塑料工业
・７６・
ＣＨＩＮＡＰＬＡＳｒＩＣＳＩＮＤＵＳＴＲＹ
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
ｔｈｅＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＬｉｎｅｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＲｅａｒＢｕｍｐｅｒ
ＬＩＵ
Ｈａｉ－ｊｉａｎｇ，ＬＩＵＹｕｎ—ｚｈｏｕ，ＬＩＡＮＦｅｉ。ｙａｏ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎ西ｉｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）
ａ
ｔｈｅｂｕｍｐｅｒｏｆ
ｃｏｍｐａｎｙ
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ａｓｓｅｍｂｌｙｌｉｎｅ，
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ｖｉｅｗｏｆｔｈｅｃｕｎ．ｅｎｔｄｏｍｅｓｔｉｃｂｕｍｐｅｒｓｉｇｎ
ａ
ａｓｓｅｍｂｌｙｉｎｄｕｓｔｒｙ—ｗｉｄｅｍａｎｕａｌｏｆｔｈｅｓｔａｔｕｓｑｕｏ．
ＤｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｄｅ—
ｂｕｍｐｅｒａｕｔｏｍａｔｅｄａｓｓｅｍｂｌｙｌｉｎｅｗａｓｍａｄｅ，
ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｔｒｅｅｐｍｄｕｃｔｓ，
ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｔｈｒｅｅ’ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ
ｔｈｅｍｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌａｙｏｕｔ，
ｂｕｍｐｅｒ，
ｃａＬｌｃｕｌａｔｅｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｂｅａｔｔｉｍｉｎｇ，
ｔｈｅ舰ｎｓｐｏｎ
Ａｎｄｂａｓｅｄ
ｕｎｉｔｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｅＭ—Ｐｌａｎｔ．ｂａｓｅｄｓｏｆｔｗａｒｅ，
ｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙｌｉｎｅｗａｓ
ｄｅｔｅｒｎｌｉｎｅｄｔｈｅ
ｆｉｎａｌ鹪ｓｅｍｂｌｙ
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ｄｙｎａｍｉｃ“ｙｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｆｕｎｈｅｒｓｔｕｄｙ
ｂｕｍｐｅｒａｓｓｅｍｂｌｙｗａｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎｉ矗ｃａｎｃｅ．
ＫｅｙｗＯｒｄｓ：３ＤＥｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇＭｏｄｅｌ，ＧｅｎｅｒａｌＡｓｓｅｍｂｌｉｎｇＬｉｎｅＤｅｓｉｇｎ；
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；
ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＢｕｍｐｅｒ
ＦｉｘｔｕｒｅＤｅｓｉｇＩｌ，
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄ
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
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。ＣＡＴＩＡＶ５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：
（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
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。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
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＠ｍａｉＬｔｏｎ百ｉ．ｅｄ叱ｃｎ
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。
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。
（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
Ｆｉｇ６
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
Ｔａｂ１
ａｓｓｅｍｂｌｙｔｉｍｅｆｏｒｒｅａｌｂｕｍｐｅｒ
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。
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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５０ｓ，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。
图７后保险杠装配树
Ｆｉｇ７
Ａｓｓｅｍｂｌｙ
ｔｒｅｅ
ｏｆｒｅａｌｂｕｍｐｅｒ
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，再加上上料工位和卸料工位，一共有５个工位，安装流程如如下。
上防擦加强雷达卸料条安筋安装置料工装工装工安装工位
位
位
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。
（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
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
Ｔａｂ２
Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｌｉｎｅａｒｔｙｐｅｐｍｄｕｃｔ１ｉｎｅａｎｄ“Ｕ”ｐｍｄｕｃｔｌｉｎｅ
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
Ｆｉｇ８
Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｍｍｏｆｌｉｎｅａｒｔｙｐｅｐｍｄｕｃｔｌｉｎｅ
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
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
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。
图９夹具图
Ｆｉ９９
Ｆｉｘｔｕｒｅ
图ｌＯ夹具系统总图
Ｆｉｇ１０
Ｔｏｔａｌｇｍｐｈｏｆｆｉｘｔｕ№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。
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１．２ｍ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
万
方数据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。
图１１
后保险柯＝装配生产线模型
Ｆ远１１
Ｍｏｄｅｌｏｆ
ｒｅａｌｂｕｍｐｅｒ船ｓｅｍｂｌｙｌｉｎｅ
图１２防擦条装配模型
Ｆｉｇ１２
Ｍｏｄｅｌｏｆｓｔｉ口ｆｅｎｅｒａｓｓｅｍｂｌｙｌｉｎｅ
这条自动化装配线中，工位１和工位５是用于上料和卸料的，下位２、３、４依次为保险杠防擦条、加强筋、雷达装置的安装工位，其中２、３、４的编程原理相同。这里以防擦条安装工位的编程为例进行介绍。防擦条安装模型如图１２所示。
当丁位２有从工位１传来的工件并且缓存区ｌ上有零件ｌ（防擦条）时，执行将零件１安装到保险杠基体上的命令。这样，防擦条被安装到基体上，安装后的基体移动到下一个工位进行下一步安装，直到ｔ
位５时卸下，如此循环进行。
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塑料工业
２００９年
Ｍｅｔｈｏｄｌ与工位２的关联以及运动节拍的设定分
别如图１３、图１４所示。
险杠的零件零件结构，给出了科学合理的装配工艺流程和生产节拍，通过对各个工位之间的节拍等要素进行合理分析和分配，设计出实现保险杠自动化装配的生产线。利用仿真软件建立了直线型装配生产线的动态仿真模型，从系统仿真学学的角度论证了课题的可行性，对保险杠生产线进一步的研究具有一定意义。
参考文献
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图１３
Ｆｉｇ１３
Ｍｅｔｈｏｄｌ与工位２的关联图
［Ｍ］．北京：中国青年出版社，２００８．
［２］盛选禹。，唐守琴．ＣＡＴｌＡ有限元分析命令详解与实例
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［４］宋晓琳．汽车车身制造工艺学［Ｍ］．北京：北京理工大
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［５］天津电仪职大．自动生产线技术［Ｍ］．北京：电子工业
出版社，１９９５．［６］
０ＨＡＴＡ
Ｔ，
ＮＡＫＡＭＡｃＨＩ
Ｅ．
Ａｓ８０ｃｉａｔｉｏｎｏｆｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ２ａｎｄＭｅｔｈｏｄｌ
Ｄｅｖｅｌ叩ｍｅｎｔｏｆ叩ｔｉｍｕｍ
Ｍａｔｅｒ
图１４运动节拍的设定
Ｆｉｇ１４
Ｓｅｔｔｉｎｇｏｆｍｏｔｉｏｎｂｅａｔ
ｐｒｏｃｅｓｓｄｅｓｉｇｎｓｙｓｔｅｍ
ｂｙ肌ｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕＩａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ
ＰｒｏｃＴｅｃｈｎｏｌ，１９９６，６０：５４３—５７８．
［７］ＢＡＬＤｗＩＮ
５
ＤＦ，ＡＢＥＬＬＴＥ，ＬｕｌＭ，ｅｔａ１．Ａｎｉｎｔｅｇｐ阻ｔｅｄａｉｄ
ｆｏｒ
ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ
ａｎｄ
ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ
舾ｓｅｍｂｌｙ
ｓｅ—
总结
分析了保险杠的机构特点，结合目前手工装配
ｃｏｍＰｕｌｅｒ
ｑｕｅｎｃｅｓｆｏｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｍｄｕｃｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｍｎｓＲｏｂｏｔｉｃ８，
的方法，考虑到保险杠特殊装配技术要求，将生产线技术应用于保险杠的装配，并全面分析熟悉了保
１９９１，７（１）：７８—８９．
（本文于２００９一０１—１２收到）
晨光院推出两项自主新工艺
晨光化工研究院八氟戊醇和高氟含量氟橡胶的研制两项成果已通过了四川省科技厅组织的专家鉴定。
专家组对两项成果均给予了高度评价。认为八氟戊醇研制项目自主研发了高效复合调聚引发剂，建立了单体组分和引发剂动态补给体系，八氟戊醇收率提高到８０％以上。该院自主设计的特殊结构的调聚反应器设备传质、传热效率高；开发的预处理工艺有效去除了粗产物中的有害杂质，简化了产品的提纯Ｔ艺，降低了消耗和“三废”处理难度。产品的主要质量指标达到国外同类产品水平，整体ｔ艺技术具有创新性。产品的主要质量指标达到国外同类产品水平，整体工艺技术具有创新性。
高氟含量氟橡胶研制项目自主研发的高氟含量氟橡胶由
ＶＤＦ、ＨＦＰ、ＴＦＥ
ｉ种单体共聚而成，氟含量达到６８．５％一
７ｌ％，具有优异的耐油和耐溶剂性能。该院自主设计的翅管冷却夹套和薄壳结构高压反应釜，首次采用符合该三元共聚体系的特殊锚式搅拌方式和数学模型Ｄｃｓ控制系统，提高了传质、传热效率；通过对聚合和后处理工艺条件的优化，实现了对摩尔质量大小及其分布、链端结构的控制，保证了聚合物结构的均匀性。此外，科研人员通过改进硫化配方，有效地改进了橡胶的硫化活性，提高了硫化速度，产品加工性能良好，其主要质量指标达到国外同类产品水平。项目已申请国家发明专利ｌ项。项目已申请国家发明专利１项。
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万方数据