汽车制造企业专用工位器具总体设计
摘要：工位器具作为生产线边的重要组成，是产品件实现物流过程的载体，是产品件物流过程质量防护的重要保障，在仓库和生产车间有着广泛的应用。

随着制造业物流的发展，工位器具开始受到越来越多的重视。

针对重汽轻卡部总装车间专用工位器具，本文将从工位器具结构设计、选材标准、附件设计、投入数量等方面进行阐述，形成一套完整的工位器具总体设计思路。

关键词：专用工位器具；汽车制造；工位器具设计
一、概述
汽车制造企业生产线边零部件种类多，数量大，尺寸、形状、重量差异较大，线边物流管理需要通过合理的空间布置和工位器具设计，最大程度利用线边有限空间，实现线边物料布置的最优化。

工位器具是生产线边的重要组成，根据结构特点分为通用工位器具和专用工位器具。

本文针对专用工位器具设计思路进行阐述。

二、工位器具设计原则
1、对产品件在物流过程中起到防护作用，是工位器具设计的首要原则；
2、合理利用线边空间，最大程度满足产品件存储需求；
3、符合人体工学，操作者取件方便，减少无效动作；
4、支持目视化管理，产品件和工位器具信息一目了然；方便转运；
5、尽可能通用化，增加不同产品件使用的可能，增加供应链不同环节流通的可能；
6、工位器具外观整齐一致，保证生产现场7S水平。

三、工位器具设计步骤
（一）结构设计
要确定工位器具结构，一般分为三个步骤。

首先，确定所承载产品件的摆放方式，常见摆放方式有平铺、摞放、对扣摞放、悬挂、限位等，具体由产品件的形状、工人取件方
式、产品件是否易损等因素确定；其次确定工位器具主体框架结构，综合考虑工位器具容量、产品件大小、人体工学和线边空间，确定工位器具尺寸和结构；第三，根据产品件重量，分析工位器具每个受力点，确定工位器具细节设计，如加固、承重等。

（二）尺寸确定
工位器具尺寸有多种设定，增加工位器具时选择与实际需求相符或相近的尺寸。

长度型号优选如下系列之一：800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm，1800mm、2000mm、2200mm，尽量小于2m，宽度型号按照线边定置区域优选800mm，900mm。

工位器具高度（含轮）设定为1600mm，上下波动在10mm范围内。

特殊产品件的工位器具尺寸经管理部门、使用部门评审后可适度放宽。

（三）颜色确定
为保持外观一致性，工位器具颜色需统一，设定为福田白。

（四）材料选择
1.主框架结构材料选择
主框架结构材料根据承载产品件特性可选择金属材料和线棒。

（1）金属材料
常用金属材料有角钢、方管、圆管、钢板、圆钢等，根据材料特性，将不同规格的金属材料确定其适用的范围，得出常用金属材料选用规则，如下表所示。

常用金属材料选用规则
（2）线棒及其配件
丰田在精益生产管理中开发了线棒，实现了用标准材料制作专用工位器具。

线棒在工位器具应用中具有制作简单、改造方便、材料重复利用、无需单独防护的优点。

本厂选用线棒规格为外径30mm，壁厚1.5mm，白色。

2.防护材料
为避免产品件与铁质工位器具直接接触，与产品件接触部分的材料硬度必须比产品件表面硬度小，避免产品件表面磕碰划伤。

常见防护材料有毛毡、橡胶板、板带、帆布、海绵、塑料泡沫等，结合防护材料特性，总结出各类防护材料的选用规则如下表所示。

常用防护材料选用规则
3.附件
（1）脚轮规格选择
选择脚轮时需考虑脚轮材质、大小、承重等。

常用脚轮材质为尼龙和聚氨酯，总结其性能对比如下。

尼龙与聚氨酯性能对比
计算脚轮负荷时，采用如下方法。

算法一（一般平整水泥路面、塑胶路面）：
单个脚轮负荷＝
（满载产品件重量+工位器具重量）÷所装脚轮数量×1.2 算法二（有凹坑的路面、上下坡较多的路面）：
单个脚轮负荷＝（满载产品件重量+工位器具重量）÷3
在路面通过性一定的情况下，脚轮的选择取决于承重和产品件易损度，得出脚轮选择模型如下图所示。

脚轮选择模型
脚轮全部带制动功能，与工位器具主体之间全部采用螺栓进行螺纹连接（如下图，白色代表工位器具本体，深色代表脚轮及其支架），牵引车牵引的工位器具全部选择减震脚轮。

脚轮与工位器具连接方式图
（2）牵引钩和牵引座
牵引钩和牵引座安装于工位器具两个底盘宽度面中间位置，牵引钩与万向轮同侧，采用直径20mm圆钢，直立收起有限位不掉落；牵引座及插销与定向轮同侧，牵引座采用厚度4mm钢板，插销链条≥180mm，以插入牵引座时不拖地为上限，结构如图所示。

牵引钩规格牵引座规格
插销规格
（3）看板固定板
看板固定板焊接在工位器具左侧右上角，大小为210mm×148mm，固定板采用1.2-1.5mm厚钢板。

（4）标识牌
标识牌为塑封卡片，大小为150×90mm，固定于工位器具看板固定板左侧。

（5）护铲设在工位器具底盘长度面，规格如下。

护铲尺寸图
按叉车挑取工位器具长度面的中间位置设计，护铲统一设定在底层横梁长度面方向下侧面1/4和3/4处，护铲支架下边缘高于地面不小于30mm，如图所示。

护铲定位示意图
（6）安全插销与气弹簧
结合人体工学，当工位器具单层框架重量小15kg时，采用安全插销，插销采用直径10 mm圆钢，插销与器具接触受力部分不小于30mm，插销安装于每层右侧；当工位器具单层框架重量大于等于15kg时，采用气弹簧。

（7）铰链/合页
采用5寸不锈钢，厚度2.5mm，Φ13mm轴承。

（8）编号
专用工位器具编号格式为：部门名称-器具类别-流水号，编号喷于工位器具正面（面向生产线一侧）最上方横梁中间位置，颜色为红色。

四、工位器具投入数量计算
看板配送工位器具投入数量=每小时整车下线数×单车用量×供货时间节拍时间÷工位器具容量*M倍
M的取值根据物流配送方式确定，非周转工位器具取值1，周转工位器具≥2。

其他模式周转工位器具投入数量=线边可存放工位器具数量+N
五、工位器具设计实例
（一）结构设计
1.确定所承载产品件的摆放方式
冷凝器形状特殊，铝面极易磕碰，需盛载于专用工位器具中，尽量避免铝面与任何物体接触，考虑由两侧支架受力，支撑两侧支架，悬空铝面摆放，有下面两种摆放方式。

方式一方式二
方式三
第一种摆放方式与水平面夹角大，运输过程中产品件易倾倒，支架在左侧支撑，易往右边倾斜。

第二种摆放方式重心降低，放置较稳。

第三种摆放方式重心最低，接触面与支架形状相吻合，故采用第三种摆放。

工人采取抽拿取件方式，根据臂长和取件拿取位置，宽度取900mm，纵向摆放2件。

工人取件高度为0-1600mm，竖直方向可以放置4件。

线边空间长度为2500mm，考虑放置两个工位器具，每个工位器具长度控制在1250mm以内，根据产品件尺寸，横向可放置两排，容量为16。

2.确定工位器具主体框架结构
3.受力点分析
冷凝器两侧支架放置部位为主要受力点，下方需增加三角支架加固。

（二）尺寸确定
工位器具尺寸设定长度1200mm，宽度900mm，工位器具高度（含轮）主体结构1600mm，脚轮及支架20mm，总高度设定为1700mm，在允许范围内。

（三）颜色确定
工位器具颜色设定为福田白。

（四）材料选择
1.主框架结构材料选择
主体框架采用40×40×2mm方管，两侧支架承重部位采用40×40×4mm角钢。

2.防护材料
冷凝器与支架接触部位为两侧支架，为避免铁质之间直接接触，同时考虑产品件滑动取件时的摩擦，选用板带做防护。

同时为避免取件时与立柱磕碰，立柱内侧面均用毛毡防护。

3.脚轮规格选择
由于配送时采用牵引车牵引，根据脚轮选择模型，选用减震聚氨酯脚轮，与工位器具主体之间全部采用螺栓进行螺纹连接。

（五）工位器具投入数量计算
冷凝器工位器具为周转工位器具，投入数量为：
工位器具投入数量=线边可存放工位器具数量
+N=2+1=3
六、结束语
随着近些年国内物流的快速发展，物流在制造业中得到越来越高的重视，工位器具专业化也开始逐渐起步。

工位器具设计是一个系统工程，我们必须建立专业的标准，才有专业的执行。

设计专业化、管理规范化是我们努力的方向。