基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的汽車焊裝夾具研究

徐國龍 王春雷 龔奕境 張月 張博 安南

摘 要：汽車焊裝夾具是汽車白車身加工制造時重要的固定工具，一條汽車焊裝生產(chǎn)線具有大約500套汽車焊裝夾具，價值為400萬元至1 900萬元。但隨著該車型生產(chǎn)線的淘汰，此條生產(chǎn)線上汽車焊裝夾具全部廢棄，造成了極大的浪費。本文通過分析汽車焊裝夾具的構(gòu)造原理，利用成組技術(shù)，對廢棄夾具進行重組，使之滿足用戶的使用要求，達到循環(huán)利用的目的。

關(guān)鍵詞：成組技術(shù)；二次加工；互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；循環(huán)利用

中圖分類號：TG431 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）17-0121-03

Research on Automobile Welding fixture based on Internet

XU Guolong1 WANG Chunlei1 GONG Yijing2 ZHANG Yue1 ZHANG Bo1 AN Nan1

Abstract： Automobile welding fixture is an important fixed tool in the process and manufacture of automobile outer body. An automobile welding assembly line has about 500 sets of automobile welding fixture with the value between 4 million and 19 million. However， with the elimination of the production line， all welding jigs and fixtures on this production line have been abandoned， resulting in a great waste. In this paper， by analyzing the construction principle of the welding fixture， the group technology was used to reorganize the discarded fixture so as to meet the user's requirements and achieve the purpose of recycling.

Keywords： group technology；secondary operation；internet technology；cyclic utilization

1 汽車焊裝夾具的研究背景

自進入21世紀以來，工業(yè)體系的改革步伐越來越快，新產(chǎn)品、新理念精益求精，一日千里。汽車車身是汽車的重要組成部分，是整個汽車零部件的載體。車身是具有復(fù)雜型面的殼體零件。汽車車體尺寸精度直接影響汽車的裝配質(zhì)量，而車體制造過程中的焊接裝配工藝是車體成形的關(guān)鍵，也是保證車體精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是車身系統(tǒng)工程中的一個重要組成部分。在現(xiàn)代制造業(yè)中，焊裝夾具是保證產(chǎn)品質(zhì)量、實行全面質(zhì)量管理的重要手段。在新產(chǎn)品的研制過程中，夾具對縮短研制周期也起著重要作用[1]。

隨著快速變化的全球市場及大眾消費水平的提高，近年來，對汽車的需求量一直呈現(xiàn)出穩(wěn)定上升的狀態(tài)。但目前，焊裝夾具仍然存在專用性強、設(shè)計復(fù)雜、非標工件、通用性差等缺陷。隨著車型的變換速度逐漸加快，與之對應(yīng)的焊裝夾具的淘汰率也逐年升高，不僅造成了極大的資源浪費，而且減緩了汽車行業(yè)的發(fā)展，并未起到一定的推動作用。為了解決上述幾大問題，目前，國內(nèi)外對CAFD計算機輔助夾具設(shè)計的研究已經(jīng)做了大量工作[2]。CAFD按系統(tǒng)集成模塊差異可分為：交互式夾具設(shè)計系統(tǒng)、變異式和生成式方法發(fā)展基于成組技術(shù)及知識的CAFD系統(tǒng)和基于規(guī)則、實例和智能算法的CAFD系統(tǒng)[3]。目前，主流CAFD系統(tǒng)的研究內(nèi)容包括：安裝規(guī)劃、夾具規(guī)劃、夾具構(gòu)形設(shè)計和夾具性能評價。如今，針對CAFD的研究已經(jīng)取得了一些進展，對焊裝夾具設(shè)計發(fā)展起到了巨大的推動作用。但是，其仍然不能夠很好的解決資源浪費這一大問題。在《中國制造2025》規(guī)劃中，政府明確提出了未來五大工程建設(shè)的發(fā)展目標，如圖1所示。焊裝夾具的設(shè)計與制造也面臨著一個巨大的挑戰(zhàn)，焊裝夾具向著高效化、智能化、可持續(xù)化和柔性化的方向發(fā)展成為主要趨勢[4]。

但隨著科技的高速發(fā)展，其也會帶來新的問題。隨著人們對汽車的需求增加，汽車的產(chǎn)能逐漸增大，這也就導(dǎo)致汽車生產(chǎn)企業(yè)對汽車生產(chǎn)配件的需求越來越大。汽車焊裝夾具是在汽車生產(chǎn)制造過程中對白車身進行固定并帶有定位功能的工具，因為汽車焊裝夾具極大部分為非標準件，專用性強，通用性差，設(shè)計復(fù)雜，因而，在設(shè)計制造一套滿足新車型加工要求的汽車焊裝夾具時，需要耗費巨大的人力、物力及財力，過程十分煩瑣，成本普遍偏高。此外，汽車焊裝夾具往往會隨著生產(chǎn)線的淘汰而全部廢棄，這不僅導(dǎo)致資源的浪費，還造成技術(shù)的極大浪費[5]。

2 技術(shù)流程

2.1 汽車焊裝夾具數(shù)據(jù)庫的建立

針對這一現(xiàn)象，本項目組通過對市場上的廢棄汽車焊裝夾具進行整合，統(tǒng)計收集汽車焊裝夾具信息，利用CATIA、UG等軟件對汽車焊裝夾具進行三維建模，以汽車車身上每個覆蓋件所對應(yīng)的夾具單元，根據(jù)夾具零件的種類、材質(zhì)、處理方式、實用特點和幾何特征等進行分類，并建立如表1所示的汽車焊裝夾具數(shù)據(jù)庫[6]。

2.2 汽車焊裝夾具的重組研究

近年來，國家提出了“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、循環(huán)利用及敏捷制造等政策，鼓勵各科研單位、各企業(yè)提高產(chǎn)品的利用價值，提高產(chǎn)品的加工制造質(zhì)量。本項目組基于此政策，提出利用成組技術(shù)和二次加工的方法，重新組裝滿足新型使用要求的汽車焊裝夾具，以極大提高汽車焊裝夾具的循環(huán)使用率，增加汽車焊裝夾具零件的二次利用價值，同時響應(yīng)國家倡導(dǎo)的發(fā)展智能制造、綠色發(fā)展工程建設(shè)的號召。

成組技術(shù)是一種新型的加工技術(shù)，通過把結(jié)構(gòu)、材料和工藝近似的零件組成一個零件族（組），增加其生產(chǎn)量，擴大經(jīng)濟效益，同時根據(jù)零件族（組）制定工藝進行加工，從而提高零件的利用率，減少加工時間，提高加工效率和勞動生產(chǎn)率[7]。

二次加工技術(shù)對已有的相似度極高的工藝零件進行微調(diào)整，使其滿足新型汽車焊裝夾具的工藝需求，使非標工向著標準件的方向進行，使其實現(xiàn)最大限度的循環(huán)使用。

本項目基于汽車焊裝夾具數(shù)據(jù)庫和二次加工以及成組技術(shù)的原理，根據(jù)客戶需求，通過所建的焊裝夾具數(shù)據(jù)庫，查找出符合客戶要求的最優(yōu)方案，根據(jù)在數(shù)據(jù)庫中找到的最優(yōu)方案，依據(jù)成組技術(shù)和二次加工的方法，將從夾具數(shù)據(jù)庫中挑選出的汽車焊裝夾具零件進行重組加工，使其成為滿足設(shè)計工藝需求的汽車焊裝夾具零件，具體過程如圖2所示[8]。

2.3 汽車焊裝夾具的運營分析

汽車焊裝夾具運營流程主要包括如圖3所示的幾個步驟。首先，根據(jù)圖3所示的網(wǎng)絡(luò)平臺與客戶聯(lián)系，根據(jù)客戶的需求采集信息，并將所得的汽車覆蓋件信息輸入數(shù)據(jù)庫，根據(jù)夾具的組成機構(gòu)，利用軟件數(shù)據(jù)庫篩選所需夾具，根據(jù)成組技術(shù)對焊裝夾具進行設(shè)計制造，設(shè)計完成之后交給客戶進行審核。對不能滿足加工工藝的零部件進行二次加工、改造，完成之后交給客戶進行再次審核，審核無誤后，對其進行裝配、打包和試運營。該過程中進行的數(shù)據(jù)分析、成組篩選、尋找最佳工藝、合成所需方案都將通過軟件數(shù)據(jù)庫與工作人員之間相互合作完成。

通過網(wǎng)絡(luò)運營平臺與客戶進行交流溝通，在收集各企業(yè)廢舊夾具資料、豐富數(shù)據(jù)庫的同時進行技術(shù)宣傳，利用成組快裝技術(shù)及二次加工技術(shù)確定設(shè)計方案，調(diào)用數(shù)據(jù)庫選取試用夾具，通過二次加工使其夾具更加符合工藝需求，將方案提供給客戶，符合要求后進行加工制造，成品輸出配送，并幫助客戶調(diào)試運營。

3 結(jié)語

利用成組技術(shù)、計算機編程技術(shù)等組建“智慧夾具”軟件系統(tǒng)。通過使用“智慧夾具”軟件系統(tǒng)，對廢棄夾具進行重組，使之滿足用戶的使用要求，達到循環(huán)利用的目的；與客戶產(chǎn)生供需關(guān)系，解決夾具市場過度浪費、設(shè)計周期長和制造成本高的問題，從而實現(xiàn)三方共贏。

參考文獻：

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[4]宋彩艷，寧祎，韓莉莉，等.焊裝夾具及其柔性化在工業(yè)制造中的應(yīng)用綜述[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（9）：109-111.

[5]李琦.汽車車身焊裝夾具制造過程問題分析及控制[C]//河南省汽車工程學(xué)會.第十三屆河南省汽車工程科技學(xué)術(shù)研討會論文集.河南省汽車工程學(xué)會，2016.

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[7]禹化寶.基于案例汽車焊裝夾具智能設(shè)計系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].煙臺：煙臺大學(xué)，2014.

[8]徐芹亮.基于知識的汽車焊裝夾具智能CAD推理機系統(tǒng)設(shè)計與研究[D].煙臺：煙臺大學(xué)，2007.