某乘用车前围水管装配工艺研究

覃荣、聂道俊、蒋华格、唐飞燕、罗丹、何益富

（东风柳州汽车有限公司，柳州 545006）

0 引言

汽车行业中，针对装配工艺的改善一直是重要的研究方向。通过改善作业人员劳动强度和作业环境，可以降低制造成本和作业强度，提高作业人员装配质量。同时，适当的作业强度，舒适的作业环境，对现在企业员工会有更大的吸引力，提升他们的愉悦感，帮助企业留住一线员工。

受汽车造型限制，车辆在总装车间装配时前围水管紧固空间靠后，作业区域狭小，因此前围水管装配属于重劳岗位，一直受到员工抱怨。为此总装车间将前围水管装配工艺改善作为重点研究方向。目前，前围水管装配改善一般有2 个方向。

（1）主流合资整车企业通过在装配产线上加大投资，改善工艺布置。他们在前期线体建设时，通过投资底盘（含动力系统）模块化装配，底盘和车身整体合装，然后再装配前围水管，最后装配前脸区域的前保险杠和格栅。这种装配工艺缩短了作业人员与前围作业区域的距离，改善了作业人员的劳动强度。

（2）国内自主品牌或是一些拥有旧生产线体的企业，为减少线体投资，前保险杠盒和格栅在水管装配前的内饰线已经完成装配。在装配前围水管时，作业人员与前围作业区域的距离较远，同时受前脸造型影响，前脸高度比较高，员工对接前围水管困难，作业强度高。为此，本研究将对总装车间整车前围水管装配工艺进行改善，无需线体改造投资情况下，通过工装设计改善前围水管作业负荷，降低作业人员劳动强度，提高装配效率。

1 前围水管装配现状分析

1.1 前围水管装配位置分析

某自主品牌有3 款车型，前围水管装配位置如图1所示，各车型前围水管装配位置距离分析如表1所示。

图1 前围水管装配位置示意图

表1 各车型前围水管装配位置比较

通过表1可以看出，目前各车型装配水平位置超过1 100 mm，高度位置超过640 mm。从员工的装配结果反馈，此工位装配姿势不好操作，疲劳强度大。同时，此岗位作业员工出现抵触情绪，水管环箍出现平均3 起/月的装配不良情况。因此，需对此岗位的作业进行仿真分析，从而提出解决方案。

1.2 前围水管装配工艺仿真分析

本研究先以车型1 的工艺仿真分析为例，分析了前围水管装配工艺仿真分析的过程。根据工厂作业员工身高数据统计分析，制定每个操作岗位平均身高模型（表2）。根据身高统计分析，前围水管装配岗位应采用1 700 mm 身高的男性进行工艺仿真。

表2 企业操作岗位身高统计表（单位：mm）

仿真软件以公司重劳岗位判断标准为基础，结合企业已经明确的重劳岗位判断标准，针对人体在装配操作过程中，各关节判断数据细化到CATIA 软件中的DMU 分析模块，生成企业重劳岗位仿真数据库判断标准。此方式可保证评判一致性及相对合理性，避免人为的主观因素干扰。

重劳岗位判断标准的判断内容主要包含几个方面：①作业姿势判断，主要是判断作业姿势、动作的关节参数，如身体前倾≥45°，低头≥60°等；②单班作业频次，如工作时间上限X，X=2H 未满（5%≤X＜20%）；X=4H 以上（50%≤X）等；③姿势动作评价分数，良好以上为1 ～3 分，需要改善为4 分，严重不良为5 分。此判断标准基于具体作业身体的姿势，含手指、手臂、头部、躯干和腿部等关节参数，结合作业时间，最终形成作业姿势的分数，以此判断此岗位的重劳岗位等级。

重劳岗位仿真软件分析界面，基于企业重劳岗位判断标准参数进行设定。从重劳岗位判定的作业姿势、作业频次和评价分数3 个维度进行仿真判定，同时做到仿真数据自动显示；然后再通过仿真数据与标准数据进行对比，形成最终综合评价。负荷难度由高到底分为A、B、C、D四个等级，界面输出最终评价结果（图2）。

图2 仿真页面数据说明

按照线体设计最大产能（45JPH）进行核算，采用CATIA 软件中DMU 分析模块进行前围水管装配工艺仿真。建立装配仿真模型，具体过程如下。

（1）以作业人员操作手接触环箍装配点为装配状态达成目标。

（2）根据企业岗位人体模型库数据，输入前围水管人体模型，采用1 700 mm 身高男性人体。

（3）模拟现场作业姿势，调整人体模型关节参数，确保人体模型操作手接触环箍装配点。

（4）软件自动输出人体模型各部位关节（含头、颈、背、手、手臂、腿和脚等）角度参数。

（5）仿真软件自动与重劳岗位判断标准数据进行对比，结合仿真数据结果，综合评定后输出仿真结果。

根据前围水管装配工艺仿真数据，软件自动对比企业重劳岗位判断标准，综合判断给出此岗位操作结果分析（图3）。其中，姿势评价评分为5－，单班作业频次为4H 未满（30%≤前围水管装配频次＜50%），综合评价等级为A（属于最高等级）。由此可判定前围水管装配作业负荷难度大，需要进行改善。

图3 前围水管装配工艺仿真结果分析

2 前围水管装配改善分析

2.1 前围水管作业改善仿真分析

经过前围水管装配结构与设计分析，水管装配环箍结构暂无改善空间，设计上暂无有效改进方案。因此需要从工艺角度进行作业改善，改善方向为增加辅助改善作业姿势。从以上仿真结果初步判断，主要是需要大弯腰、垫脚导致作业姿势恶化、作业负荷加大，因此应重点从这两方面着手进行负荷作业改善。

（1）大弯腰作业分析：①由于作业高度与人体高度存在高度差，需要弯腰进行作业；②机舱内部已经装配发动机总成，无法采用坐立姿势进行作业。综合判断弯腰改善可行性不大。

（2）垫脚作业分析：①作业人员高度不足，导致员工需要进行垫脚作业；②支撑高度不足，导致员工需要进行垫脚作业。

针对以上情况，初步分析改善方案：①人员高度受作业人员限制，不宜招聘特殊人员作业；②支撑高度不足，可以通过工装进行改善。对比分析，明确了支撑高度优化应作为作业姿势改善的主要方向。

通过对不同的支撑高度进行仿真，最后确定采用踏台高度增加150 mm 时，同样采用1 700 mm 身高男性人体进行装配工艺进行仿真，结果为最佳（图4）。其中，姿势评价评分为4 －，单班作业频次为4H未满（30% ≤前围水管装配频次＜50%），综合评价等级为B（属于中等级）。

图4 改善后的前围水管装配工艺仿真结果分析

2.2 前围作业改善方案分析

通过工艺仿真分析，抬高作业支撑平台高度150 mm 可以有效改善作业姿势。结合总装车间作业岗位分析，提出2 种作业改善方案。

（1）调整作业岗位。现有的发动机作业岗位已经有支撑平台，可以通过改造作业支撑工装，增加支撑平台高度。

（2）作业岗位维持不变。在现有的前围水管作业岗位，新增作业支撑工装，抬高人员作业高度。

以下将对2 种增加工作踏台的改善方案进行具体分析，并给出最优解决方案。

增加支撑平台高度改造方案如下（图5）。

图5 发动机作业岗位支撑工装改造方案示意图

（1）在现有发动机升降平台上增加长、宽、高分别为880 mm、340 mm、150 mm 的踏台，踏台两侧增加护板。踏台通过螺钉固定在原发动机踏台平面上。

（2）增加上下活动护栏。采用人工升降护栏，增加的护栏高度≥250 mm，护栏两侧安装有扶手。

（3）作业流程：作业人员上踏台前，由2 个人通过把手将护栏升起后，将插销插入限位槽；作业时，人员站在踏台上随线体运动，同时装配紧固前围水管；作业完成后走下踏台，将护栏抬起约10 mm 后拔出插销将护栏放下，步行至下一个发动机升降台，重复装配作业。

新增作业支撑工装设计方案如下（图6）。

（1）在水管装配工位区域，增加随行小车。随行小车布置区域挖长11 900 mm、宽4 300 mm 的基础坑。

（2）随行小车带有升降台，举升时作业踏台高度高出地面150 mm，下降时踏台平面与地面平齐。

（3）作业流程：作业人员站在随行踏台上，随行踏台自动举升150 mm；随行小车跟随线体连动，人员站在踏台上装配紧固水管；作业完成后，随行踏台自动下降，同时自动返回作业开始点。作业人员随踏台自行返回作业位置，重复新一轮水管作业。

3 前围作业改善方案对比分析

2 种方案的施工周期、投资费用及优劣势分析如表3所示。本司对此方案执行时，结合产品产能提升计划，利用两种方案的优势，分阶段进行投资改造。在产品爬坡阶段，直接采用方案1快速投入固定踏台；在产品成熟阶段，根据生产节拍提升，采用方案2 投入随行小车。结合产品产量提升计划进行投入，实施投资费用最大利用。

经实际产线验证以上两种方案都可以改善员工作业强度。无需对生产线体进行重大改造，就可以有效减轻作业强度。此改造方案同样应用于车型2 和车型3 的前围水管装配工艺中，作业负荷也都得到了明显改善。

4 结束语

图6 新作业支撑工装改造方案示意图

本研究通过建立企业岗位操作身高模型，结合企业已有的重劳岗位标准，建立了重劳岗位仿真模型。这为其他岗位仿真建立了数据库及参考案例，可以起到以点带面的效果。在其他项目试行过程中，可以结合产品产量规划，利用2 种方案优势，进行分步投资。本研究可以为汽车制造业的工艺改善提供借鉴及经验，尤其是针对老旧生产线体的改造，是一个值得研究的方向。通过小成本投资，实现线体作业自动化，将会给企业带来较大进行效益。