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摘 要：最近几年，交通事故频发，汽车保险杠的重要性愈加凸显，并且成为了人们关注的焦点。本文对汽车保险杠装配生产线进行了调查和研究，结合自动化技术，建立了保险杠的三维模型，通过模拟和仿真，探讨了具体的优化方案。
关键词：汽车保险杠；装配；生产线；仿真
引言：一般情况下，汽车保险杠分为三部分，外板、缓冲材料以及横梁，其中横梁的组成材料是2mm左右的冷轧薄板，形状呈U形，而外板和缓冲材料依托在横梁上成为一个整体，这一整体能够随时进行拆卸。
1.保险杠模型
在过去很长一段时间内，我国汽车保险杠装配工作仍然依靠大量的劳动力，装配效率较低，并且行业发展较慢，为了顺应时代发展的潮流，推动汽车行业的蓬勃发展，需要从保险杠模型的建立做起。不言而喻，保险杠的结构相对复杂，同时相对比较独立，作为汽车的组成部分，虽然看似微不足道，但是在安全保障方面起到的作用不容忽视。比如当汽车在行驶途中与其他车辆或者是障碍物发生碰撞、摩擦时，可以起到保护的作用，防止散热器、灯具等设备受到破坏。另外，保险杠还能起到一定的装饰作用，美化汽车的外观。总而言之，目前，国内外对于汽车保险杠的研究方兴未艾，一些汽车厂家已经开始研究新型的保险杠，试图生产出结构独特、造型精美、功能全面和作用突出的保险杠，满足人們不同的需求。但是万变不离其宗，保险杠的的结构必须满足动力学的要求，这就决定大多数保险杠的外形必须设计成曲面，而在建模的过程中，考虑到曲面的设计问题，需要使用CATIAV5软件。
具体的建模内容如下：基架是保险杠的最大部件，其他部件安装在基架的不同位置，而且与夹具的定位密不可分，如图1所示。
图 1 保险杠基架
保险杠中部配有防擦条，它是通过卡扣与基架连接在一起，主要作用是为了保护保险杠不出现划痕。比如在倒车过程中，汽车保险杠可能碰撞到墙壁，这时因为防擦条比较突出，会先接触到墙壁，从而防止保险杠进一步接触墙壁。保险杠防擦条如图2所示。
图 2 保险杠防擦条
这里还要注意下加强筋的问题，它主要安装在保险杠的两侧，能够提高保险杠的整体强度，因为保险杠轻量化是保险杠的发展趋势，所以安装加强筋逐渐成为保险杠装配和生产的主要模式，典型的加强筋如图3所示。
图 3 保险杠加强筋
至于传感器，一般而言，一个保险杠需要配备四个传感器，如图4所示。它们分布比较均匀，安装在基架的内测，从左到右按照一定的间隔排列。比如在汽车倒车过程中，如果传感器探测到障碍物距离汽车尾部较近，那么它会第一时间向驾驶员发出指示和警报[1]。
图 4 汽车保险杠传感器
除了上述设备和器件外，电线对于保险杠的重要性不言而喻，主要安装在加强筋的内测，并且与汽车头部和尾部的电线相连，这样可以起到控制电路和传感器的双重作用。汽车保险杠建模与线性规划存在一定的联系，通过图解法可知，
max F=cx（L）s.t.Ax≤b，x≥0，其中A为m×n矩阵，它的解集R={x|Ax=b，x≥0}。
2.保险杠装配生产线设计
2.1时间分配
经过分析调查和总结，发现汽车保险杠的各个部件装配时间有很大的差异，比如防擦条的装配时间较长，大概在50s左右，而加强筋的装配时间很短，只需要10s，至于传感器和电线的装配基本在15s～25s之间。但是需要注意，这些部件具有固定的装配顺序，需要严格执行，否则会出现保险杆内部结构混乱、功能缺失或者是质量低下等问题。对于单个保险杠而言，装配工作需要大概2min的时间，所以有必要研究自动化装配生产线，从而提高保险杠的装配效率。另外还要考虑生产节拍，也就是有效生产时间与客户需求数量的比值，因为不同工序的时间不同，所以节拍也会有不小的差异在，只有尽量保证节拍的均衡，这样才能达到最大的效益，自动化装配线的生产节拍公式如下：tj=60Tη/N
其中，T代表年基本工时，大概为2400h，N代表零件的年产量，本文按照120000件计算，η代表自动化装配生产线的负荷率，取值0.7，经过计算可以得出，tj=0.84分，说明生产节拍为50.4s/件。
2.2工艺流程
整体而言，汽车传感器的装配分为防擦条、加强筋、传感器和电线四部分，而传感器和电线可以按照性质合并在一起，所以重新进行组合和分配，可以将保险杠的装配工作进一步简化。具体分为上料、防擦条安装、加强筋安装、雷达装置安装、以及卸料，这5大工艺流程，基本覆盖和囊括了各大汽车制造商保险杠装配生产线的全部内容。工艺流程在编制过程中，要保证产品能够划分为不同的单元，并且个别部件的装配要与总装配进度一致，争取在一个工序内完成多项操作。
2.3方案分类
方案分类这部分内容比较复杂，重点考虑对象是自动化装配生产线的布局，包括机床、辅助装置以及传输装置的分布形式，并且受到工艺水平、运输方式以及生活环境等因素的影响。如果对装配生产线的布局方式进行细分，可以分为直线型、环形、U型以及L型等方式，其中应用范围最广和认可度最高的两种布局方式分别是直线型布局和U型布局。
U型布局适合柔性生产，并且对于产品的质量要求较高，通过在生产线上制造一个弧度较小的弯，可以让物品的投入口与输出口处于相同的位置，类似英文字母U，但是需要注意，这类生产线的长度较长，如果生产线很短，可能会造成产品的偏离。另外，如果将生产线的首尾两端进行连接，可以有效减少夹具和托板的使用和搬运，这时整个生产线相当于一个环形。
与U型布局相比，直线型布局特点鲜明，并且效率极高，通过直线排列，能够连续不间断地进行生产，这样保证了各个生产工序紧密连接，有效预防了生产线中断或者是异常等情况。结合本文研究的汽车保险杠装配情况，采用直线型生产线更加合理，因为工序较少，这种布局能节省零件的移动和等待时间，在市场化竞争如此激烈的今天，可以提高产品成型和投入市场的速度，为企业的发展提供助力和支撑。
3.夹具设计
顾名思义，夹具的作用是为了进行定位，只有当基准面的形状确定以后，定位元件的结构才能确定，而工件在夹具中定位之后，需要进行加固处理，防止工件出现偏离。一旦工件出现偏离，就需要重新进行定位，否则会引起较大的误差，降低汽车保险杠装配的质量。常见的保险杠夹具如图5所示，在工作过程中，底座固定在支撑架上，当保险杠传送到恰当的位置后，转到卡槽，使其绕着转动轴进行圆弧运动，等到卡槽与保险杠的底部接触后，调节挡板的高度，这样可以完成保险杠竖直方向的定位。但是支架结构的硬度较弱，不宜与保险杠发生剧烈接触，所以可以在夹具上固定圆形的橡胶垫，从而保证支架结构的完整。
图 5装配生产线的夹具
完成保险杠竖直方向的定位后，还需要从水平方向对其进行定位，可以使用红色的挡块，总共四个挡块，上下各两个，因为挡块和保险杠的接触面积很大，能够平均分摊接触压力，所以有效减少了保险杠出现损坏的情况。从车间生产的角度考虑，为了便于工人进行装配，在设计支架时，尽量保证高度在1.3m左右，这样可以降低劳动的强度，便于工人展开工作，但是支架的重量也要考虑在内，避免工人出现撞伤的情况[3]。
结论：综上所述，本文细致地分析了保险杠的特点，并且将传统的装配方法与自动化装配方法进行了比较，从防擦条、加强筋与雷达装置角度出发，探讨了具体的优化方法，并且通过仿真软件，得到了不错的效果，如果能够加以推广，可以产生不小的经济和社会效益，促进汽车行业的健康发展。
参考文献：
[1]史潇函. 轿车保险杠装配线改善研究[D].沈阳工业大学，2016.
[2]黄凯，廖秋慧，陈杰.汽车保险杠专用复合材料及其成型工艺研究进展[J].合成树脂及塑料，2017，34（05）：87-91.
[3]李洋，施伟辰.汽车保险杠横梁的研究与改进[J].汽车实用技术，2017（10）：164-166.
[4]车恒庆. 基于AnyLogic的保险杠生产制造仿真建模与优化研究[D].西南交通大学，2018.
关键词：汽车保险杠；装配；生产线；仿真
引言：一般情况下，汽车保险杠分为三部分，外板、缓冲材料以及横梁，其中横梁的组成材料是2mm左右的冷轧薄板，形状呈U形，而外板和缓冲材料依托在横梁上成为一个整体，这一整体能够随时进行拆卸。
1.保险杠模型
在过去很长一段时间内，我国汽车保险杠装配工作仍然依靠大量的劳动力，装配效率较低，并且行业发展较慢，为了顺应时代发展的潮流，推动汽车行业的蓬勃发展，需要从保险杠模型的建立做起。不言而喻，保险杠的结构相对复杂，同时相对比较独立，作为汽车的组成部分，虽然看似微不足道，但是在安全保障方面起到的作用不容忽视。比如当汽车在行驶途中与其他车辆或者是障碍物发生碰撞、摩擦时，可以起到保护的作用，防止散热器、灯具等设备受到破坏。另外，保险杠还能起到一定的装饰作用，美化汽车的外观。总而言之，目前，国内外对于汽车保险杠的研究方兴未艾，一些汽车厂家已经开始研究新型的保险杠，试图生产出结构独特、造型精美、功能全面和作用突出的保险杠，满足人們不同的需求。但是万变不离其宗，保险杠的的结构必须满足动力学的要求，这就决定大多数保险杠的外形必须设计成曲面，而在建模的过程中，考虑到曲面的设计问题，需要使用CATIAV5软件。
具体的建模内容如下：基架是保险杠的最大部件，其他部件安装在基架的不同位置，而且与夹具的定位密不可分，如图1所示。
图 1 保险杠基架
保险杠中部配有防擦条，它是通过卡扣与基架连接在一起，主要作用是为了保护保险杠不出现划痕。比如在倒车过程中，汽车保险杠可能碰撞到墙壁，这时因为防擦条比较突出，会先接触到墙壁，从而防止保险杠进一步接触墙壁。保险杠防擦条如图2所示。
图 2 保险杠防擦条
这里还要注意下加强筋的问题，它主要安装在保险杠的两侧，能够提高保险杠的整体强度，因为保险杠轻量化是保险杠的发展趋势，所以安装加强筋逐渐成为保险杠装配和生产的主要模式，典型的加强筋如图3所示。
图 3 保险杠加强筋
至于传感器，一般而言，一个保险杠需要配备四个传感器，如图4所示。它们分布比较均匀，安装在基架的内测，从左到右按照一定的间隔排列。比如在汽车倒车过程中，如果传感器探测到障碍物距离汽车尾部较近，那么它会第一时间向驾驶员发出指示和警报[1]。
图 4 汽车保险杠传感器
除了上述设备和器件外，电线对于保险杠的重要性不言而喻，主要安装在加强筋的内测，并且与汽车头部和尾部的电线相连，这样可以起到控制电路和传感器的双重作用。汽车保险杠建模与线性规划存在一定的联系，通过图解法可知，
max F=cx（L）s.t.Ax≤b，x≥0，其中A为m×n矩阵，它的解集R={x|Ax=b，x≥0}。
2.保险杠装配生产线设计
2.1时间分配
经过分析调查和总结，发现汽车保险杠的各个部件装配时间有很大的差异，比如防擦条的装配时间较长，大概在50s左右，而加强筋的装配时间很短，只需要10s，至于传感器和电线的装配基本在15s～25s之间。但是需要注意，这些部件具有固定的装配顺序，需要严格执行，否则会出现保险杆内部结构混乱、功能缺失或者是质量低下等问题。对于单个保险杠而言，装配工作需要大概2min的时间，所以有必要研究自动化装配生产线，从而提高保险杠的装配效率。另外还要考虑生产节拍，也就是有效生产时间与客户需求数量的比值，因为不同工序的时间不同，所以节拍也会有不小的差异在，只有尽量保证节拍的均衡，这样才能达到最大的效益，自动化装配线的生产节拍公式如下：tj=60Tη/N
其中，T代表年基本工时，大概为2400h，N代表零件的年产量，本文按照120000件计算，η代表自动化装配生产线的负荷率，取值0.7，经过计算可以得出，tj=0.84分，说明生产节拍为50.4s/件。
2.2工艺流程
整体而言，汽车传感器的装配分为防擦条、加强筋、传感器和电线四部分，而传感器和电线可以按照性质合并在一起，所以重新进行组合和分配，可以将保险杠的装配工作进一步简化。具体分为上料、防擦条安装、加强筋安装、雷达装置安装、以及卸料，这5大工艺流程，基本覆盖和囊括了各大汽车制造商保险杠装配生产线的全部内容。工艺流程在编制过程中，要保证产品能够划分为不同的单元，并且个别部件的装配要与总装配进度一致，争取在一个工序内完成多项操作。
2.3方案分类
方案分类这部分内容比较复杂，重点考虑对象是自动化装配生产线的布局，包括机床、辅助装置以及传输装置的分布形式，并且受到工艺水平、运输方式以及生活环境等因素的影响。如果对装配生产线的布局方式进行细分，可以分为直线型、环形、U型以及L型等方式，其中应用范围最广和认可度最高的两种布局方式分别是直线型布局和U型布局。
U型布局适合柔性生产，并且对于产品的质量要求较高，通过在生产线上制造一个弧度较小的弯，可以让物品的投入口与输出口处于相同的位置，类似英文字母U，但是需要注意，这类生产线的长度较长，如果生产线很短，可能会造成产品的偏离。另外，如果将生产线的首尾两端进行连接，可以有效减少夹具和托板的使用和搬运，这时整个生产线相当于一个环形。
与U型布局相比，直线型布局特点鲜明，并且效率极高，通过直线排列，能够连续不间断地进行生产，这样保证了各个生产工序紧密连接，有效预防了生产线中断或者是异常等情况。结合本文研究的汽车保险杠装配情况，采用直线型生产线更加合理，因为工序较少，这种布局能节省零件的移动和等待时间，在市场化竞争如此激烈的今天，可以提高产品成型和投入市场的速度，为企业的发展提供助力和支撑。
3.夹具设计
顾名思义，夹具的作用是为了进行定位，只有当基准面的形状确定以后，定位元件的结构才能确定，而工件在夹具中定位之后，需要进行加固处理，防止工件出现偏离。一旦工件出现偏离，就需要重新进行定位，否则会引起较大的误差，降低汽车保险杠装配的质量。常见的保险杠夹具如图5所示，在工作过程中，底座固定在支撑架上，当保险杠传送到恰当的位置后，转到卡槽，使其绕着转动轴进行圆弧运动，等到卡槽与保险杠的底部接触后，调节挡板的高度，这样可以完成保险杠竖直方向的定位。但是支架结构的硬度较弱，不宜与保险杠发生剧烈接触，所以可以在夹具上固定圆形的橡胶垫，从而保证支架结构的完整。
图 5装配生产线的夹具
完成保险杠竖直方向的定位后，还需要从水平方向对其进行定位，可以使用红色的挡块，总共四个挡块，上下各两个，因为挡块和保险杠的接触面积很大，能够平均分摊接触压力，所以有效减少了保险杠出现损坏的情况。从车间生产的角度考虑，为了便于工人进行装配，在设计支架时，尽量保证高度在1.3m左右，这样可以降低劳动的强度，便于工人展开工作，但是支架的重量也要考虑在内，避免工人出现撞伤的情况[3]。
结论：综上所述，本文细致地分析了保险杠的特点，并且将传统的装配方法与自动化装配方法进行了比较，从防擦条、加强筋与雷达装置角度出发，探讨了具体的优化方法，并且通过仿真软件，得到了不错的效果，如果能够加以推广，可以产生不小的经济和社会效益，促进汽车行业的健康发展。
参考文献：
[1]史潇函. 轿车保险杠装配线改善研究[D].沈阳工业大学，2016.
[2]黄凯，廖秋慧，陈杰.汽车保险杠专用复合材料及其成型工艺研究进展[J].合成树脂及塑料，2017，34（05）：87-91.
[3]李洋，施伟辰.汽车保险杠横梁的研究与改进[J].汽车实用技术，2017（10）：164-166.
[4]车恒庆. 基于AnyLogic的保险杠生产制造仿真建模与优化研究[D].西南交通大学，2018.