高曉斌，方園園，楊 榮

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

商用汽車裝配整體分為兩個(gè)大單元，一個(gè)單元為底盤裝配，另一個(gè)單元為駕駛室裝配。駕駛室裝配完成后，通過(guò)空中轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備將其轉(zhuǎn)運(yùn)至底盤線，實(shí)現(xiàn)兩大裝配單元的合一。合裝完成進(jìn)行車輛油液的裝配調(diào)試，商用車即可完成整車下線。

在駕駛室裝配單元，擋風(fēng)玻璃是駕駛室的重要組成部分。商用汽車駕駛室裝配作業(yè)中，擋風(fēng)玻璃作為駕駛室裝配作業(yè)的大型零部件，其裝配方式有兩種，一種是擋風(fēng)玻璃嵌入式密封膠條裝配，全過(guò)程人工參與作業(yè)多；另一種是擋風(fēng)玻璃整體涂膠粘接裝配，機(jī)器人抓取玻璃涂膠，機(jī)器人與虛擬制造技術(shù)（Virtual Manufacturing Techn- ology, VMT）視覺(jué)系統(tǒng)配合，視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別駕駛室，監(jiān)測(cè)膠型，滑臺(tái)識(shí)別玻璃，匹配完成進(jìn)行粘接，全過(guò)程人工參與率極低。按照公司生產(chǎn)規(guī)劃，現(xiàn)有公司主流車型的擋風(fēng)玻璃裝配以嵌入式密封膠條裝配為主，此種裝配主要是人工作業(yè)裝配，作業(yè)過(guò)程勞動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重影響員工的職業(yè)健康。亟需設(shè)計(jì)一臺(tái)輔助設(shè)備，幫助員工降低擋風(fēng)玻璃裝配過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)員工職業(yè)健康。

1 擋風(fēng)玻璃嵌入式密封膠條作業(yè)分析

擋風(fēng)玻璃裝配至駕駛室前，需先將密封膠條與擋風(fēng)玻璃合裝，此過(guò)程需要員工先將玻璃搬運(yùn)至合裝臺(tái)上。而擋風(fēng)玻璃垂直放在工位器具內(nèi)，在合裝臺(tái)上又是平面放置，員工與工位器具總作業(yè)區(qū)域是東西跨度1.8 m，南北跨度5 m（如圖1所示），因此，員工作業(yè)間距平均約為4 m，主流車型擋風(fēng)玻璃長(zhǎng)約2.5 m，寬約0.9 m，每塊重約32.8 kg，玻璃即重又大，因此必須兩名人員配合彎腰抬起玻璃90°翻轉(zhuǎn)，然后搬運(yùn)4 m才可到達(dá)合裝臺(tái)。

圖1 改善前作業(yè)區(qū)域

根據(jù)駕駛室產(chǎn)量220輛/班，兩名員工每班配合搬運(yùn)約7.2 t的擋風(fēng)玻璃，并負(fù)重行走880 m，且兩名員工每班彎腰220次。從數(shù)據(jù)看出，進(jìn)行擋風(fēng)玻璃裝配作業(yè)的員工，其勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，已嚴(yán)重影響到員工的身心健康。

2 項(xiàng)目目標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)人員的身體狀況，本次設(shè)計(jì)的輔助設(shè)備必須徹底解決擋風(fēng)玻璃彎腰作業(yè)問(wèn)題，并且有效降低員工負(fù)重行走的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 解決方案及思路

通過(guò)作業(yè)分析，駕駛室擋風(fēng)玻璃裝配的勞動(dòng)強(qiáng)度主要來(lái)源兩方面，一方面是重物搬運(yùn)；另一方面是彎腰作業(yè)。要解決此工位勞動(dòng)強(qiáng)度大，員工職業(yè)健康受損的問(wèn)題，必須從這兩方面出發(fā)進(jìn)行輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)。通過(guò)詳細(xì)分析這兩方面的內(nèi)容，開發(fā)輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)思路有三點(diǎn)，一是輔助設(shè)備設(shè)計(jì)必須模擬員工彎腰作業(yè)過(guò)程，保證擁有90°翻轉(zhuǎn)功能；二是根據(jù)擋風(fēng)玻璃在工位器具的放置狀態(tài)與在合裝臺(tái)分裝時(shí)的狀態(tài)，分析其運(yùn)行的高低差，設(shè)計(jì)的輔助設(shè)備必須擁有上升下降功能；三是玻璃工位器具與員工的作業(yè)范圍，輔助設(shè)備必須覆蓋工位器具區(qū)域，且在區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)靈活。

4 方案設(shè)計(jì)

4.1 擋風(fēng)玻璃抓取設(shè)計(jì)

根據(jù)擋風(fēng)玻璃表面光滑的特性，設(shè)計(jì)采用吸盤吸附抓取，可以高效地實(shí)現(xiàn)玻璃抓取。從安全角度出發(fā)，并結(jié)合吸盤特性，根據(jù)玻璃大小，設(shè)計(jì)吸盤四個(gè)，并設(shè)計(jì)方形框架，吸盤安裝于框架四角，框架寬500 mm，窄330 mm。為保證擋風(fēng)玻璃的抓取與轉(zhuǎn)運(yùn)安全性，從吸盤的運(yùn)行方式分析，將其組合分為兩個(gè)一組，且對(duì)角設(shè)計(jì)，控制氣路也按照兩組設(shè)計(jì)，如圖2所示，且各控制氣路均有獨(dú)立的監(jiān)控儀表，實(shí)現(xiàn)兩組吸盤獨(dú)立控制和獨(dú)立監(jiān)控。在此情況下，即使一組氣路故障，也不會(huì)發(fā)生玻璃墜落安全風(fēng)險(xiǎn)。吸附動(dòng)作的開與關(guān)依靠換向閥控制。

圖2 氣控原理圖

4.2 擋風(fēng)玻璃90°翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)

擋風(fēng)玻璃從工位器具至合裝臺(tái)，玻璃需90°翻轉(zhuǎn)，因此設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，其設(shè)計(jì)的角度必須≥90°才可滿足翻轉(zhuǎn)運(yùn)行要求。根據(jù)玻璃尺寸及翻轉(zhuǎn)角度，并保障翻轉(zhuǎn)動(dòng)作穩(wěn)定可靠，選擇缸徑 80 mm，伸縮長(zhǎng)度150 mm的氣缸進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用軟件模擬運(yùn)行機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行角度測(cè)算，如圖3、圖4所示，通過(guò)不斷地測(cè)算調(diào)整，最終選擇結(jié)構(gòu)緊湊、翻轉(zhuǎn)角度合適的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

圖3 三維翻轉(zhuǎn)測(cè)試

圖4 三維翻轉(zhuǎn)測(cè)試

4.3 擋風(fēng)玻璃轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)計(jì)

擋風(fēng)玻璃合裝臺(tái)高度800 mm，玻璃從工位器具取出后，進(jìn)行90°翻轉(zhuǎn)，然后抬高350 mm，才可以放置在合裝臺(tái)上進(jìn)行密封膠條的嵌入玻璃作業(yè)，因此，輔助設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮設(shè)備具備上升下降功能，且升降范圍大于350 mm。從設(shè)備設(shè)計(jì)的整體思路出發(fā)，為降低設(shè)計(jì)難度，輔助設(shè)備設(shè)計(jì)決定采用單一能量（壓縮空氣）作為其運(yùn)行動(dòng)力，因此升降功能實(shí)現(xiàn)優(yōu)先采用氣缸方式。根據(jù)抓取工裝的重量與擋風(fēng)玻璃的重量及大小，包括升降高度，選擇缸徑100 mm，伸縮長(zhǎng)度500 mm的氣缸。

擋風(fēng)玻璃工位器具放置位置與合裝臺(tái)空間距離為東西跨度約1.8 m，南北跨度約5 m，根據(jù)此作業(yè)范圍，決定此處設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)輕型吊車軌道結(jié)構(gòu)（兩縱一橫），縱軌跨度設(shè)計(jì)5.5 m，橫軌跨度設(shè)計(jì)2 m。其運(yùn)行范圍如圖5所示。

圖5 改善后作業(yè)區(qū)域

4.4 資源準(zhǔn)備

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，收集準(zhǔn)備資源，因?yàn)閯?chuàng)新的獨(dú)特性，資源的收集從來(lái)都是困難重重，為保證項(xiàng)目順利實(shí)施，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)技術(shù)技能優(yōu)勢(shì)，分辨并分析現(xiàn)場(chǎng)舊資源，做到項(xiàng)目不但有創(chuàng)新，而且能充分節(jié)約投入費(fèi)用。

吸盤框架采用鋁合金型材，大幅度減輕抓取工裝重量，并且鋁合金型材選用的是現(xiàn)場(chǎng)閑置的測(cè)量框架，并對(duì)材料進(jìn)行重新裁剪加工，然后拼裝完成；翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸，采用長(zhǎng)度560 mm，寬50 mm方形鋼管設(shè)計(jì)，如圖6所示；縱橫軌道采用現(xiàn)場(chǎng)報(bào)廢設(shè)備的舊資源進(jìn)行整合，在新的作業(yè)區(qū)域重新安裝軌道基礎(chǔ)，完成軌道架設(shè)；升降氣缸來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)報(bào)廢設(shè)備；氣控元件、吸盤、操作盒、翻轉(zhuǎn)氣缸及氣管路等收集路徑，主要來(lái)源于其他閑置設(shè)備與備件；本次的資源收集以舊資源為主，新投入大幅度壓縮，有效地為公司節(jié)約了投入費(fèi)用。

圖6 翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.5 方案的驗(yàn)證

資源收集到位后，利用單位特有的創(chuàng)新實(shí)踐基地對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行逐項(xiàng)驗(yàn)證，以解決設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)問(wèn)題。首先驗(yàn)證吸盤抓取功能，吸盤吸附抓取，玻璃抓取牢固可靠；其次驗(yàn)證90°翻轉(zhuǎn)功能，調(diào)整翻轉(zhuǎn)動(dòng)作和速率，保證翻轉(zhuǎn)過(guò)程穩(wěn)定安全；最后在現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證縱橫軌道空間跨距及運(yùn)行靈敏性，保證設(shè)備投入使用可有效保障作業(yè)效率，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)員工職業(yè)健康。

通過(guò)多次調(diào)整和驗(yàn)證，各項(xiàng)功能均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，滿足了現(xiàn)場(chǎng)使用標(biāo)準(zhǔn)。利用生產(chǎn)停線間隙，將驗(yàn)證完成的設(shè)備安裝至現(xiàn)場(chǎng)，并進(jìn)行最后的調(diào)試、調(diào)整。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

如圖7、圖8所示，設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試后，指導(dǎo)員工進(jìn)行設(shè)備的使用操作；從玻璃抓取、轉(zhuǎn)運(yùn)到最后的放置，均實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的應(yīng)用，無(wú)需人員進(jìn)行任何彎腰及搬運(yùn)動(dòng)作。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

圖8 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

6 效果分析

設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用后，對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行跟蹤分析，220輛/班的產(chǎn)量時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度方面，約7.2 t/班的玻璃搬運(yùn)重量直接降低為0 t，且負(fù)重行走為0 m；職業(yè)健康方面，兩人220次/班（每塊玻璃1次）的彎腰頻次減少為0次，且設(shè)備僅需1人操作，作業(yè)人員減少1名。具體對(duì)比如表1所示。

表1 改善前后對(duì)比

從上表數(shù)據(jù)可以明顯看出，員工勞動(dòng)強(qiáng)度降幅明顯，職業(yè)健康保護(hù)大幅提升，并且有效節(jié)約了人力資源。

7 總結(jié)

通過(guò)輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)用，大幅度降低了擋風(fēng)玻璃分裝作業(yè)過(guò)程的勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)了員工的職業(yè)健康，節(jié)約了人力資源。

本次創(chuàng)新項(xiàng)目的研制過(guò)程，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)多頻次深入現(xiàn)場(chǎng)，收集數(shù)據(jù)與信息，分析員工作業(yè)過(guò)程，并發(fā)揮頭腦風(fēng)暴法，制定設(shè)計(jì)方案，多思路多途徑解決難點(diǎn)與問(wèn)題，將想法最終轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，此過(guò)程極大地鍛煉了團(tuán)隊(duì)人員的技術(shù)技能水平。

創(chuàng)新成果的有效驗(yàn)證，擴(kuò)寬了團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新思 路及創(chuàng)新方法，提高了團(tuán)隊(duì)人員的創(chuàng)新信心與熱情，為以后其他類型輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)及應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。