同步工程在整车总装工艺开发中的应用

刘飞飞

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545000）

同步工程（Simultaneous Engineering，SE），又称并行工程。是指在产品设计阶段，进行工程化可行性分析，在设计阶段把后期制造过程中可能出现的问题暴露出来。通过产品设计、工艺优化等手段解决生产制造问题，避免后期制造的风险。

意义有二，其一：避免产品数模需要大面积反复修改，确保产品可制造性、确保项目研发进度；其二：避免因满足产品生产所需预期以外的投资，避免产品质量问题的发生。

1 总装同步工程简介

按照工艺设计过程分类。工艺设计分为4 个阶段：提案；开发；工程阶段；生产准备。

4 个阶段的SE 需要完成的交付包含并不仅限于以下内容。

（1）提案阶段：制造策略、总装策略、产线布局、节拍、集成程度（模块化清单）、主工艺流程（BOP）。

（2）开发阶段：虚拟CV 评估、制造计划、产品与工装设计评估、项目质量计划。

（3）工程阶段：虚拟SV 评估、虚拟IV 评估、PFMEA、总装工艺文件、工艺控制文件、工装与设备开发、尺寸检测系统。

（4）生产准备：PE 样件，现场工艺文件。

对于SE 具体工作的细分，一般来说，总装工艺开发遵循以下流程，如图1 所示。

图1 总装工艺开发流程

在实际项目过程中，因产线基本不变化，仅是针对产品需求作出产线的适应性改造工作，而不是重新建设产线。因此SE 工作的交付物主要包含以下内容。

（1）MR：输入到设计的MR，需要关注MR 的通过率，以及通过MR 数据校核发现问题数量。

（2）模块化清单：初始模块化清单输入，设计中模块化清单变更。

（3）主工艺设计：工艺流程、可装配性分析报告、工具清单（变更项）、工艺文件。

（4）机运类分析：吊具、托盘、AGV/RGV、大件零件举升路径、定位策略分析。

（5）设备：助力设备路径、定位、共用性分析、电枪共用性分析、加注分析。

（6）匹配与防错：尺寸公差类零件定位、调整策略、多配置零件防错、同系统关联零件匹配防错。

（7）工艺与线平衡：增值时间对比分析、标准件、扭矩、控制等级的一致性分析。

2 总装同步工程主要内容

工程阶段的工艺仿真是同步工程的重要内容。在项目开发过程中，SE 工程师们不断总结历史经验，并梳理出七大分析要求。

2.1 工艺流程分析

目的：通过数模分析设计最佳的工艺流程；规划不同产品共线工艺流程。

策略：理清零件与车体和周边零件的结构与布置；根据零件搭接关系制定合理的工艺流程；多种产品混线生产需要合理统筹产线工序流程。

以雨刮电机的工艺分析过程为例，在调查清楚周边零件范围的情况下，我们会发现主要零件包含：雨刮电机、前挡风玻璃、上安装板、刮臂与刮刷总成。建议最佳安装顺序：雨刮电机→前挡风玻璃→上安装板→刮臂与刮刷总成，如图2 所示。其中雨刮电机与前挡风玻璃的安装顺序是可以调换的，原因为雨刮电机属于易损件，我们不能因为雨刮电机损坏需要更换，要求拆除前挡风玻璃。因此需要预留简易、方便的维护方案。

图2 雨刮电机周边零件

2.2 虚拟装载路径与定位策略分析

2.2.1 虚拟装载路径目的：设计零件装载路径；满足零件路径精度。

策略：从工艺角度尝试各种路径，选择最佳路径作为工艺路径；路径逆原则为能将零件取出的虚拟路径，其反向路径即为装载路径。

仍然以雨刮电机的安装路径为例。雨刮电机的布置通常是在车身导水槽设计完成之后，周边钣金零件已经完成设计，但设计过程中未必考虑过雨刮电机的尺寸。另外，产品设计师经常会遗忘雨刮的工艺路径，导致死胡同式的设计。例如：某车型设计第一版数据，无路径将雨刮电机模块移出，上侧前挡风玻璃框钣金阻碍，左侧电机支架阻碍，前侧上方前围前延伸板阻碍。经过多方讨论与修改，最终得到合适的零件设计状态和合理的工艺路径。

虚拟装载路径如下：

设定移动坐标系在远定位孔，沿Z 轴移动-10 mm，沿Y 轴转动4°，沿X 轴移动-10 mm，沿Y 轴转动20°。

转换坐标Y 轴，沿Y 轴转动3°，沿X 轴移动-50 mm，转换坐标X 轴-30°、Y 轴15°，沿Y 轴移动10 mm。

零件已出，移动完毕，如图3 所示。

图3 雨刮电机移动路径

2.2.2 定位策略分析

目的：零件精确定位；工艺唯一性、产品一致性。

主要内容：

（1）零件设计定位意图分析；

（2）GD&T 图分析；

（3）定位工装设计。

以雨刮电机为例，这个零件的定位策略相对简单，属于最基本的定位设计策略：1 个定位孔，1 个腰孔，1 个大孔，如图4 所示。对此设计，我们要求零件的定位顺序是先装定位孔，再装腰孔，最后装大孔，即：1→2→3。

图4 雨刮电机定位顺序

上述雨刮电机的定位策略相对简单，在此我们进行一个复杂定位策略的案例分析：前照灯定位策略。通过产品工程师发布的GD&T 图，我们可以找到前照灯的定位策略分为5 个要求，如图5 所示。

图5 前照灯定位策略

定位要求：第1 要求为A1-A2 面贴合；第2 要求为销B 入孔；第3 要求为销C 入孔；第4 要求为D 面贴合；第5 要求为E 面贴合。

依次分析5 个要求，我们可以得到最优定位顺序：

（1）预装灯到车身上时，将销BC 插入车身孔中；

（2）预装E 孔处紧固件，打紧D 处紧固件使得面D贴合；

（3）打紧A1-A2 处紧固件，确保面A1-A2 贴合；（4）打紧E 处紧固件，确保面E 贴合。

2.3 设备、工具虚拟分析

（1）主要内容：工具的可装配性。

（2）工具一致性、通用性、互换性。

（3）减少不必要的操作动作。

（4）设备虚拟分析。

前雨刮电机采用电池枪装配虚拟仿真。为了真实模拟现场的装配过程，需要将周边的零件调整到与现场工位周边环境一致的状态，需要打开发动机罩，并且把发动机罩撑杆开启到支撑状态。这项周边环境模拟需要工程师对总装工艺工序达到非常熟悉的程度，如果不熟悉，在审核雨刮电机的装配过程中，经常会忽略发动机罩的开启，从而导致在实际造车过程中发现安装雨刮电机螺栓的过程和使用的工具或者操作者的手臂与发动机罩存在干涉，无法装配的现象。而这种现象是坚决杜绝的，如图6 所示。

图6 雨刮电机虚拟装配仿真

当然，设备分析不仅仅是工具的分析。在总装工序还包含机运设备分析：内饰机运支撑、底盘吊具、终线机运支撑。还包含助力机械类设备分析：拆装门的机械手、IP 装配机械手、底盘合装的托盘、座椅搬运的机械手。还包含整车油液加注工具：冷媒加注设备，发动机冷却液加注设备，制动液加注设备等。因为篇幅有限，在此不再一一展开。

2.4 人机工程分析

（1）手部空间类。

（2）姿势类。

在人机工程已经属于一门科学的情况下，我们在虚拟分析中需要预留产品设计工艺所需要的人工操作的空间。

一般包含以下2 个方面。

手部空间类：包含单个手指的操作空间、手握姿势的空间、手掌的操作空间等，如图7 所示。

图7 手部空间要求

姿势类分析：身体的仰姿、蹲姿、搬运姿势等，如图8所示。

图8 人机工程的姿势

2.5 零件防错与一致性分析

内容：本车型同种零件的不同配置防错；混线生产，不同车型零件之间的防错；同零件装配类型、零件一致；混线生产，不同车型装配类型、零件一致。

方法：（1）目视防错，颜色防错。（2）排序防错。（3）扫描防错。（4）防错系统。（5）固定方式。

2.6 增值装配时间评估

在混线生产的工厂中，为了使制造成本降低，人员利用率提升，通常需要考虑不同车型、不同配置的工时平衡。因此，对新产品导入现有产线，横向对比不同车型同零件工艺工时，从而反向要求在零件设计过程中，充分考虑到因工艺工时导致的人力浪费，可以从设计阶段减少非必要的工时增加。简单一句话，最大程度借用零件，实现零件平台化；在无法借用的情况下，安装点的数量不能增加。对制造的总体目标是同工段的工艺工时无瓶颈工位。

2.7 集成化装配与外包分析

集成化装配分析：总装车间将各模块化部件组合装配，完成整车的生产，可将汽车装配生产线上的部分装配劳动转移到线外进行，可以提高生产柔性，降低制造成本。

一般包含座舱模块总成、顶衬总成、前悬总成、前副车架总成、后桥总成、轮胎总成、进气管路与空滤总成、选换挡机构总成、排气管总成、后驱传动轴总成、油箱总成、制动管与燃油管束总成、转向管柱总成、散热器、冷凝器、中冷器、油冷器、电子扇总成、副仪表板大总成、座椅总成、前保险杠总成、后保险杠总成、天窗大总成。

外包分析：将模块化零件外包给供应商进行装配。模块装配完成后即可对模块系统进行功能检测，可及时发现模块系统存在的缺陷，并进行调整修复，提高产品质量。

3 结束语

通过对多年在整车总装新产品项目同步工程的总结，提出在同步分析过程中的重点七大内容和注意事项，希望能够给后人提供经验借鉴。同时随着整车装配工艺的不断发展，汽车工业软件运用的不断创新和同步工程的不断壮大，各大企业不断完善同步工程虚拟评审技术，并基于技术人员的经验不断积累，为企业发展创造价值。