn)行工藝仿真。

表2 企業(yè)操作崗位身高統(tǒng)計(jì)表（單位：mm）

1.2.2 企業(yè)重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合企業(yè)已經(jīng)明確的重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)，見表3。將公司重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化到CATIA軟件中的（DMU）模塊，生成企業(yè)重勞崗位仿真數(shù)據(jù)庫判斷標(biāo)準(zhǔn)。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(yè)重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。從重勞崗位判定的各維度進(jìn)行仿真判定，仿真數(shù)據(jù)自動顯示；通過仿真數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，最終輸出結(jié)果評價(jià)。具體仿真數(shù)據(jù)說明見圖2所示。

圖2 仿真頁面數(shù)據(jù)說明

1.2.3 裝配工藝

按照45JPH產(chǎn)能進(jìn)行核算（線體設(shè)計(jì)最大產(chǎn)能），采用CATIA軟件中（DMU）模塊進(jìn)行前圍水管裝配工藝仿真。

建立裝配仿真模型：

（1）以作業(yè)人員操作手接觸環(huán)箍裝配點(diǎn)為裝配狀態(tài)達(dá)成目標(biāo)；

（2）根據(jù)企業(yè)崗位人體模型庫數(shù)據(jù)，輸入前圍水管人體模型，采用1700 mm身高男性人體；

（3）模擬現(xiàn)場作業(yè)姿勢，調(diào)整人體模型關(guān)節(jié)參數(shù)，確保人體模型操作手接觸環(huán)箍裝配點(diǎn)；

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

（5）仿真軟件自動與重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)合仿真數(shù)據(jù)結(jié)果，綜合評定后輸出仿真結(jié)果。

前圍水管裝配工藝仿真輸出界面如圖3所示。各部位關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)見表4。

表4 前圍水管裝配工藝仿真關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)（單位°）

1.2.4 仿真結(jié)果

根據(jù)前圍水管裝配工藝仿真數(shù)據(jù)，軟件自動對比企業(yè)重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)（表3），綜合判斷給出此崗位操作結(jié)果。結(jié)果分析如圖3，其中：姿勢評價(jià)評分為5-，單班作業(yè)頻次為4H未滿（30%≤前圍水管裝配頻次＜50%），綜合評價(jià)等級為A（屬于較高等級）。

表3 企業(yè)重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)

2 前圍水管裝配改善分析

2.1 前圍水管作業(yè)改善仿真分析

經(jīng)過前圍水管裝配結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)分析，水管裝配環(huán)箍結(jié)構(gòu)暫無改善空間。需要從工藝角度進(jìn)行作業(yè)改善，改善方向?yàn)樵黾虞o助改善作業(yè)姿勢。從仿真結(jié)果初步判斷，主要是需要大彎腰、墊腳導(dǎo)致作業(yè)姿勢惡化，重點(diǎn)從這兩方面著手進(jìn)行作業(yè)改善。

2.1.1 大彎腰、墊腳作業(yè)姿勢分析

（1）大彎腰作業(yè)分析：①由于作業(yè)高度與人體高度存在高度差，需要彎腰進(jìn)行作業(yè)；②機(jī)艙內(nèi)部已經(jīng)裝配發(fā)動機(jī)總成，無法采用坐立姿勢進(jìn)行作業(yè)。綜合判斷彎腰改善可行性不大。

（2）墊腳作業(yè)分析：①作業(yè)人員高度不足，導(dǎo)致員工需要進(jìn)行墊腳作業(yè)；②支撐高度不足，導(dǎo)致員工需要進(jìn)行墊腳作業(yè)。

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

2.1.2 作業(yè)姿勢改善工藝仿真分析

作業(yè)踏臺高度增加150 mm，同樣采用1700 mm身高男性人體，進(jìn)行裝配工藝進(jìn)行仿真，分析結(jié)果如圖4，其中：姿勢評價(jià)評分為4-，單班作業(yè)頻次為4H未滿（30%≤前圍水管裝配頻次＜50%），綜合評價(jià)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(yè)改善方案

2.2.1 抬高作業(yè)支撐平臺高度

根據(jù)工藝仿真分析結(jié)果，抬高作業(yè)支撐平臺高度150 mm可以有效解決作業(yè)姿勢。結(jié)合總裝車間作業(yè)崗位件分析：

（1）現(xiàn)有的發(fā)動機(jī)作業(yè)崗位，改造作業(yè)支撐工裝。

（2）在現(xiàn)有的前圍水管作業(yè)崗位，增加新的作業(yè)支撐工裝。

以下將對2種增加踏臺的改善方案進(jìn)行具體分析，并給出最優(yōu)解決方案。

2.2.2 加高發(fā)動機(jī)作業(yè)支撐和增加護(hù)欄

（1）在現(xiàn)有發(fā)動機(jī)升降平臺增加長寬高為880 mm×340 mm×150 mm的踏臺，踏臺兩側(cè)增加護(hù)板，踏臺通過螺釘固定在原發(fā)動機(jī)踏臺平面上。

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

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

改造方案如圖5所示。

圖5 發(fā)動機(jī)作業(yè)崗位支撐工裝改造方案

2.2.3 增加新作業(yè)支撐工裝

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

（2）隨行小車帶有升降臺，舉升時作業(yè)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(yè)流程：作業(yè)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(yè)完成后，隨行踏臺自動下降，同時自動返回作業(yè)開始點(diǎn)。作業(yè)人員隨踏臺自行返回作業(yè)位置，重復(fù)新一輪水管作業(yè)。改造方案如圖6所示。

圖6 新作業(yè)支撐工裝改造方案

3 前圍水管作業(yè)改善方案對比

通過對前圍水管裝配結(jié)構(gòu)、作業(yè)姿勢進(jìn)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(jié)合企業(yè)實(shí)際現(xiàn)狀明確了具體解決方案：

（1）加高發(fā)動機(jī)作業(yè)支撐工裝。

（2）增加新前圍水管作業(yè)支撐工裝。

以上2種方案都可以改善員工作業(yè)強(qiáng)度。同時無需對生產(chǎn)線體進(jìn)行改造，就可以有效減輕作業(yè)強(qiáng)度。根據(jù)2種方案優(yōu)劣勢分析，結(jié)合產(chǎn)品產(chǎn)量規(guī)劃，可以選定合適方案實(shí)施。

同時在執(zhí)行過程中，結(jié)合產(chǎn)品產(chǎn)能提升計(jì)劃，我們利用兩種方案的優(yōu)勢，分階段進(jìn)行投資改造。在產(chǎn)品爬坡階段，直接快速投入固定踏臺；在產(chǎn)品成熟階段，投入隨行小車。結(jié)合產(chǎn)品產(chǎn)量進(jìn)行投入，實(shí)施投資費(fèi)用最大利用；方案對比分析結(jié)果見表5。

表5 前圍作業(yè)改善方案對比結(jié)果

4 結(jié)語

通過結(jié)合企業(yè)已有的重勞崗位標(biāo)準(zhǔn)，建立了重勞崗位仿真模型，為其他崗位仿真建立數(shù)據(jù)庫及參考案例起到以點(diǎn)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(shí)施，對每種改善方案進(jìn)行了優(yōu)劣勢分析，在其他項(xiàng)目試行過程中，可以結(jié)合產(chǎn)品產(chǎn)量，利用2種方案優(yōu)勢，進(jìn)行分步投資。針對老舊生產(chǎn)線體改造，是一個值得研究的方向。通過小成本投資，實(shí)現(xiàn)線體作業(yè)自動化，將會給企業(yè)帶來較大進(jìn)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(jìn)一步深入分析工藝改善方法，提升效率，降低成本。