简易风挡玻璃辅助工装设计研究
刘洋 赵旭磊
摘 要：汽车行业是国家重点支持产业之一，装配工艺应用广泛。为之服务的辅助装配技术在实际生产过程中应用广泛，不但可以有效节省人力、预防职业病，还可以通过降低劳动强度来提升装配质量。本文主要研究总装车间装配重点工艺之一的玻璃装配是如何实现低成本半自动化的，不但能改善人机工程，而且有效节省步行时间。
关键词：总装车间生产线 助力机械手 自动随行 控制按钮 吸盘
Research on Design of Auxiliary Tools for Simple Windshield
Liu Yang Zhao Xulei
Abstract：The automobile industry is one of the key industries supported by the state， and assembly processes are widely used. The auxiliary assembly technology that serves it is widely used in the actual production process， which can not only effectively save manpower and prevent occupational diseases， but also improve assembly quality by reducing labor intensity. This article mainly studies how to realize low-cost semi-automation of glass assembly， which is one of the key assembly processes in the final assembly shop， which not only improves ergonomics， but also effectively saves walking time.
Key words：assembly shop production line， power-assisted manipulator， automatic accompany， control button， suction cup
1 引言
總装车间生产线辅助助力装备设计要求员工可以操作简单、符合低成本原则、满足不同车兼容性条件、以及保证后续具备可拓展性。目前，前挡风玻璃装配的方式，主要有3个问题：1.2名员工人工手拿吸盘配合装配时，手动吸盘吸紧力不够牢固易松脱;2.前挡风玻璃重量基本上都超过14kg，同时玻璃打胶机对侧员工需要上下踏台走到车身另一侧，与另一名员工配合取料装配，步行过程中存在步行时间浪费与安全隐患;3.该装配方式劳动强度大，不利于装配效率的提高。为提高员工装配效率，降低员工劳动强度，同时提高现场装配工艺质量，本次研究参照现有的辅助助力装备进行设计，符合本公司现场使用的汽车装配工艺装备通用使用要求。
2 基础分析
2.1 总装车间生产现状概述
总装生产线全部车型的前挡风玻璃的自重≥14kg，装配时，依据整车高度，需要将挡风玻璃提升距离地面1300～1900mm的高度进行装配。目前总装生产线前挡风玻璃使用的装配方法，以员工配合人工搬运为主，这种已是比较旧的作业方式，员工都需弯腰将每块玻璃搬起来，两侧员工同时抬起或放入玻璃安装框中来完成装配动作。此种方式，不但体力消耗大，而且因长期和高频次弯腰施加重力，会造成操作者的腰部损伤。此外，挡风玻璃装配到车身部位时，由于工艺要求，需要2名操作工配合完成，员工跨越踏台时存在绊倒的安全风险，而且手动吸盘吸附重物的可靠性不高，玻璃掉落风险较高。
3 设计原理及结构分析
3.1 设计方案
结合助力机械手配置功能齐全，可以完全适应工作场所和零件设计的要求，不仅可以顺利地完成给定产品的装配任务，还可以完成工作范围内的各种不同规格的产品装配任务。根据目前总装生产线装配前挡风玻璃的运行模式和工艺要求，采取安装半自动助力机械手，机械手具有自动移行，自动返回等功能，配有储气罐、常开式真空发生器，可在断气情况下继续使用一个循环，同时可以报警提醒操作者。配合非标夹具，助力机械手可以起吊各种形式的工件。以下是机械手设计方案，本文统称为助力工装。总装生产线前挡风玻璃助力工装设计方案如下图所示。
3.2 助力工装结构
助力工装主要由玻璃吸附机构、轨道系统、随行机构、工装升降机构、扶手、把手、控制按钮、吸盘等部件组成，玻璃吸附机构通过感应开关使各吸盘产生吸力，吸附好后原地等待，员工观察车辆进入工位后按按钮确认，玻璃吸附机构自动移栽到车辆中心上方，方便员工安装挡风玻璃。工装升降机构使用平衡吊加吊带吊挂方便员工操作，员工可利用手柄将挡风玻璃翻转至安装角度，按下抓取手柄上的释放按钮，将吸盘与玻璃脱离，按上升按键使工装恢复原位，工装恢复原位后自动返回到取料位，整个装配过程无需2名员工配合拿取玻璃，也不需要弯腰拿取重物，更不需要操作人员跨越流水线踏台。该工装的结构充分考虑到了使用气动吸盘比手动吸盘可靠，降低了零件掉落风险。玻璃吸附机构及随行系统如下图所示。
4 实施与验证
4.1 助力工装实施情况
该助力工装安装于总装生产线前挡风玻璃装配工位，启用后优化和消除了提取15kg重量的前挡玻璃需要8s的步行时间，解决员工操作上下踏台的问题，降低了员工的换岗及离职率，节约成本合计6.8万元/年，达到了生产节拍要求和提高了工作效率。设计考虑了现有空间和满足操作工艺布置要求，使用轻型滑轨及平衡吊加吊带吊挂更轻便、更容易操作。助力工装造价低，使用和维护简单，使用电动控制升降更精确、节约能耗、操作更安全、运行和维护成本低。自主设计的前挡风玻璃装配助力工装使用效果较好，短期内可直接推广运用到前挡风玻璃分装工位上使用。助力工装的设计要点：操作轻便、滑动灵活、操作活动空间满足工艺布置要求且安全可靠，能消除人机工程伤害，能够满足不同车型的生产节拍要求，提高了装配效率。
4.2 助力工裝效果验证
使用助力工装装配，无需员工拿取挡风玻璃，操作方便，无需弯腰，消除弯腰伤害，增加了生产安全系数，同时节约了两名员工的操作时间。（1）有效地解决了总装生产线装配前挡风玻璃拿取大件重物料人机工程问题，提高了员工装配效率。（2）杜绝了因手动吸盘吸力不够和配合拿取物料行走而造成安全事故的风险。
5 助力工装技术要求
5.1 设备主要性能及参数
该设备采用平衡吊加吊带吊装机构，并装备有前风挡取料专用吊具，用于前风挡取料的助力工作。该设备可以兼容不同重量的工件，只要在平衡吊额定负载范围内，均可适应平衡;系统具有全程平衡、运动平滑、操作灵活等特点，方便安装和定位;系统配有安全保护阀组，具有失气保护功能，当主供气源失气时，储气罐可以保证完成一个操作流程;使用常开式真空发生器，当停电时保持玻璃的吸附功能，保证玻璃不会掉落。
5.2 设备操作及使用方法
（1）助力机械手将风挡玻璃从涂胶系统下料台自动取下等待。（2）员工观察车辆进入工位后按按钮将玻璃移栽到车辆前部中心上方等待。（3）车辆进入装配位后员工按按钮使助力机械手自动随行。（4）员工到位准备好后按按钮将工装释放，两侧员工操作把手将玻璃安装到位。（5）玻璃安装到位后员工按按钮将真空吸盘吹气释放，释放完成后工装自动上升，恢复原位。（6）工装恢复原位后助力机械手自动返回到取件位等待下一次工作。
5.3 设备操作安全规则
（1）培训和操作等，仅允许在安全的情况下进行。（2）仅允许在操作人员身体状态良好的情况下操纵本设备。（3）当有写“请勿使用”的标牌挂在设备上或控制器上时，请不要使用本系统。（4）每次使用前，检查设备有无磨损或损伤。不要使用已检测出有严重磨损及损伤的系统。（6）不要使用扭曲、纠结或已损伤的吊带。（7）不要用本设备处理重量超出本系统额定载荷的重物（其额定载荷请参照设备铭牌）。（8）在操作本设备时，应时刻注意观察工件。（9）确定在工件移动的通路上无人，并且不要在任何人的上方提升负载。（10）不要使用本设备升降人员，不允许任何人悬挂在负载上。
6 结语
助力工装以其“平衡重力”使得运动平滑，操作省力、简单，装配方便、快捷，定位准确，减轻了员工的劳动强度，提高了工作效率。本次设计的助力工装使用于重量物件吊举、转运、搬运操作，符合人机工程学，操作灵活、体积小，达到安全和高效工作的目的。可推广在不同汽车制造商总装生产线操作岗位上使用。