汽车通用化设计对汽车总装工艺的影响.docx

郑州交通职业学院毕业论文论文题目：汽车通用化设计对汽车总装工艺的影响所属系别保和堂专业班级83级一般姓名许仙学号2009指导教师白娘子撰写日期212年4月摘要对某些零件或部件的种类、规格，按照一定的标准加以精简统一，使之能在类似产品中通用互换的技术措施。经过统一后，可通用于某些产品中的零件或部件，称为“通用件”。然而对于汽车总装工艺而言，柔性化共线生产必然导致对原有生产线的通用性改造和新老产品生产工艺的优化融合。在产品设计的初期，在满足新车型产品定义所要求的功能实现和性能指标的前提下，对共线生产可能性较大的同级别、同档次的产品推行通用化的设计结构和产品工艺要求，可以降低硬件改造的投资成本、缩短工艺开发的周期、避免工艺瓶颈、改善管理和质量的控制。通用化工作只能综合地进行，才能获得最佳效果，而不能将这项工作局限在个别企业或一些企业范围内。本文结合部分实例，就同级别、同档次产品通用化设计对汽车总装工艺开发的影响进行探讨。关键词：通用化设计；总装工艺；新车型；柔性化；共线生产AbstractForsomepartsorcomponentsofthetypes,specifications,accordingtocertainstandardstostreamlineunification,caninsimilarproductsofinterchangeabilitytechnicalmeasures.Afterafterreunification,butgminsomeproductsinthepartsorcomponents,calledpart.Butforthecarassemblyprocessisconcerned,theflexibilityofproductionlinetotheoriginalproductionlinewillinevitablyleadtothegeneralreformandnewandoldproductsproductiontechnologyoptimizationoffusion.Intheearlystagesoftheproductdesign,newproductdefinitionmodelinmeettherequiredperformanceindexandtherealizationofthefunctionofthepremise,weremorelikelytoproductionlinewiththeleveloftheproductswithclass,theimplementationofuniversaldesignstructureandtheproductprocessrequirement,canreducethecostofinvestment,hardwaretransformationprocessshortenthedevelopmentcycle,avoidprocessbottlenecks,improvethemanagementandqualitycontrol.Universalworkcanonlybecomprehensively,andtogetthebesteffect,andcannotbelimitedintheworkofindividualenterpriseorsomeenterpriserange.Combiningwiththepartoftheexample,withthelevelofproductdesign,thesamegradegenericcarassemblyprocessdevelopmentinfluenceisdiscussedinthispaper.Keywords:universaldesign;Gaprocess;Newmodels;Flexibility;Totalproductionline目录目录.11引言.12汽车通用化的涵义.12.1含义.12.2前提.22.3目的.22.4效果.22.5产品通用化的发展方向.33通用化设计的实际应用及方法.33.1系列开发的通用化设计.33.2单独开发某一产品（非系列产品）时.33.3在老产品改造时.43.4企业做法.43.5通用化的一般方法.44通用化设计在实际运用中的影响.54.1通用化设计对工艺布局与物流储运的影响.54.1.1工艺布局的影响.54.1.2物流储存的影响.54.2通用化设计对生产线机械化输送系统柔性化改造的影响.64.3通用化设计对生产设备柔性化改造的影响.74.3.1产品结构的通用化.74.3.2产品工艺要求的通用化.84.4通用化设计对检测设备柔性化改造的影响.84.5通用化设计对工装柔性化改造的影响.84.6通用化设计对工具共用与选配的影响.94.6.1标准件与力矩的通用.94.6.2减少特殊工具的选用.94.7通用化设计对工艺管理、员工培训的影响.95总结.10参考文献.1致谢.21引言产品通用化是现代化大生产发展的客观要求。随着产品规格、品种日益繁多，生产和需求反映在品种规格上的矛盾日益突出，因此，将作用相同、尺寸接近的各种零部件和技术文件，经过比较分析，合理归并，使其统一，既在技术上是可行的，又在经济上是合理的。产品通用化是提高社会生产效率的重要方向之一。它能够减少生产重复现象，消除产品及其元件种类以及工艺型式的不适当的多样化。在通用化基础上增加批量，是建立专业化生产的有效条件，对采用先进设备、改善产品质量的更新速度，缩短掌握新技术的时间，增强市场竞争能力起着积极作用。由于产品结构中尽量采用通用件，可以简化产品设计、减少工艺准备的工作量，从而使生产组织和生产计划工作进一步完善。随之相伴的是各大汽车厂不断推陈出新，用新产品刺激和吸引消费者，以应对激烈的市场竞争。而汽车新产品有以下特点：1新结构较多，产品上市初期设计和工艺仍需改进和微调。2平台化和系列化开发成为主流开发模式。3销量难以准确预估，工艺路线的不确定性大。4新技术不断涌现，但设计延续性仍较强。从中可以看出，新车型的不稳定、不确定性较强，但技术和设计有较大的延续性，在投产初期，总装柔性化共线生产是较为经济有效，并广泛采用的工艺模式。对总装工艺而言，柔性化共线生产必然导致对原有生产线的通用性改造，以及新老产品生产工艺的优化融合，此过程需要产品和工艺相互配合、妥协。对于改善工艺开发过程而言，在产品设计的初期，在满足新车型产品定义所要求的功能实现和性能指标的前提下，对共线生产可能性较大的同级别、同档次的产品推行通用化的设计结构和产品工艺要求，是一种行之有效的办法1。2汽车通用化的涵义2.1含义通用化是指在互相独立的系统中，选择和确定具有功能互换性或尺寸互换性的子系统或功能单元的标准化形式。对某些零件或部件的种类、规格，按照一定的标准加以精简统一，使之能在类似产品中通用互换的技术措施。经过统0一后，可通用于某些产品中的零件或部件，称为“通用件”。所谓产品产品通用化是指同一类型不同规格或不同类型的产品和装备中，用途相同、结构相近似的零部件，经过统一以后，可以彼此互换的标准化形式。显然，通用化要以互换性为前提，互换性有两层含义，即尺寸互换性和功能互换性。功能互换性问题在设计中非常重要。例如所设计的柴油机，既可用于拖拉机，又可用于汽车、装运机、推土机和挖掘机等。通用性越强，产品的销路就越广，生产的机动性越大，对市场的适应性就越强。产品通用化就是尽量使同类产品不同规格，或者不同类产品的部分零部件的尺寸、功能相同，可以互换代替，使通用零部件的设计以及工艺设计、工装设计与制造的工作量都得到节约，还能简化管理、缩短设计试制周期。2.2前提通用化是以互换性为前提的。所谓互换性，是指在不同的时间、地点制造出来的产品或零件，在装配、维修时，不必经过修整就能任意地替换使用的性能。2.3目的通用化的目的是最大限度地扩大同一产品（包括元器件、部件、组件、最终产品）的使用范围，从而最大限度地减少产品（或零件）在设计和制造过程中的重复劳动。2.4效果通用化的效果体现在简化管理程序，缩短产品设计、试制周期，扩大生产批量，提高专业化生产水平和产品质量，方便顾客和维修，最终获得各种活劳动和物化劳动的节约产品通用化是现代化大生产发展的客观要求。随着产品规格、品种日益繁多，生产和需求反映在品种规格上的矛盾日益突出，因此，将作用相同、尺寸接近的各种零部件和技术文件，经过比较分析，合理归并，使其统一，既在技术上是可行的，又在经济上是合理的。1产品通用化是提高社会生产效率的重要方向之一。它能够减少生产重复现象，消除产品及其元件种类以及工艺型式的不适当的多样化。在通用化基础上增加批量，是建立专业化生产的有效条件，对采用先进设备、改善产品质量的更新速度，缩短掌握新技术的时间，增强市场竞争能力起着积极作用。由于产品结构中尽量采用通用件，可以简化产品设计、减少工艺准备的工作量，从而使生产组织和生产计划工作进一步完善2。2.5产品通用化的发展方向产品通用化的主要发展方向，一般是：（1）在基础产品的基础上，使各种用途的机器系列通用化。（2）在各种不同的机器中，最大限度地采用同一类型的零部件。（3）设计含有一般元件的典型方案，即工艺过程典型化。通用化是一个综合过程。在此过程中，对产品制造的各个环节都会发生深刻影响。通用化不仅会完善纵向的联系，而且会完善横向的联系它可减少各部门的企业内所生产的同类部件、零件和工具的型式尺寸的数量。因此，通用化工作只能综合地进行，才能获得最佳效果，而不能将这项工作局限在个别企业或一些企业范围内。3通用化设计的实际应用及方法通用化的实施应从产品开发设计时开始，这是通用化的一个重要指导思想。通用化设计通常有三种情况：3.1系列开发的通用化设计在对产品进行系列开发时，通过分析产品系列中零部件的共性和个性，从中找出具有共性的零部件，能够通用的尽量通用，这是系列内通用，是最基本和最常用的环节3。3.2单独开发某一产品（非系列产品）时在单独开发某一产品（非系列产品）时，也尽量采用已有的通用件。即使新设计的零部件，也应充分考虑使其能为以后的新产品所采用，逐步发展成为2通用件。3.3在老产品改造时在老产品改造时，根据生产、使用、维修过程中暴露出来的问题，对可以实现通用互换的零部件，尽可能通用化，以降低生产成本，保证可靠性，焕发老产品的青春4。3.4企业做法企业通常的做法是把已确定的通用件编成手册或计算机软件，供设计和生产人员选用。通用件经过多次生产和使用考验后，有的可提升为标准件。另外，以功能互换性为基础的产品通用，越来越引起广泛的重视，如集成电路和大规模继承电路的应用和互换。产品通用化所产生的社会经济效益，是其他标准化形式所无法取代的5。3.5通用化的一般方法在对产品系列设计时，要全面分析产品的基本系列及派生系列中零部件的个性与共性，从中找出具有共性的零部件，先把这些零部件作为通用件，以后根据情况有的还可以发展成为标准件。如果对整个系列的产品中的零部件都经过认真的研究和选择，能够通用的都使之通用，这就叫全系列通用化。在单独设计某一种产品时，也应尽量采用已有的通用件。新设计的零部件应充分考虑到使其能为以后的新产品所采用，逐步发展成为通用件。产品设计的通用化程度在某种意义上可用通用化系数来衡量：通用件件数（或品种数）通用化系数数）零件总件数（或品种总34通用化设计在实际运用中的影响需要特别指出的是，本文所指的通用化并不等同于零部件的通用化，而是特指对总装工艺影响较大的设计结构和产品工艺要求，例如类似的布置布局、可共用的车身定位方式、统一的产品标识要求等，且通用化设计应该在产品分类的前提下进行，尺寸级别和定位档次差异较大的产品之间，不具备通用化设计的条件，对于工艺开发的改善也没有太大的现实意义。以下结合部分实例，就通用化设计对新车型总装工艺开发的影响进行探讨。4.1通用化设计对工艺布局与物流储运的影响4.1.1工艺布局的影响新导入产品的差异结构和采用的新技术，是总装车间工艺布局调整最主要的诱因。如果新产品较好的采用了通用化的设计，部件虽然结构不同但采用了相同或者相似的方式与生产线结合，与设备结合，就可以尽量的共用原有的工艺布局，减少新增作业场地需求，避免大规模的改扩建主线和新增分装线体，最大限度的共用生产区域6。例如A公司在原有微车生产线导入一款新型微客，新老产品结构相似，但副车架分装定位点分别设计在不同方向上（老产品在X向，新产品在Z向），使原有分装线体无法共用，只能再规划一片新的分装区域并设置相关的线体设备，对柔性化改造成了很大的困难。B公司也在副车架上遇到了问题，计划共线的两车型副车架结构相似，但老产品是整体框架式的，新产品是可拆分的框架，现有副车架分装线夹具改造的困难较大，总装工艺不得不在主线上为新车型安排副车间纵梁安装作业和零件存储的区域，降低了主线空间利用率。4.1.2物流储存的影响通用化的设计同样可以使物流仓储和物料转运受益。相似的体积形状可以大量共用存储和转运器具，即使改造，也降低了成本和难度，同时意味着不必因为产品结构的差异而新增各车型零部件专用的存储区域，从而节约了空间，4降低了投入7。例如A公司某系列两个车型的空调HVAC采用了不同的设计结构，一种可以总成的方式存储和转运，另一种只能以分散的几个部分分别储运，在两车型混线规划时，只好分别安排了存储区域，开发新的储运器具，以不同的方式转运，造成了场地和成本上的浪费。4.2通用化设计对生产线机械化输送系统柔性化改造的影响新车型共线，改造难度最大常常就是机械化输送系统。新产品的通用化设计可以大大简化改造的难度，减少工作量，甚至避免改造。新车型在机械化输送系统上的改造，对于产品通用化设计的主要关注点：车身在输送系统上可行的定位方式、定位点的坐标、定位点处车身的强度、车身（包括以装配的零件）的重心位置、整车最大外形尺寸、车门的可拆卸性、车门位置和开度等等8。结合各生产线结构，采用通用化设计使新老车型可以在输送系统上使用相同的定位方式，位置相同的定位点，对简化内饰线和底盘线的改造效果显著。定位点处车身的强度对于部分定位方式的可实现是十分重要的。例如A公司某新车，在内饰线和底盘线计划采用前部工艺销定位，后部托块支撑的方式定位（见图1），尺寸位置上没有问题，但是新车型后部与托块相对应的侧裙边较长，且只有两层钣金焊接而成，老车型为三层钣金，且裙边较短。新车型样车在机械化通过性验证时裙边因无法支撑车身重量而发生了变形。最后不得不对该部位进行了专门的设计变更以解决问题。整车在输送系统上的重心对定位方式的可行性和可靠性会产生重要的影响，需共线车型间差异不宜过大。5图1：托块支撑侧裙的定位方式车门的可拆卸性，决定了车门分装的工艺安排，车门位置和开度影响底盘线吊具的改造。这些方面尽量采用通用化的设计，可以减少相关的改造。例如公司某新车型车门开度过大，开启时在底盘线与吊具干涉，在检测线和设备干涉，因为改造代价太大，最后改变车门设计，使车门能够以个档位开启，解决了问题9。4.3通用化设计对生产设备柔性化改造的影响生产设备的改造，通常是新车型总装工艺开发中成本较高，工作量较大的部分。为了尽量共用设备，减少改造和新增，对生产设备的通用化设计主要体现在两个方面：4.3.1产品结构的通用化产品结构的通用化指在新车型设计时采用相同的结构或者相同的设备接口，从而共用设备，避免改造。例如公司某新车型欲与同系列的一款老车型共线生产，但是原有车型轮胎螺母设计为5颗，新车型轮胎螺母设计为4颗，造成原有生产线上的5轴轮胎拧紧机（见图2）无法共用，改造的代价较大，新车型工艺只好改为手工操作。又如对于某多车型混线的总装车间，由于各车型加注罐口的结构不一致，加注设备需要制作多个加注头，在生产不同车型前进行切换，对生产组织和节拍都造成了影响。同样罐口的位置和朝向如果差异过大也会对加注设备产生改造或者新增的需求，增加成本并占用生产线空间。如果对所有同类型、同级别车型的罐口结构进行统一的通用化设计，对大体的位置朝向也进行统一，加注设备的改造可以大大减少，即在设计阶段以最小的代价解决了问题。燃油气密性检测设备使用时加油口和封闭碳罐气道时也存在类似的问题，A公司某新车型与原有车型碳罐气道封闭点设计位置不同，需要改变安装工位并增加辅助踏台，对总装工艺安排造成了困难10。6图2：5轴轮胎拧紧机4.3.2产品工艺要求的通用化通用化的产品工艺要求指在满足性能要求的情况下对同一工艺过程提出一致的产品要求，从而共用设备，避免改造。如公司某新产品工艺开发时发现由于新老车型VIN码刻号的位置要求不统一，原有设备无法共用，必须新增一套刻号设备，此问题对产品性能无任何影响，完全可以依靠产品工艺要求的通用化避免。又如公司共线两车型制动液罐罐口结构相同，但产品定义的回吸量不同，仍必须对加注头进行改造。4.4通用化设计对检测设备柔性化改造的影响汽车检测设备往往价格昂贵，精密敏感。检测设备的柔性化改造往往是总装工艺开发中成本最高的部分。检测线大多数设备都有一定的适用范围，只要在范围之内，通过调整设备的参数设定就可以实现设备的共用。对于同级别、同档次的产品统一标准，提出可实现产品性能、符合相关强制标准的产品工艺要求，可减少设备的改造需求11。4.5通用化设计对工装柔性化改造的影响新产品工艺开发中必然要开发大量的工装，通过通用化设计，可以尽量共用原有工装，或在少量改造后即可实现共用。如B公司某新车型工艺开发时发现因为夹具夹持点位置不同，新车型仪表台无法利用总装车间现有仪表台分装线和仪表台助力机械手。后通过设计变更，在仪表横梁两端增加了一对专门的7工艺辅助支架解决了问题。又如A公司多个车型的标牌位置产品要求不一致，相应的为每个车型开发了专门的标牌定位辅具，对工艺开发和现场管理造成不便。4.6通用化设计对工具共用与选配的影响对新产品工艺开发中的工具选配而言通用化设计主要在两个方面：4.6.1标准件与力矩的通用标准件和定义力矩的通用是指在满足功能要求的前提下同一个系统尽量选用相同的标准件，同类位置尽量定义相同的力矩要求。这样可以共用大量工具，减少工具的新增量，也减轻了后期工具的维护保养工作量。例如将各车型无特殊要求的搭铁点统一选用相同规格的标准件和力矩。公司开发某系列的新车型时，设计人员随意的选用了新规格的油箱固定螺栓，在新车型混线试产时发现装配油箱时该工位工人需要频繁更换工具，且此处选用新规格螺栓无任何意义，最终又通过设计变更统一了标准件规格。又如在底盘制动管路的连接中，管路接头较多，各车型制动管路规格通常相同，使用通用化的设计，采用统一的接头规格和力矩要求，对于减少工具选配量和简化操作大有好处。4.6.2减少特殊工具的选用减少特殊工具的选用是指在没有特别需求的情况下，零件结构、紧固方式、零件规格等方面尽量采用常用的形式，减少工具选配的难度和周期。如规格尺寸统一使用公制标准，尽量保证常用工具的操作空间、统一选用常用的标准件头部尺寸等等。公司某中置后驱新车型设计时传动轴与后桥连接处工具空间太小，必须选用超薄的套筒才能在一段狭小的空间内完成，对工艺开发阶段工具的选购和生产操作都带来了较大的困难。又如某车型前门限位器中部的连接螺栓选用了很不常用的尺寸规格，该处工具选配到位花费了较长的时间，且后期的工具保养和增补也存在不便。4.7通用化设计对工艺管理、员工培训的影响大量的采用通用化的设计，降低了工具、设备等的数量，减少了不同车型8间的操作差异，所以对于工艺管理和员工培训的好处是显而易见的。良好的生产管理和人员技能状态，可以保证老产品的质量稳定，新产品质量尽快的提高并成熟12。5总结从以上分析可以看出，在新产品开发中采用通用化设计，能够降低投