鄧智良

（上汽通用五菱汽車股份有限公司整車制造部總裝工程科，廣西 柳州 545007）

汽車總裝工藝評審方法研究

鄧智良

（上汽通用五菱汽車股份有限公司整車制造部總裝工程科，廣西 柳州 545007）

通過七鉆問題解決流程，以FMEA（Failure Mode and EffectsAnalysis，失效模式及后果分析）作為分析問題的工具，結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)品和工藝的問題解決方案，對新產(chǎn)品設(shè)計進行工藝的虛擬評審（不經(jīng)過實車制造，通過軟件模擬工藝過程），總結(jié)出汽車總裝工藝評審的要點及工藝評審所要關(guān)注的策略；對新產(chǎn)品前期開發(fā)過程中制造要求的輸入提供指導(dǎo)，滿足設(shè)計面向制造的要求；同時也對生產(chǎn)線日常工藝維護提供指導(dǎo)，持續(xù)改進標(biāo)準(zhǔn)，不斷提升制造品質(zhì)，減少浪費。

七鉆問題解決流程；FMEA；虛擬評審；工藝評審；策略；制造要求；工藝

在以往的項目中，許多設(shè)計問題，直到產(chǎn)品制造時才被發(fā)現(xiàn)。此時再對設(shè)計進行更改，一方面影響開發(fā)進度，一方面造成設(shè)計成本增加。如果在設(shè)計階段，就能通過虛擬評審發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，預(yù)防缺陷產(chǎn)生，將對開發(fā)進度和設(shè)計成本的控制發(fā)揮積極作用。

而工藝評審過程，正是發(fā)現(xiàn)缺陷并尋求方法防止缺陷產(chǎn)生的過程。工藝評審標(biāo)準(zhǔn)越完善，設(shè)計缺陷越能及早發(fā)現(xiàn)和控制。

現(xiàn)代化工業(yè)，越來越多的制造企業(yè)開始推行豐田的精益生產(chǎn)模式，縮短開發(fā)與制造周期，控制成本，減少浪費。工藝評審標(biāo)準(zhǔn)的完善，也有助于對現(xiàn)有生產(chǎn)線的維護。

精益生產(chǎn)重點要消除的七大浪費是：過度生產(chǎn)、多余動作、物料搬運、等待浪費、庫存浪費、過多操作、返修浪費。這七大浪費工藝評審都涉及到。所以進行工藝評審無論是對設(shè)計還是對生產(chǎn)都有至關(guān)重要的作用。本文致力于工藝評審方法的研究，完善工藝評審標(biāo)準(zhǔn)。

1 評審思路和評審工具

1.1 七鉆問題解決流程

七鉆問題解決流程，是一個用于推動問題解決的標(biāo)準(zhǔn)七步法，是一個將問題不斷升級，盡可能需求資源解決問題的流程。圖1描述了七鉆流程，并描述了各個階段相關(guān)責(zé)任人。

圖1 七鉆問題解決流程

七鉆流程通常用于現(xiàn)有產(chǎn)品改進小組，但是七鉆流程同樣適用于新產(chǎn)品設(shè)計的虛擬評審。

七鉆提到了3個要素：零件、工具（要素中所提到的工具泛指生產(chǎn)所用的所有工具，包含動力工具、液體加注設(shè)備、助力設(shè)備、夾具、調(diào)整工具等等，下同）、工藝過程。

這3個要素高度概括了生產(chǎn)線生產(chǎn)崗位的工作內(nèi)容。由于缺陷發(fā)現(xiàn)自工程的最下游制造崗位，其每個要素都按工藝、產(chǎn)品要求制定了標(biāo)準(zhǔn)化制造程序，并按照標(biāo)準(zhǔn)化程序進行操作，在執(zhí)行了標(biāo)準(zhǔn)的情況下，缺陷依然產(chǎn)生了，假如零件品質(zhì)沒有問題，那么就需要分析工藝設(shè)計是否合理，或再進一步升級到產(chǎn)品設(shè)計是否合理。

正因為標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)工藝設(shè)計要求和產(chǎn)品設(shè)計要求制定的，所以對零件、工具、工藝過程這3個要素進行工藝分析，無論是對新產(chǎn)品開發(fā)，還是對現(xiàn)有工藝、產(chǎn)品的持續(xù)改進，都有重要的指導(dǎo)意義。

1.2 FMEA

FMEA是工程師整理設(shè)計（包括產(chǎn)品/工藝過程）思路、分析設(shè)計合理性的工具，在工程上FMEA又分為DFMEA（Design FailureMode and Effects Analysis，設(shè)計失效模式及后果分析）和PFMEA（Process FailureMode and Effects Analysis，過程失效模式及后果分析），工藝評審主要應(yīng)用PFMEA。

FMEA通過發(fā)現(xiàn)、評估設(shè)計中潛在的失效模式及其失效后果，找到能夠避免或減少這些潛在失效發(fā)生的措施，并總結(jié)成文件。

七鉆流程可用于現(xiàn)有產(chǎn)品改進和新產(chǎn)品虛擬評審階段，而FMEA同樣可分兩個階段分析：

（1）新產(chǎn)品項目階段。在五菱，工程上使用UG（UnigraphicsNX是Siemens PLM Software公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案）對產(chǎn)品設(shè)計的零件進行虛擬評審，分析制造過程中可能會發(fā)生的問題，并制定控制措施或反饋設(shè)計缺陷，預(yù)防缺陷產(chǎn)生；

（2）實車制造階段。對虛擬評審過程中制定的控制措施進行實車驗證；同時對實車制造過程發(fā)現(xiàn)的問題繼續(xù)進行失效模式分析，消除缺陷。

FMEA的 3個評價指標(biāo)：嚴(yán)重度（S）、頻度（O）、探測度（D）。嚴(yán)重度評價了失效模式一旦出現(xiàn)會產(chǎn)生的什么后果，頻度評價了該失效模式產(chǎn)生的幾率，探測度評價了失效模式被發(fā)現(xiàn)的可能性。圖2描述了FMEA邏輯思路。

圖2 FMEA邏輯思路

通過七鉆流程和FMEA作為工具，可在設(shè)計階段，及早發(fā)現(xiàn)缺陷，并預(yù)防缺陷發(fā)生。

2 零件、工具和工藝過程的失效模式分析

對七鉆問題解決流程中，與生產(chǎn)制造人員有關(guān)的3個要素，每步工作內(nèi)容按FMEA的邏輯思路進行失效模式分析，可總結(jié)出工藝評審的評審要點。圖3為某車型空調(diào)系統(tǒng)的爆炸圖。本文的工藝評審從空調(diào)系統(tǒng)評審展開。

圖3 空調(diào)系統(tǒng)爆炸圖

2.1 對零件及工具的失效模式分析

五菱總裝生產(chǎn)線是柔性化生產(chǎn)線，一條總裝線可兼容3～4種車型的生產(chǎn)，而且同一車型由于配置不同，對應(yīng)的零件也有所不同，很可能出現(xiàn)同一工位線旁擺放多種同一類型零件的情況，存在取錯零件的風(fēng)險。如取壓縮機的過程，有可能產(chǎn)生的多種失效模式，表1是對其中一種失效模式的分析。

表1 FMEA-取壓縮機

2.1.1 對取壓縮機過程的防錯控制

這一失效模式，是由于同一工位有多種壓縮機，并且壓縮機結(jié)構(gòu)類似，員工易取錯零件造成的。對于取錯零件，需要進行防錯控制，可采用的解決方法有：

（1）目視化防錯。將每個壓縮機的外觀特點用圖示方式明示在線旁。

（2）工位布局防錯。將各個壓縮機放到發(fā)動機分裝線不同工位裝配。

（3）排序防錯。物料與車型一一對應(yīng)，由專人按車型上線時間對對物料進行排序。

（4）掃描防錯。零件上增加條形碼，通過掃描儀掃描，匹配零件和車型，取錯零件設(shè)備報警。

（5）設(shè)計防錯。零件結(jié)構(gòu)和裝配方式完全不同，取錯零件無法裝配。

對各個防錯方式的比較見表2。

表2 防錯類型比較

從表2可以看出，從設(shè)計上防錯，是避免取錯零件最佳解決方案。但是由于策略不同，需要比較各種方案，在保證RPN<100的情況下，選出滿足產(chǎn)品、品質(zhì)、制造、成本等要求的最佳建議措施。

對于工具來說，可能存在同一工位有多種外觀類似的工具，如動力工具，每個動力工具設(shè)計的參數(shù)（如裝配扭矩）都不同，拿錯工具將直接導(dǎo)致裝配扭矩的超差；

對于工藝過程來說，可能同一個工位有類似的操作動作，例如發(fā)動機上各種傳感器的連接，同樣是3針的接口，結(jié)構(gòu)一樣，對應(yīng)接插件的結(jié)構(gòu)也一樣，則可能出現(xiàn)接頭接錯位置也能對接上的后果，導(dǎo)致發(fā)動機信號傳遞錯誤。

所以防錯考慮的不僅僅是零件拿錯這一風(fēng)險。防錯同時應(yīng)該應(yīng)用于工具、工藝過程中。

2.1.2 對取空調(diào)箱的模式分析

總裝車間零件種類與數(shù)量繁多，各種零件尺寸都不同，同時各種零件的重量也不同。從圖3的空調(diào)系統(tǒng)爆炸圖可看空調(diào)管、壓縮機、冷凝器、空調(diào)箱在尺寸上就明顯不同。表3是對取零件這一過程發(fā)生的另一種失效模式的分析。

表3 FMEA-取空調(diào)箱

圖4 取空調(diào)箱

該失效模式是由于零件的尺寸太大引起的，并且有可能該零件的凈質(zhì)量也較大，存在違反人機工程的風(fēng)險。圖4是在UG中導(dǎo)入人體模型，取空調(diào)箱這個操作的圖示。

可見空調(diào)箱體積較大，在員工拿取物料過程中，存在的人機工程問題及其他潛在風(fēng)險有：

（1）視線受阻，導(dǎo)致零件被車身或者工具劃傷；同時因流水線是流動的，由于視線受阻，員工有可能無法預(yù)知前方潛在風(fēng)險，如絆倒；

（2）假如零件過重，對員工的腰部造成損傷?？傃b生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍高一般較高，以40JPH（Jobs Per Hour，臺/h），按每個班次工作7 h算，員工每天要反復(fù)拿40×7=280件，即每天按此強度對腰部受力280次，而且生產(chǎn)節(jié)拍越高，影響越大；

（3）員工疲勞操作，導(dǎo)致裝配品質(zhì)下降。

2.1.3 對超出人機工程要求的措施

按通用汽車對人機工程的要求，雙手抓舉零件，零件重量不能超過23 kg，尺寸（長+寬+高）不能大于3000mm。在新產(chǎn)品設(shè)計時，需要對零件的拿取進行人機工程評估。一旦零件設(shè)計超出人機工程要求，可以采取的措施有：

（1）對零件進行更改。如空調(diào)箱總成由蒸發(fā)器、鼓風(fēng)機、內(nèi)外氣轉(zhuǎn)換箱等分總成構(gòu)成，可以將其拆分為2～3個部件，減小零件體積與總質(zhì)量；

（2）在流水線增加輔助工裝。如通過助力機械手取零件。

通用汽車對于生產(chǎn)制造的人機工程要求共有5大塊，此處失效模式分析只涉及到人機工程要求中的姿勢、受壓和受力這3塊。

2.2 工藝過程的失效模式分析

零件裝配到整車這一過程，正是七鉆所涉及的三要素之一：工藝過程。

對工藝過程進行失效模式分析之前，需要先清楚的，是這一工藝過程發(fā)生在生產(chǎn)線的哪個工位，因為需要清楚在這一工藝過程之前，有什么零件已經(jīng)裝到了車上。將所有零件裝配的先后順序，按工位布局進行排序，就得到了 BOP（Bill Of Process，工藝流程）。

BOP確定了零件在哪個工位裝配，零件裝配工位確定了，則裝配零件所使用工具、設(shè)備的位置也就確定了，即 BOE（Bill Of Equipment，設(shè)備清單）的確定。

對于現(xiàn)有生產(chǎn)線，新產(chǎn)品項目的BOP、BOE可以參考當(dāng)前生產(chǎn)線來設(shè)計，然后通過工藝過程分析作局部優(yōu)化；對于新設(shè)計的生產(chǎn)線或者是新改造的生產(chǎn)線，BOP、BOE則需要結(jié)合項目發(fā)布的制造策略和產(chǎn)品策略來設(shè)計。

2.2.1 與工藝評審有關(guān)的產(chǎn)品策略

下面是部分與工藝評審有關(guān)的產(chǎn)品策略，如：

（1）車身結(jié)構(gòu)。是BOF（body on frame，非承載式車身）還是BFI（Body/Frame Integral，承載式車身）。

（2）大零件的總成策略。如儀表板是總成供貨，還是在流水線分裝，后橋、前懸、副車架等底盤區(qū)域零件的總成形式，是設(shè)計成散熱器大總成，還是將總成分為散熱器、冷凝器、冷卻風(fēng)扇單獨設(shè)計等等。

（3）整車尺寸。整車長、寬、高、重量等信息。

2.2.2 與工藝評審有關(guān)的制造策略下面是部分與工藝評審有關(guān)的制造策略，如：

（1）發(fā)動機設(shè)有分裝線還是發(fā)動機總成供貨；

（2）儀表板是否設(shè)分裝線，儀表板在流水線是否是總成裝配；

（3）是否設(shè)有門分裝線；

（4）底盤是否設(shè)計為整體舉升；

（5）吊具的形式。

在該產(chǎn)品項目中，圖3所示爆炸圖中的冷凝器設(shè)計成與散熱器、冷卻風(fēng)扇構(gòu)成一個總成，簡稱散熱器大總成，見圖4。

圖4 散熱器大總成的爆炸圖與裝配圖

設(shè)計成大總成以后，零件的尺寸與凈質(zhì)量，都較單個零件大。再結(jié)合車身結(jié)構(gòu)分析，BOF的車身散熱器上橫梁設(shè)計成在總裝裝配，而BFI的車身則是散熱器下橫梁設(shè)計成在總裝裝配。根據(jù)產(chǎn)品策略和制造策略的要求，對散熱器大總成進行失效模式分析，得出其BOP較為滿足人機工程要求的布局方式為：車身為BOF（總裝裝配散熱器上橫梁），散熱器大總成應(yīng)該布局在內(nèi)飾裝配；車身為BFI（總裝裝配散熱器下橫梁），散熱器大總成應(yīng)該布局在底盤線裝配。

可見產(chǎn)品策略和制造策略，對進行工藝評審有很大的影響。需要對照具體項目的策略，分析出與工藝評審有關(guān)的信息。

產(chǎn)品策略和制造策略，直接決定了BOP、BOE的整體布局，而在BOP、BOE整體布局確定后，才能對具體零件的工藝過程作準(zhǔn)確的分析。

總裝的工藝過程多種多樣，如使用動力工具進行螺栓、螺母擰緊，使用設(shè)備實現(xiàn)液體（汽油、制動液等）加注，使用助力工裝輔助裝配等等。

工藝過程多種多樣，意味著失效模式也多種多樣。本文只分析操作空間和定位兩種失效模式。

2.2.3 裝配路徑的分析

對裝配的過程進行分解，首先需要評審零件的裝配空間，在零件裝配路徑上，空間是否足夠。對裝配路徑進行失效模式分析，失效模式通常有：

（1）裝配路徑上，周邊有別的零件干涉，或者路徑完全被其他零件擋住，操作空間不足無法安裝；

（2）操作點看不見（盲操作）。盲操作是違反人機工程要求的，因為在正常姿態(tài)下操作點不可見，操作人員有可能需要彎腰、彎手臂/手腕等等方式來進行裝配，每天高頻次的重復(fù)這些操作，必然對操作人員產(chǎn)生傷害。

另外，盲操作意味著裝配品質(zhì)不可控制，因為裝配完以后無法探測是否已經(jīng)裝配到位，也就意味著FMEA中探測度的分值很高。除了盲操作以外，裝配路徑分析中，任何違反人機工程要求的失效模式都是需要控制的。

2.2.4 對工具操作空間的分析

對工具操作空間的失效模式分析，與裝配路徑失效模式分析類似。而對于工具分析而言，除了操作空間這個與產(chǎn)品工程相關(guān)的分析以外，還有多種與制造相關(guān)失效模式需要分析與控制，如之前提到的防錯、人機工程等等。

對操作空間進行失效模式分析，如果零件間的裝配發(fā)生干涉，則可通過調(diào)整BOP，改變安裝順序解決，這同時也完成了BOP的細(xì)化；如果調(diào)整BOP也無法解決干涉問題，則需要對產(chǎn)品設(shè)計進行更改。

2.2.5 對零件緊固的分析

緊固過程中，需要分析定位策略。定位策略設(shè)計是否合理，直接關(guān)系到零件的裝配品質(zhì)與產(chǎn)品性能。在使用了“正確的零件”和“正確的工具”的前提下，按照“正確的工藝過程”進行操作，如果產(chǎn)生了零件裝配不上，或者產(chǎn)生零件之間干涉等失效模式，通常都是由于零件定位設(shè)計不合理造成的，而評審出這些失效模式最有效的辦法是，分析零件的定位方式是否唯一。

圖5描述了典型的定位策略與失效模式。

H2S（Hole To Slot）是定位策略中常用的定位方式，由一個控制4方位的基準(zhǔn)孔和一個控制2方位的長孔配合，對零件位置的唯一性進行約束，而零件的定位順序為：

4方位基準(zhǔn)孔→2方位長孔→過孔。

某些對定位要求更高的零件，還采用H2H（Hole To Hole）的定位方式，即用兩個4方位的基準(zhǔn)孔，對零件位置的唯一性進行約束。圖5也描述了定位與裝配順序失效模式，采用4個相同的過孔定位，定位方式不唯一，裝配順序也不唯一，導(dǎo)致裝配后一致性差，這樣定位出來的零件易與周邊零件干涉；而不按定位策略設(shè)計的定位順序裝配，則零件便裝不上。

通過定位策略的分析，可以得出工藝過程分析要達到一個非常重要的目的，即確保裝配方式唯一，以此確保裝配一致性。在唯一一種裝配方式下，如果零件裝配完成后發(fā)生變異（與標(biāo)準(zhǔn)不一致），零件品質(zhì)、工藝過程、產(chǎn)品設(shè)計的問題，就一目了然地暴露出來。

通過工藝過程的失效模式分析，可以得出單個零件在哪個工位裝才是最合理的，所以在所有零件完成工藝過程分析后，即可匯總出該車型完整的BOP、BOE。

3 工藝評審要點和所要關(guān)注的策略

通過七鉆問題解決流程和FMEA分析問題的思路，列舉了工藝評審中所要關(guān)注的策略，并總結(jié)出總裝工藝評審，如：

（1）防錯分析；

（2）人機工程分析；

（3）BOP分析；

（4）BOE分析；

（5）操作空間分析；

（6）定位策略分析。

這些要點根據(jù)單個操作要素失效模式分析得出，但并不意味著這些要點僅適合于某一操作要素的分析。表4列出了操作要素與工藝評審要點的關(guān)系，同時包含了操作要素與相關(guān)策略的關(guān)系。

表4 操作要素與工藝評審要點、策略的關(guān)系

可見，工藝評審的各個要點，幾乎都需要貫穿到各個要素的評審中。

4 結(jié)束語

通過七鉆流程和FMEA作為分析工具，總結(jié)出了總裝工藝評審的若干要點。由于旨在研究工藝評審方法，并且工藝評審的重點在于優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計與實現(xiàn)產(chǎn)品的制造，對于零件品質(zhì)、物流、生產(chǎn)的線平衡等制造系統(tǒng)其他相關(guān)因素未作分析，所以總結(jié)出的要點，并非代表總裝工藝評審的全部內(nèi)容。

但是，依然可以通過七鉆和FMEA，對每個生產(chǎn)工位的每個過程進行失效模式分析，完善工藝評審，得出更多工藝評審所要關(guān)注的要點，例如防劃傷、線旁布局、物流優(yōu)化等等。

將所有評審要點匯總起來，就可以形成一個完整的制造要求標(biāo)準(zhǔn)。對于新產(chǎn)品的開發(fā)，五菱已經(jīng)將更多的精力投入到前期設(shè)計中，在前期將缺陷暴露，并防止缺陷發(fā)生，避免了實車制造階段才發(fā)現(xiàn)問題，對零件的更改即影響開發(fā)進度，又增加開發(fā)成本。而工藝評審在前期設(shè)計中，對防止設(shè)計缺陷產(chǎn)生起著重要作用，需要不斷完善工藝評審標(biāo)準(zhǔn)。

[1]張根保，付興林，朱瑜慶，任顯林.汽車制造企業(yè)精益生產(chǎn)系統(tǒng)模型[J].機械工程學(xué)報，2011,46（2）:94-98.

[2]秦春清.淺談微型汽車總裝生產(chǎn)線的設(shè)計[J].裝備制造技術(shù)，2010,（4）:149-150.

[3]潘元濟.微型汽車開發(fā)的總裝制造輸入[J].裝備制造技術(shù)，2010，（12）:137-139.

Automobile General Assembly Process Review Method Study

DENG Zhi-liang
(SAIC General Motor Wuling Automobile Co.,Ltd.,Vehicle Manufacturing Department,GA Engineering Section,Liuzhou Guangxi545007,China)

This paper is made base on 7 diamonds issue resolution process,by using FMEA (Failure Mode and Effects Analysis)as analysis tool,and integrated current product and process problem solutions,with checking new product design by virtual review,summarizes the critical elements of GA process and the strategy which should be focus on during process validation.Provides Manufacture Requirement for new product development to meet with the requirement of Design For Manufactura bil ity,and directs process daily maintenance and standards continuous improvement,to enhance building quality and reduce waste.

7 diamonds;FMEA;virtual review;process review;strategy;manufacturing requirement;process

U466

B

1672-545X（2011）09-0091-05

2011-07-19

鄧智良（1981—），男,廣西梧州人，助理工程師，負(fù)責(zé)空調(diào)、電氣、發(fā)動機附件總裝工藝開發(fā)。