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

（東風柳州汽車有限公司，柳州 545006）

0 引言

汽車行業(yè)中，針對裝配工藝的改善一直是重要的研究方向。通過改善作業(yè)人員勞動強度和作業(yè)環(huán)境，可以降低制造成本和作業(yè)強度，提高作業(yè)人員裝配質量。同時，適當的作業(yè)強度，舒適的作業(yè)環(huán)境，對現在企業(yè)員工會有更大的吸引力，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研究方向。目前，前圍水管裝配改善一般有2 個方向。

（1）主流合資整車企業(yè)通過在裝配產線上加大投資，改善工藝布置。他們在前期線體建設時，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)域的前保險杠和格柵。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)人員的勞動強度。

（2）國內自主品牌或是一些擁有舊生產線體的企業(yè)，為減少線體投資，前保險杠盒和格柵在水管裝配前的內飾線已經完成裝配。在裝配前圍水管時，作業(yè)人員與前圍作業(yè)區(qū)域的距離較遠，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，作業(yè)強度高。為此，本研究將對總裝車間整車前圍水管裝配工藝進行改善，無需線體改造投資情況下，通過工裝設計改善前圍水管作業(yè)負荷，降低作業(yè)人員勞動強度，提高裝配效率。

1 前圍水管裝配現狀分析

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。

圖1 前圍水管裝配位置示意圖

表1 各車型前圍水管裝配位置比較

通過表1可以看出，目前各車型裝配水平位置超過1 100 mm，高度位置超過640 mm。從員工的裝配結果反饋，此工位裝配姿勢不好操作，疲勞強度大。同時，此崗位作業(yè)員工出現抵觸情緒，水管環(huán)箍出現平均3 起/月的裝配不良情況。因此，需對此崗位的作業(yè)進行仿真分析，從而提出解決方案。

1.2 前圍水管裝配工藝仿真分析

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程。根據工廠作業(yè)員工身高數據統(tǒng)計分析，制定每個操作崗位平均身高模型（表2）。根據身高統(tǒng)計分析，前圍水管裝配崗位應采用1 700 mm 身高的男性進行工藝仿真。

表2 企業(yè)操作崗位身高統(tǒng)計表（單位：mm）

仿真軟件以公司重勞崗位判斷標準為基礎，結合企業(yè)已經明確的重勞崗位判斷標準，針對人體在裝配操作過程中，各關節(jié)判斷數據細化到CATIA 軟件中的DMU 分析模塊，生成企業(yè)重勞崗位仿真數據庫判斷標準。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。

重勞崗位判斷標準的判斷內容主要包含幾個方面：①作業(yè)姿勢判斷，主要是判斷作業(yè)姿勢、動作的關節(jié)參數，如身體前傾≥45°，低頭≥60°等；②單班作業(yè)頻次，如工作時間上限X，X=2H 未滿（5%≤X＜20%）；X=4H 以上（50%≤X）等；③姿勢動作評價分數，良好以上為1 ～3 分，需要改善為4 分，嚴重不良為5 分。此判斷標準基于具體作業(yè)身體的姿勢，含手指、手臂、頭部、軀干和腿部等關節(jié)參數，結合作業(yè)時間，最終形成作業(yè)姿勢的分數，以此判斷此崗位的重勞崗位等級。

重勞崗位仿真軟件分析界面，基于企業(yè)重勞崗位判斷標準參數進行設定。從重勞崗位判定的作業(yè)姿勢、作業(yè)頻次和評價分數3 個維度進行仿真判定，同時做到仿真數據自動顯示；然后再通過仿真數據與標準數據進行對比，形成最終綜合評價。負荷難度由高到底分為A、B、C、D四個等級，界面輸出最終評價結果（圖2）。

圖2 仿真頁面數據說明

按照線體設計最大產能（45JPH）進行核算，采用CATIA 軟件中DMU 分析模塊進行前圍水管裝配工藝仿真。建立裝配仿真模型，具體過程如下。

（1）以作業(yè)人員操作手接觸環(huán)箍裝配點為裝配狀態(tài)達成目標。

（2）根據企業(yè)崗位人體模型庫數據，輸入前圍水管人體模型，采用1 700 mm 身高男性人體。

（3）模擬現場作業(yè)姿勢，調整人體模型關節(jié)參數，確保人體模型操作手接觸環(huán)箍裝配點。

（4）軟件自動輸出人體模型各部位關節(jié)（含頭、頸、背、手、手臂、腿和腳等）角度參數。

（5）仿真軟件自動與重勞崗位判斷標準數據進行對比，結合仿真數據結果，綜合評定后輸出仿真結果。

根據前圍水管裝配工藝仿真數據，軟件自動對比企業(yè)重勞崗位判斷標準，綜合判斷給出此崗位操作結果分析（圖3）。其中，姿勢評價評分為5－，單班作業(yè)頻次為4H 未滿（30%≤前圍水管裝配頻次＜50%），綜合評價等級為A（屬于最高等級）。由此可判定前圍水管裝配作業(yè)負荷難度大，需要進行改善。

圖3 前圍水管裝配工藝仿真結果分析

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

經過前圍水管裝配結構與設計分析，水管裝配環(huán)箍結構暫無改善空間，設計上暫無有效改進方案。因此需要從工藝角度進行作業(yè)改善，改善方向為增加輔助改善作業(yè)姿勢。從以上仿真結果初步判斷，主要是需要大彎腰、墊腳導致作業(yè)姿勢惡化、作業(yè)負荷加大，因此應重點從這兩方面著手進行負荷作業(yè)改善。

（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，需要彎腰進行作業(yè)；②機艙內部已經裝配發(fā)動機總成，無法采用坐立姿勢進行作業(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，導致員工需要進行墊腳作業(yè)；②支撐高度不足，導致員工需要進行墊腳作業(yè)。

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，可以通過工裝進行改善。對比分析，明確了支撐高度優(yōu)化應作為作業(yè)姿勢改善的主要方向。

通過對不同的支撐高度進行仿真，最后確定采用踏臺高度增加150 mm 時，同樣采用1 700 mm 身高男性人體進行裝配工藝進行仿真，結果為最佳（圖4）。其中，姿勢評價評分為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結果分析

2.2 前圍作業(yè)改善方案分析

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

（1）調整作業(yè)崗位?，F有的發(fā)動機作業(yè)崗位已經有支撐平臺，可以通過改造作業(yè)支撐工裝，增加支撐平臺高度。

（2）作業(yè)崗位維持不變。在現有的前圍水管作業(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2 種增加工作踏臺的改善方案進行具體分析，并給出最優(yōu)解決方案。

增加支撐平臺高度改造方案如下（圖5）。

圖5 發(fā)動機作業(yè)崗位支撐工裝改造方案示意圖

（1）在現有發(fā)動機升降平臺上增加長、寬、高分別為880 mm、340 mm、150 mm 的踏臺，踏臺兩側增加護板。踏臺通過螺釘固定在原發(fā)動機踏臺平面上。

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

（3）作業(yè)流程：作業(yè)人員上踏臺前，由2 個人通過把手將護欄升起后，將插銷插入限位槽；作業(yè)時，人員站在踏臺上隨線體運動，同時裝配緊固前圍水管；作業(yè)完成后走下踏臺，將護欄抬起約10 mm 后拔出插銷將護欄放下，步行至下一個發(fā)動機升降臺，重復裝配作業(yè)。

新增作業(yè)支撐工裝設計方案如下（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11 900 mm、寬4 300 mm 的基礎坑。

（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。作業(yè)人員隨踏臺自行返回作業(yè)位置，重復新一輪水管作業(yè)。

3 前圍作業(yè)改善方案對比分析

2 種方案的施工周期、投資費用及優(yōu)劣勢分析如表3所示。本司對此方案執(zhí)行時，結合產品產能提升計劃，利用兩種方案的優(yōu)勢，分階段進行投資改造。在產品爬坡階段，直接采用方案1快速投入固定踏臺；在產品成熟階段，根據生產節(jié)拍提升，采用方案2 投入隨行小車。結合產品產量提升計劃進行投入，實施投資費用最大利用。

經實際產線驗證以上兩種方案都可以改善員工作業(yè)強度。無需對生產線體進行重大改造，就可以有效減輕作業(yè)強度。此改造方案同樣應用于車型2 和車型3 的前圍水管裝配工藝中，作業(yè)負荷也都得到了明顯改善。

4 結束語

圖6 新作業(yè)支撐工裝改造方案示意圖

本研究通過建立企業(yè)崗位操作身高模型，結合企業(yè)已有的重勞崗位標準，建立了重勞崗位仿真模型。這為其他崗位仿真建立了數據庫及參考案例，可以起到以點帶面的效果。在其他項目試行過程中，可以結合產品產量規(guī)劃，利用2 種方案優(yōu)勢，進行分步投資。本研究可以為汽車制造業(yè)的工藝改善提供借鑒及經驗，尤其是針對老舊生產線體的改造，是一個值得研究的方向。通過小成本投資，實現線體作業(yè)自動化，將會給企業(yè)帶來較大進行效益。