汽车后保险杠生产线研究

（１）后杠基架 后杠基架（如图１）是保险杠后杠最大的部件， 其他的零部件分别装配在基架的不同位置上，同时它 也是工装夹具定位夹紧的设计出发点。 （２）防擦条 防擦条（如图２）安装于保险杠的中部，防擦条 利用其自身上的卡扣和后杠基架上的卡扣互锁实现定
作者简介：刘海江，男，１９６７年生，博导教授，工学博士，主要研究方向为产品集成精度加工、测试与控制。 ｌｈｊ＠ｍａｉＬ ｔｏｎ百ｉ．ｅｄ叱ｃｎ
图９夹具图
Ｆｉ９９ Ｆｉｘｔｕｒｅ
图ｌＯ夹具系统总图
Ｆｉｇ １０ Ｔｏｔａｌ ｇｍｐｈ ｏｆ ｆｉｘｔｕ№ｓｙｓｔｅｍ
本文设计了一种新型的固定装置（如图９），工 作时底座同定于支撑架上（其装配位置见图１０），当 保险杠放置到合适的位置后，转动卡槽，将其向下 压。卡槽将绕着转动轴作圆弧运动。运动到一定的位 置后，连接在卡槽压块将会和保险杠的底边接触，适 当调整挡板的高度，使得当压块压紧保险杠底边后卡 槽恰能卡在挡板上。这样就实现了夹具对保险杠的竖 直方向的定位。考虑到整个装配支架结构的刚性，为 了避免与保险杠发生刚性接触，本文设计了一个个矩 形的橡胶垫，它是利用安装在支架上的４个定位孑Ｌ上 的定位螺栓实现定位的。
塑料保险杠是由外板、缓冲材料和横梁ｉ部分组 成。其中外板和缓冲材料用塑料制成，横梁用厚度为 １．５ ｍｍ左右的冷轧薄板冲压而成ｕ形槽；外板和缓 冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝连接，可 以随时拆卸下来。目前，国内的蝮料保险杠装配仍然 采用手工的方式进行，工人的劳动强度较高，生产效 率也较低下，大大地限制了此行业的发展，也不符合 现代制造业自动化、机械化的发展趋势。为了突破本 行业的发展瓶颈，本文对如何实现塑料保险杠装配自 动化装配进行如下的探索研究。
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎ西ｉ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂｕｍｐｅｒ ｏｆ ａ ｃｏｍｐａｎｙ ｃａｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｌｉｎｅ， ａ ｓｕｒｖｅｙ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｎ．ｅｎｔ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｂｕｍｐｅｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｉｎｄｕｓｔｒｙ—ｗｉｄｅ ｍａｎｕａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｑｕｏ． ＤｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅ— ｓｉｇｎ ａ ｂｕｍｐｅｒ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｌｉｎｅ ｗａｓ ｍａｄｅ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｒｅｅ’ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ｂｕｍｐｅｒ， ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒｅｅ ｐｍｄｕｃｔｓ， ｃａＬｌｃｕｌａｔｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｅａｔ ｔｉｍｉｎｇ， ｔｈｅ ｍｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｙｏｕｔ，
图７后保险杠装配树
Ｆｉｇ ７ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｔｒｅｅ ｏｆ ｒｅａｌ ｂｕｍｐｅｒ
２．２工位的确定
由２．１节可知，后保险杠的装配过程主要包括：防
擦条安装、加强筋安装、传感器安装和安电线装。为了
使各个工位的节拍尽量一致，现将传感器安装与电线安 装合并为—个工位，即有防擦条安装工位、加强筋安装
工位、雷达装置安装１＿位三个工位，再加上上料工位和
理化布置，运输装置机械结构的设计与选用，确定最终装配方案。并基于ｅＭ—Ｐｌａｎｔ软件，对装配线进行了动态仿真。
关键词：３Ｄ建模；总线设计；夹具设计；仿真优化；汽车保险杠
中图分类号：ＴＱ３２０．６６
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００５—５７７０（２００９）０４—００７６—０５
Ｓｔｕｄｙ Ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｌｉｎｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｒｅａｒ Ｂｕｍｐｅｒ ＬＩＵ Ｈａｉ－ｊｉａｎｇ， ＬＩＵ Ｙｕｎ—ｚｈｏｕ，ＬＩＡＮ Ｆｅｉ。ｙａｏ
（１）Ｕ型布局方式 柔性生产和精益生产中经 常采用的一种生产线布置方式。Ｕ型生产线布置让生 产线拐个弯，将生产线上的物品投入口和输出口放在 一个地点。相对于将物品投入口和输出口分开的直线 型生产线布置，适合于生产线较长的场合。有时将Ｕ 型生产线的首尾连在一起，成为Ｏ型生产线，进一
万方数据
由于本文研究的保险杠自动化装配工位较少，只
有上料工位、防擦条安装丁位和加强筋安装丁位等５
个工位，结合表２所列举的直线犁生产线与Ｕ型生
产线特点，比较后采用直线型布局方式（如图８），
既小需占用较大的场地空间，又能减少零部件在车间
里的移动和等待时间，大大地提高了生产效率。
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图８直线型生产线不意图
布置方式。直线型生产线是旱直线排列，以连续生产 的方式，各个生产工位都连结在一条直线上，避免了 巾断、等待现象，可以达到高效率的要求，适合于生 产线较短的场合。
表２直线捌生产线与ｕ型生产线特点比较
Ｔａｂ ２ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｉｎｅａｒ ｔｙｐｅ ｐｍｄｕｃｔ １ｉｎｅ ａｎｄ“Ｕ”ｐｍｄｕｃｔ ｌｉｎｅ
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塑料工业
ＣＨＩＮＡ ＰＬＡＳｒＩＣＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
第３７卷第４期 ２００９年４月
汽车后保险杠生产线研究
刘海江，刘云州，连飞跃 （同济大学机械工程学院，上海２０００９２）
摘要：在对某企业汽车保险杠装配生产线进行调研的基础上，针对目前国内保险杠装配行业全手工作业的现状，
开发并设计了保险杠自动化装配线，其巾包括建寺保险杠三维模型，编制产品工艺树，计算生产节拍时序，工位的合
卸料工位，一共有５个工位，安装流程如如下。
上
防擦
料
条安
工
装工
位
位
加强 筋安 装工 位
雷达
卸
装置
料
安装
工
工位
位
２．３生产线方案的确定 自动线的布局是指组成自动线的机床、辅助装置
和工件传输装置的平面和空间布置形式，它是由Ｔ件 加工工艺、工件输送方式、车间条件和生产要求所决 定的。
布局方式分为直线型、环型、Ｕ型、Ｌ字型等， 其中直线型应用最广，较为典型的布局形式是Ｕ型。 这里着重分析直线型和Ｕ型两种布局方式。
夹具的首要作用是起到定位的作用，因此无论任 何夹具，都有定位元件。当工件定位基准面的形状确
第３７卷第４期
刘海汀等：汽车后保险杠生产线研究
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定后，定位元件的结构也就基本确定了。工件在夹具 中定位后，在加工前必须将Ｔ件夹紧，以确保工件在 加工过程中不因受外力作用而破坏其定位。夹具的基 体和骨架是夹具体，通过它将夹具所有元件构成一个 整体。由于保险杠的装配比较复杂，为了提高安装效 率，本文设计了一种特殊的保险枉定位夹具。
万方数据
图１１ 后保险柯＝装配生产线模型 Ｆ远１１ Ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｒｅａｌｂｕｍｐｅｒ船ｓｅｍｂｌｙ ｌｉｎｅ
图１２防擦条装配模型
Ｆｉｇ １２ Ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｔｉ口ｆｅｎｅｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｌｉｎｅ
万方数据
第３７卷第４期
刘海江等：汽车后保险杠生产线研究
位的。其作用为：当汽车的尾部与周嗣的车辆或者墙 壁等发生接触摩擦时，由于其安装突出一定距离的特 点，它可以很好的保护保险杠不被划伤。
对实现对保险杠基架局部强度提高的目的。 （４）传感器 传感器（如图４）安装的位置为基架的内侧，大
致位于同一平面内的位置。通常后保险杠安装４个传 感器（左右侧各一个，中间两个）。传感器的作用是 当汽车尾部有障碍物时候接近的时候，传感器会把这 一信息及时向驾驶员反馈，以降低汽车尾部发生撞击 的可能性。
ｔｈｅ舰ｎｓｐｏｎ ｕｎｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ， ｄｅｔｅｒｎｌｉｎｅｄ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ鹪ｓｅｍｂｌｙ ｐｒｏｇｍｍ． Ａｎｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅＭ—Ｐｌａｎｔ．ｂａｓｅｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ， ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｌｉｎｅ ｗａｓ ｄｙｎａｍｉｃ“ｙ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｆｕｎｈｅｒ ｓｔｕｄｙ
劳动强度的目的。为了减少支撑架的重量，同时又满 足装配强度的条件下，本文采用了如图１１所示的支 撑架。
４ ｅＭ－ｐｌａｎｔ生产线仿真 ｅＭ—ｐｌａｎｔ是一款面向对象的模拟软件，用它可以
对所要模拟的对象进行全面的仿真分析，其价值就在 于能提供大量的数据与图表以供优化和分析，尤其适 用于各个相对独立、以信息建立相互联系的实体系统 中，如航窄管理系统、机械制造加工系统、以及武器 攻防对抗系统等。对于本课题『叮言，用ｅＭ—ｐｌａｎｔ能有 效地按实际生产线的生产节拍进行模拟。
ｂｕｍｐｅｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｗａｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎｉ矗ｃａｎｃｅ． ＫｅｙｗＯｒｄｓ：３ Ｄ Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｍｏｄｅｌ，Ｇｅｎｅｒａｌ Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ Ｌｉｎｅ Ｄｅｓｉｇｎ； Ｆｉｘｔｕｒｅ ＤｅｓｉｇＩｌ， Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ； Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｂｕｍｐｅｒ
（５）电线 电线（如图５）安装的位置为固定在加强筋的内 侧，沿着加强筋的方向连接到汽车尾部的电线上。其 作用为：连接传感器和汽车控制电路。 （６）保险杠总成 图６是在保险杠基架上完成以上的零件装配后的 模型。
图６夹具总成 Ｆｉｇ ６ Ｒｅａｌ ｂｕｍｐｅｒ船ｓｅｍｂｌｙ
２生产线设计 ２．１后保险杠装配工艺树
表１后保险杠零部件装配所需时间
Ｔａｂ １ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｔｉｍｅ ｆｏｒ ｒｅａｌ ｂｕｍｐｅｒ
图４传感器 Ｆｉ９４ Ｓｅｎｓｏｒ
（３）加强筋 加强筋（如图３）安装在后杠基架的内部的两 侧，由于轻量化后的保险杠不可能保证整个保险杠的 强度要求，目前的保险杠大都采用利用加强筋来实现
万方数据
通过对某企业保险杠各个装配工位的现场调研和 测算，得出了装配各个零部件时所需要的时间，如表 ｌ所示。
Ｆｉｇ ８ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｍｍ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ ｔｙｐｅ ｐｍｄｕｃｔ ｌｉｎｅ
带式输送机因其传递功率大、结构简单、维修方 便、成本低、通用Ｊ陛强等优点，被广泛地应用。但在本 文所研究的装配线中，不仅对传递要求的精度大，而且 线要求较大的长度，再者需要在传输线上安装若干夹 具，因此不适合采用带式输送机。链式输送机能够传递 较大的动力，而且传动准确，可通过简单的方法实现在 链上安装夹具，因此选用链式输送机（如图８）。 ３夹具设计
ｌ保险杠３Ｄ建模 保险杠结构较为复杂，作为一个独立的总成安装
在汽车上，它对车辆的安全防护、造型效果、空气动 力性等有着较大的影响。保险杆作为汽车车身的一个 重要部件，其作用有两方面：一是当汽车与其他车辆 或障碍物发生碰撞时，起保护翼子板、散热器和灯具 的作用；二是起装饰作用。由于保险杆具有这些功
能，国内外对它的研究十分重视，特别是轿车保险 杆，众多厂家更是追求造型优美、结构独特和由不同 材料组合而成的新型保险杆。以帕萨特为例，保险杠 后杠位于车身前端，它的结构对于整个轿车的空气动 力学性能有着重要的意义，为了最大程度的满足空气 动力学的要求，辅助提高汽车的运动学指标，保险杠 外形大都没计成复杂曲面。ＣＡＴＩＡ Ｖ５软件有着强大 的曲面造型能力，是高精度曲面建模不可或缺的重要 工具之一。以下是使用ＣＡＴＩＡ软件对保险杠后杠进 行的建模：
保险杠的水平方向的定位则是利用图ｌＯ中的挡 块实现定位的，捎块的位置左右各一个，呈曲面形 状。这样挡块即能保证实现对保险杠的水平面的定 位，也因挡块和保险杠的接触面积大，从而实现减少 两者的接触单位压力，降低发生刮伤保险杠的可能 性。由于装配线设计的地面线，为了安装的方便，减 少工人的劳动强度，我们设计了高度为１．２ ｍ的支 架，这样在安装过程中，工人就能在最适宜的高度实 现对保险杠的装配，以达到提高装配精度和减少工人
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塑料工业
２００９年
参照表１的信息制定出后保险杠装配工艺树，如 图７所示。由图可知：装配单个保险杠所需的时间为 １１０ ｓ，其中单个防擦条的安装需要５０ ｓ，是整条装配 线中耗时最久的工位。据此，确定本自动化装配线的 运动节拍为５０ ｓ。
步减少产品托板和丁夹具等的搬送。 （２）直线型布局方式 应用最广的一种生产线