某乘用車前圍水管裝配工藝研究

覃榮　聶道俊　蔣華格　唐飛燕　羅丹　何益富

關(guān)鍵詞：前圍水管;裝配工藝;重勞崗位;工藝仿真;作業(yè)改善;支撐工裝

中圖分類號(hào)：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

汽車行業(yè)中，針對(duì)裝配工藝的改善一直是重要的研究方向。通過(guò)改善作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)環(huán)境，可以降低制造成本和作業(yè)強(qiáng)度，提高作業(yè)人員裝配質(zhì)量。同時(shí)，適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)強(qiáng)度，舒適的作業(yè)環(huán)境，對(duì)現(xiàn)在企業(yè)員工會(huì)有更大的吸引力，提升他們的愉悅感，幫助企業(yè)留住一線員工。

受汽車造型限制，車輛在總裝車間裝配時(shí)前圍水管緊固空間靠后，作業(yè)區(qū)域狹小，因此前圍水管裝配屬于重勞崗位，一直受到員工抱怨。為此總裝車間將前圍水管裝配工藝改善作為重點(diǎn)研究方向。目前，前圍水管裝配改善一般有2個(gè)方向。

（1）主流合資整車企業(yè)通過(guò)在裝配產(chǎn)線上加大投資，改善工藝布置。他們?cè)谇捌诰€體建設(shè)時(shí)，通過(guò)投資底盤（含動(dòng)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)域的前保險(xiǎn)杠和格柵[1]。這種裝配工藝縮短了作業(yè)人員與前圍作業(yè)區(qū)域的距離，改善了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）國(guó)內(nèi)自主品牌或是一些擁有舊生產(chǎn)線體的企業(yè)，為減少線體投資，前保險(xiǎn)杠盒和格柵在水管裝配前的內(nèi)飾線已經(jīng)完成裝配。在裝配前圍水管時(shí)，作業(yè)人員與前圍作業(yè)區(qū)域的距離較遠(yuǎn)，同時(shí)受前臉造型影響，前臉高度比較高，員工對(duì)接前圍水管困難，作業(yè)強(qiáng)度高。為此，本研究將對(duì)總裝車間整車前圍水管裝配工藝進(jìn)行改善，無(wú)需線體改造投資情況下，通過(guò)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(dòng)強(qiáng)度，提高裝配效率。

1前圍水管裝配現(xiàn)狀分析

1.1前圍水管裝配位置分析

某自主品牌有3款車型，前圍水管裝配位置如圖1所示，各車型前圍水管裝配位置距離分析如表1所示。

通過(guò)表1可以看出，目前各車型裝配水平位置超過(guò)1100mm，高度位置超過(guò)640mm。從員工的裝配結(jié)果反饋，此工位裝配姿勢(shì)不好操作，疲勞強(qiáng)度大。同時(shí)，此崗位作業(yè)員工出現(xiàn)抵觸情緒，水管環(huán)箍出現(xiàn)平均3起/月的裝配不良情況。因此，需對(duì)此崗位的作業(yè)進(jìn)行仿真分析，從而提出解決方案。

1.2前圍水管裝配工藝仿真分析

1.2.1采用人體身高進(jìn)行工藝仿真

本研究先以車型1的工藝仿真分析為例，分析了前圍水管裝配工藝仿真分析的過(guò)程。根據(jù)工廠作業(yè)員工身高數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，制定每個(gè)操作崗位平均身高模型（表2）。根據(jù)身高統(tǒng)計(jì)分析，前圍水管裝配崗位應(yīng)采用1700mm身高的男性進(jìn)行工藝仿真。

1.2.2企業(yè)重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)

仿真軟件以公司重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合企業(yè)已經(jīng)明確的重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)人體在裝配操作過(guò)程中，各關(guān)節(jié)判斷數(shù)據(jù)細(xì)化到CATIA軟件中的DMU分析模塊，生成企業(yè)重勞崗位仿真數(shù)據(jù)庫(kù)判斷標(biāo)準(zhǔn)。此方式可保證評(píng)判一致性及相對(duì)合理性，避免人為的主觀因素干擾[2]。

重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)的判斷內(nèi)容主要包含幾個(gè)方面：①作業(yè)姿勢(shì)判斷，主要是判斷作業(yè)姿勢(shì)、動(dòng)作的關(guān)節(jié)參數(shù)，如身體前傾≥45°，低頭≥60°等;②單班作業(yè)頻次，如工作時(shí)間上限X，X=2H未滿（5%≤X<20%）;X=4H以上（50%≤X）等;③姿勢(shì)動(dòng)作評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，良好以上為1～3分，需要改善為4分，嚴(yán)重不良為5分。此判斷標(biāo)準(zhǔn)基于具體作業(yè)身體的姿勢(shì)，含手指、手臂、頭部、軀干和腿部等關(guān)節(jié)參數(shù)，結(jié)合作業(yè)時(shí)間，最終形成作業(yè)姿勢(shì)的分?jǐn)?shù)，以此判斷此崗位的重勞崗位等級(jí)。

重勞崗位仿真軟件分析界面，基于企業(yè)重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。從重勞崗位判定的作業(yè)姿勢(shì)、作業(yè)頻次和評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)3個(gè)維度進(jìn)行仿真判定，同時(shí)做到仿真數(shù)據(jù)自動(dòng)顯示;然后再通過(guò)仿真數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，形成最終綜合評(píng)價(jià)。負(fù)荷難度由高到底分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)，界面輸出最終評(píng)價(jià)結(jié)果（圖2）。

1.2.3裝配工藝仿真

按照線體設(shè)計(jì)最大產(chǎn)能（45JPH）進(jìn)行核算，采用CATIA軟件中DMU分析模塊進(jìn)行前圍水管裝配工藝仿真。建立裝配仿真模型，具體過(guò)程如下。

（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(kù)數(shù)據(jù)，輸入前圍水管人體模型，采用1700mm身高男性人體。

（3）模擬現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)姿勢(shì)，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(dòng)輸出人體模型各部位關(guān)節(jié)（含頭、頸、背、手、手臂、腿和腳等）角度參數(shù)。

（5）仿真軟件自動(dòng)與重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合仿真數(shù)據(jù)結(jié)果，綜合評(píng)定后輸出仿真結(jié)果[3]。

根據(jù)前圍水管裝配工藝仿真數(shù)據(jù)，軟件自動(dòng)對(duì)比企業(yè)重勞崗位判斷標(biāo)準(zhǔn)，綜合判斷給出此崗位操作結(jié)果分析（圖3）。其中，姿勢(shì)評(píng)價(jià)評(píng)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(píng)價(jià)等級(jí)為A（屬于最高等級(jí)）。由此可判定前圍水管裝配作業(yè)負(fù)荷難度大，需要進(jìn)行改善。

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(guò)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(wú)改善空間，設(shè)計(jì)上暫無(wú)有效改進(jìn)方案。因此需要從工藝角度進(jìn)行作業(yè)改善，改善方向?yàn)樵黾虞o助改善作業(yè)姿勢(shì)。從以上仿真結(jié)果初步判斷，主要是需要大彎腰、墊腳導(dǎo)致作業(yè)姿勢(shì)惡化、作業(yè)負(fù)荷加大，因此應(yīng)重點(diǎn)從這兩方面著手進(jìn)行負(fù)荷作業(yè)改善。

2.1.1大彎腰、墊腳作業(yè)姿勢(shì)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(dòng)機(jī)總成，無(wú)法采用坐立姿勢(shì)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)。

針對(duì)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(guò)工裝進(jìn)行改善。對(duì)比分析，明確了支撐高度優(yōu)化應(yīng)作為作業(yè)姿勢(shì)改善的主要方向。

2.1.2作業(yè)姿勢(shì)改善工藝仿真分析

通過(guò)對(duì)不同的支撐高度進(jìn)行仿真，最后確定采用踏臺(tái)高度增加150mm時(shí)，同樣采用1700mm身高男性人體進(jìn)行裝配工藝進(jìn)行仿真，結(jié)果為最佳（圖4）。其中，姿勢(shì)評(píng)價(jià)評(píng)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(píng)價(jià)等級(jí)為B（屬于中等級(jí)）。

2.2前圍作業(yè)改善方案分析

通過(guò)工藝仿真分析，抬高作業(yè)支撐平臺(tái)高度150mm可以有效改善作業(yè)姿勢(shì)。結(jié)合總裝車間作業(yè)崗位分析，提出2種作業(yè)改善方案。

（1）調(diào)整作業(yè)崗位。現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)作業(yè)崗位已經(jīng)有支撐平臺(tái)，可以通過(guò)改造作業(yè)支撐工裝，增加支撐平臺(tái)高度。

（2）作業(yè)崗位維持不變。在現(xiàn)有的前圍水管作業(yè)崗位，新增作業(yè)支撐工裝，抬高人員作業(yè)高度。

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

2.2.1加高發(fā)動(dòng)機(jī)作業(yè)支撐和增加護(hù)欄

增加支撐平臺(tái)高度改造方案如下（圖5）。

（1）在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)升降平臺(tái)上增加長(zhǎng)、寬、高分別為880mm、340mm、150mm的踏臺(tái)，踏臺(tái)兩側(cè)增加護(hù)板。踏臺(tái)通過(guò)螺釘固定在原發(fā)動(dòng)機(jī)踏臺(tái)平面上。

（2）增加上下活動(dòng)護(hù)欄。采用人工升降護(hù)欄，增加的護(hù)欄高度≥250mm，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(tái)前，由2個(gè)人通過(guò)把手將護(hù)欄升起后，將插銷插入限位槽;作業(yè)時(shí)，人員站在踏臺(tái)上隨線體運(yùn)動(dòng)，同時(shí)裝配緊固前圍水管;作業(yè)完成后走下踏臺(tái)，將護(hù)欄抬起約10mm后拔出插銷將護(hù)欄放下，步行至下一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)升降臺(tái)，重復(fù)裝配作業(yè)。

2.2.2增加新作業(yè)支撐工裝

新增作業(yè)支撐工裝設(shè)計(jì)方案如下（圖6）。

（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(zhǎng)11900mm、寬4300mm的基礎(chǔ)坑。

（2）隨行小車帶有升降臺(tái)，舉升時(shí)作業(yè)踏臺(tái)高度高出地面150mm，下降時(shí)踏臺(tái)平面與地面平齊。

（3）作業(yè)流程：作業(yè)人員站在隨行踏臺(tái)上，隨行踏臺(tái)自動(dòng)舉升150mm;隨行小車跟隨線體連動(dòng)，人員站在踏臺(tái)上裝配緊固水管;作業(yè)完成后，隨行踏臺(tái)自動(dòng)下降，同時(shí)自動(dòng)返回作業(yè)開始點(diǎn)。作業(yè)人員隨踏臺(tái)自行返回作業(yè)位置，重復(fù)新一輪水管作業(yè)。

3前圍作業(yè)改善方案對(duì)比分析

2種方案的施工周期、投資費(fèi)用及優(yōu)劣勢(shì)分析如表3所示。本司對(duì)此方案執(zhí)行時(shí)，結(jié)合產(chǎn)品產(chǎn)能提升計(jì)劃，利用兩種方案的優(yōu)勢(shì)，分階段進(jìn)行投資改造。在產(chǎn)品爬坡階段，直接采用方案1快速投入固定踏臺(tái);在產(chǎn)品成熟階段，根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍提升，采用方案2投入隨行小車。結(jié)合產(chǎn)品產(chǎn)量提升計(jì)劃進(jìn)行投入，實(shí)施投資費(fèi)用最大利用。

經(jīng)實(shí)際產(chǎn)線驗(yàn)證以上兩種方案都可以改善員工作業(yè)強(qiáng)度。無(wú)需對(duì)生產(chǎn)線體進(jìn)行重大改造，就可以有效減輕作業(yè)強(qiáng)度。此改造方案同樣應(yīng)用于車型2和車型3的前圍水管裝配工藝中，作業(yè)負(fù)荷也都得到了明顯改善。

4結(jié)束語(yǔ)

本研究通過(guò)建立企業(yè)崗位操作身高模型，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。這為其他崗位仿真建立了數(shù)據(jù)庫(kù)及參考案例，可以起到以點(diǎn)帶面的效果[4]。在其他項(xiàng)目試行過(guò)程中，可以結(jié)合產(chǎn)品產(chǎn)量規(guī)劃，利用2種方案優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行分步投資。本研究可以為汽車制造業(yè)的工藝改善提供借鑒及經(jīng)驗(yàn)，尤其是針對(duì)老舊生產(chǎn)線體的改造，是一個(gè)值得研究的方向[5]。通過(guò)小成本投資，實(shí)現(xiàn)線體作業(yè)自動(dòng)化，將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)較大進(jìn)行效益。

作者簡(jiǎn)介：

覃榮，本科，工程師，研究方向?yàn)槠囍圃臁?/p>