總裝同步工程在車(chē)身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

同步工程

同步工程(Simultaneous Engineering)是指在汽車(chē)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(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題暴露出來(lái)，通過(guò)產(chǎn)品設(shè)變、工藝優(yōu)化等技術(shù)手段解決生產(chǎn)制造隱患，避免后期制造的風(fēng)險(xiǎn)。SE工程的開(kāi)展可以大大減少由于設(shè)計(jì)問(wèn)題引起的后續(xù)工藝問(wèn)題，圖1為是否開(kāi)展SE工作對(duì)后續(xù)生產(chǎn)制造影響的統(tǒng)計(jì)。此統(tǒng)計(jì)圖是基于未開(kāi)展SE工作后續(xù)生產(chǎn)出現(xiàn)的問(wèn)題數(shù)量，對(duì)比開(kāi)展SE工作后續(xù)出現(xiàn)問(wèn)題的數(shù)量。從圖1分析可知，開(kāi)展SE工作可以提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，將主要問(wèn)題在數(shù)字樣車(chē)階段解決(見(jiàn)圖1中紅色曲線);而未開(kāi)展SE工作，問(wèn)題將集中出現(xiàn)在實(shí)物樣車(chē)階段(見(jiàn)圖1中藍(lán)色曲線)?？梢?jiàn)，開(kāi)展SE工作的好處是可以將生產(chǎn)制造問(wèn)題提前解決，可以極大地提高生產(chǎn)效率、降低開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)更改成本并提高產(chǎn)品質(zhì)量。

圖1  是否開(kāi)展SE工作對(duì)后續(xù)生產(chǎn)制造的影響

總裝SE工程

1.車(chē)身主斷面分析

車(chē)身主斷面設(shè)計(jì)是白車(chē)身設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，它貫穿于從車(chē)身油泥模型制作開(kāi)始到車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成的整個(gè)過(guò)程中，是車(chē)身工程可行性分析的重要手段和指導(dǎo)車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。車(chē)身主斷面是反映整車(chē)性能、結(jié)構(gòu)、配合和法規(guī)等方面要求的截面，是整車(chē)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)和整車(chē)及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)數(shù)據(jù)制作的依據(jù)。

車(chē)身主斷面設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)性的工作，在進(jìn)行斷面設(shè)計(jì)及校核前，我們需要理解斷面中的關(guān)鍵信息，圖2是某車(chē)型車(chē)身側(cè)圍A柱處的主斷面，從斷面圖中，我們能得到如下信息：門(mén)洞密封門(mén)內(nèi)板的間隙為12mm;側(cè)圍外板與門(mén)內(nèi)板內(nèi)間隙分別為10mm、20mm;側(cè)圍外板與門(mén)外板的外觀間隙以及平度;側(cè)圍內(nèi)板與頂棚的間隙為5mm;頂飾條沿用，要保證周邊相關(guān)值的準(zhǔn)確性;側(cè)圍外板與加強(qiáng)板的間隙保證4.5mm。

圖2  某車(chē)型車(chē)身側(cè)圍A柱處的主斷面

圖3為前風(fēng)窗玻璃和后風(fēng)窗玻璃Y0處的主斷面，在進(jìn)行斷面分析時(shí)一定要結(jié)合玻璃膠壓縮后高度和寬度生產(chǎn)工藝經(jīng)驗(yàn)值來(lái)指導(dǎo)斷面設(shè)計(jì)，否則玻璃膠密封面寬度過(guò)窄或玻璃密封條設(shè)置不合理會(huì)導(dǎo)致在玻璃粘接時(shí)溢膠。左側(cè)案例前風(fēng)窗玻璃的鈑金寬度及玻璃密封條設(shè)置合理，不會(huì)出現(xiàn)溢膠現(xiàn)象，而右側(cè)案例由于玻璃上部沒(méi)有設(shè)置密封膠條，容易造成溢膠而導(dǎo)致玻璃粘接強(qiáng)度下降。

圖3  前風(fēng)窗玻璃和后風(fēng)窗玻璃Y0處的主斷面

2.附件的定位和匹配

車(chē)身和附件(本文將白車(chē)身以外的零件均看作附件)設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中要遵循RPS(基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)，有些地方也稱(chēng)為定位點(diǎn)系統(tǒng))原則，RPS建立的目的是使設(shè)計(jì)部門(mén)、制造部門(mén)和檢驗(yàn)部門(mén)具有同一定位基準(zhǔn)，保證相同的尺寸關(guān)系。為了使RPS能夠在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮作用，研發(fā)、工藝、生產(chǎn)制造、零部件供應(yīng)商、質(zhì)量及檢驗(yàn)等所有關(guān)聯(lián)部門(mén)必須遵循如下規(guī)則：3-2-1規(guī)則;坐標(biāo)平行規(guī)則;統(tǒng)一性規(guī)則;尺寸標(biāo)注規(guī)則;RPS尺寸圖。

工程技術(shù)人員在分析附件與車(chē)身的裝配關(guān)系時(shí)，要始終記住單件或總成的6個(gè)自由度是否都被完全限制完整，一般至少要選取一個(gè)主定位孔、一個(gè)輔定位孔和一個(gè)主定位面才能將單件或者總成限制完整。在附件定位中，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)主、輔定位要求，即主定位設(shè)置一個(gè)定位圓孔，輔定位設(shè)置一個(gè)腰形孔，且腰形孔的方向與兩孔的軸線保持一致。

圖4為典型的附件裝配定位孔設(shè)置案例(圖4中大寫(xiě)字母H表示主定位孔，小寫(xiě)字母h表示輔定位孔，下同)，原定位方案為兩個(gè)￠7定位孔作為主定位孔，這種定位方式造成過(guò)約束。解決方案是將主定位孔設(shè)置為￠7的工藝過(guò)孔(安裝螺栓直徑為M6)，輔定位孔設(shè)置為7×10mm的腰孔，腰孔的一個(gè)方向由于主定位孔已定位完整，該方向可以不做要求，以滿(mǎn)足裝配性要求。該附件按照此孔位進(jìn)行設(shè)置時(shí)，此零件的6個(gè)自由度完全被限制，才能保證零件的配合尺寸。

圖4  典型的附件裝配定位孔設(shè)置案例分析

圖5為前風(fēng)窗玻璃粘接時(shí)對(duì)車(chē)身的定位孔要求，對(duì)應(yīng)車(chē)身分別設(shè)置了一個(gè)主定位孔和一個(gè)輔定位孔，這兩個(gè)定位孔的作用有兩點(diǎn)：一是由于前風(fēng)窗玻璃尺寸較大，設(shè)置主、輔定位孔能夠方便操作者定位裝配;二是為了保證玻璃裝配上去后玻璃邊線與側(cè)圍和頂蓋的間隙均勻一致。

圖5  前風(fēng)窗玻璃粘接時(shí)對(duì)車(chē)身的定位孔要求

3.工具操作空間及通用性分析

(1)工具操作空間分析

工具操作空間是指用擰緊工具緊固螺紋標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，根據(jù)螺紋擰緊方式選配的常規(guī)擰緊工具能夠擰緊標(biāo)準(zhǔn)件而不與周邊零件干涉。螺紋連接是附件與白車(chē)身連接最常用的固定方式，螺栓或螺母的固定需要使用專(zhuān)門(mén)的擰緊工具緊固，因此附件的裝配操作空間也是需要全面校核的內(nèi)容。由于總裝專(zhuān)業(yè)擰緊工具復(fù)雜而且種類(lèi)繁多，在進(jìn)行工具操作空間分析前，需要有完整的擰緊工具的數(shù)據(jù)模型，同時(shí)工藝工程人員需要熟練掌握總裝專(zhuān)業(yè)擰緊工具選型，只有這樣才能做到選擇合適的工具進(jìn)行可行性分析。

圖6為車(chē)門(mén)鎖裝配時(shí)工具操作空間分析，分析結(jié)果顯示在螺栓擰緊方向工具空間被車(chē)門(mén)內(nèi)板遮擋，因此需要在車(chē)門(mén)鎖安裝螺栓正對(duì)方向設(shè)置工藝過(guò)孔。

圖6  車(chē)門(mén)鎖裝配時(shí)工具空間及可達(dá)性分析

工具操作空間分析，需要對(duì)總裝裝配或者擰緊的所有安裝點(diǎn)進(jìn)行分析，以確保所有安裝點(diǎn)均能夠被擰緊。圖7為后保防碰撞橫粱的裝配可行性分析案例，分析結(jié)果顯示此種安裝方式無(wú)法滿(mǎn)足工具最小操作空間，工藝建議改變螺母擰緊方向或者增加后保吸能盒長(zhǎng)度等解決方案。

圖7  后保防碰撞橫粱的裝配可行性分析案例

(2)工具通用性分析

工具通用性分析是涉及總裝工藝工位節(jié)拍平衡、總裝專(zhuān)業(yè)工具工裝成本投入以及防止錯(cuò)/漏裝的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在總裝工藝過(guò)程中，工位內(nèi)的附件裝配及擰緊是勞動(dòng)量最多的工序內(nèi)容，因此在同一工位內(nèi)，能夠用最少的擰緊工具完成附件的裝配，是最理想的狀態(tài)。

工具通用性高的好處在于：減少工具工裝成本投入;工具數(shù)量減少，能夠減少錯(cuò)誤使用工具的幾率;減少工藝操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此總裝工藝人員可以按照研發(fā)部門(mén)下發(fā)的數(shù)據(jù)，結(jié)合生產(chǎn)線的工具工裝配備情況，編制出初版的總裝裝配工序目錄，以此工序目錄為指導(dǎo)文件，對(duì)生產(chǎn)線各工位、產(chǎn)品各系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行工具匹配分析，盡量減少緊固件型號(hào)并保證相同型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)件擰緊力矩一致，以此來(lái)提高工具的通用性。

4.水管理分析

總裝工藝是整車(chē)生產(chǎn)制造流程中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是內(nèi)部生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)和外部零部件生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的匯集點(diǎn)，因此在總裝生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題是最復(fù)雜、關(guān)聯(lián)部門(mén)最多的。總裝生產(chǎn)中出現(xiàn)的淋雨/涉水問(wèn)題，是整車(chē)水管理中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。水管理分析是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的內(nèi)容，其分析和解決的基本原則有兩點(diǎn)：一是隔斷水流路線，減少流入車(chē)內(nèi)的水量;二是要設(shè)置水流通道改變進(jìn)入車(chē)內(nèi)的水的水流方向，讓水能夠順暢地排出。圖8為某車(chē)門(mén)總成水管理分析，從圖8中斷面及水流方向可知，進(jìn)入車(chē)門(mén)內(nèi)的水流在第一道密封條處被隔斷，而此處沒(méi)有設(shè)置水流通道，因此水流會(huì)進(jìn)入駕駛室內(nèi)部。建議方案是將水流在門(mén)護(hù)板的最低點(diǎn)處下拉到第一道密封之外，同時(shí)在第二道密封條處開(kāi)設(shè)排水孔，才能保證進(jìn)入車(chē)門(mén)內(nèi)部的水能最終排出(圖8中虛線箭頭方向)。

圖8  某車(chē)門(mén)總成水管理分析

結(jié)語(yǔ)

為最大程度降低開(kāi)發(fā)周期和制造成本，汽車(chē)制造商對(duì)汽車(chē)開(kāi)發(fā)制造流程進(jìn)行了優(yōu)化，特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多原來(lái)需要通過(guò)制造驗(yàn)證的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝，都可以通過(guò)CAE技術(shù)在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行驗(yàn)證，CAE技術(shù)的不斷成熟和完善使同步工程能夠得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)主機(jī)廠于2003年開(kāi)始進(jìn)行同步工程工作，主要是自主品牌的主機(jī)廠。由于中國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展時(shí)間短，技術(shù)積累少，目前國(guó)內(nèi)的同步工程仍處在起步階段，主機(jī)廠對(duì)其認(rèn)識(shí)也不一致，導(dǎo)致同步工程的效益沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)。但隨著中國(guó)自主品牌的增多以及開(kāi)發(fā)的車(chē)型的增多，同步工程正逐漸成為車(chē)身正向開(kāi)發(fā)的重要工具，得到了普遍重視和廣泛應(yīng)用。