安南 于東林 龔奕境 李聰 張博 徐國(guó)龍

摘 要：科技的高速發(fā)展通常會(huì)帶來一定的技術(shù)問題。在汽車生產(chǎn)制造過程中，汽車焊裝夾具大多隨著生產(chǎn)線的淘汰而全部廢棄。這一問題對(duì)國(guó)內(nèi)甚至是國(guó)際上各汽車生產(chǎn)單位來說十分普遍，且早已習(xí)以為常，但這造成了極大的浪費(fèi)。針對(duì)這一現(xiàn)象，將汽車車身常用焊裝夾具按使用類別及工作方式進(jìn)行劃分，詳細(xì)標(biāo)記定位每一個(gè)具體零件，利用CATIA、UG等軟件對(duì)其進(jìn)行三維建模并對(duì)焊裝件分類、匯總，建立數(shù)據(jù)庫(kù)。本文對(duì)成組快裝焊裝夾具數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、成組技術(shù)、成組快裝設(shè)計(jì)要求等方面進(jìn)行介紹，并對(duì)焊裝夾具成組快裝技術(shù)應(yīng)用價(jià)值及市場(chǎng)價(jià)值進(jìn)行分析，解決了夾具市場(chǎng)中閑置夾具過度浪費(fèi)、制造周期長(zhǎng)和成本高的問題。

關(guān)鍵詞：焊裝夾具；數(shù)據(jù)庫(kù)；成組技術(shù)；重組快裝

中圖分類號(hào)：U468.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）17-0083-03

Research on Group Utilization of Automobile

Welding Ffixture Based on Big Data

AN Nan1 YU Donglin1 GONG Yijing2 LI Cong1 ZHANG Bo1 XU Guolong1

Abstract： The rapid development of science and technology usually brings some technical problems. In the manufacturing process of automobile， most of the welding jigs and fixtures are abandoned with the elimination of the production line. This problem is very common for domestic and even international automobile production units， and has been used to it， but it has caused a great deal of waste. In view of this phenomenon， the commonly used welding fixtures in automobile body were divided according to the use category and working mode， and each specific part was marked and located in detail. The 3D modeling was carried out by using CATIA and UG software， and the welding parts were classified and summarized， and the database was set up. In this paper， the establishment of group fast loading welding fixture database， group technology， group fast loading design requirements and other aspects were introduced， and the application value and market value of fast loading technology of welding fixture group were analyzed， which solved the problem of excessive waste， long cycle time and high cost in fixture market.

Keywords： welding fixture；data base；group technology；recombination quick loading

從整體上來看，汽車焊接夾具通用性差，專用性強(qiáng)，幾乎每套夾具都有不同的形狀、不同的結(jié)構(gòu)，屬于非標(biāo)準(zhǔn)工裝。一條自動(dòng)化程度較高的焊裝線，其夾具數(shù)量通常有近千套。因此，焊裝夾具的設(shè)計(jì)工作量相當(dāng)大，設(shè)計(jì)精度也不好把握。但是，從焊裝夾具的整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，車身焊裝夾具體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀各異。為了便于制造、裝配、檢測(cè)和維修，必須對(duì)夾具的各個(gè)組成結(jié)構(gòu)按類別進(jìn)行分解，分解之后夾具的每類零件具有一定的相似性，從結(jié)構(gòu)上分析幾乎都是一樣的，只是在尺寸上有所差異。因此，在設(shè)計(jì)焊裝夾具時(shí)，按每類零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、分類與成組，會(huì)起到事半功倍的快裝效果。焊裝夾具的這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了采用參數(shù)化、模塊化、通用化的設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)焊裝夾具具有可行性[1]。

1 成組快裝焊裝夾具數(shù)據(jù)庫(kù)

對(duì)汽車焊裝夾具的各單元及單元內(nèi)每個(gè)零件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，構(gòu)建各個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)[2]：①利用CATIA（見圖1）、UG軟件將夾具組件分類、匯總，建立數(shù)據(jù)庫(kù)；②焊裝夾具參數(shù)化分類及數(shù)據(jù)庫(kù)建立；③焊接夾具模塊建庫(kù)、成組建庫(kù)；④焊接夾具通用化與系列化建庫(kù)，非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與選用；⑤汽車車身焊接工藝性分析與評(píng)價(jià)，夾具裝配與檢測(cè)評(píng)價(jià)。建立的數(shù)據(jù)庫(kù)如圖2所示。圖3為軟件系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用邏輯框圖。

2 成組技術(shù)與重組技術(shù)

2.1 成組技術(shù)快裝設(shè)計(jì)

成組技術(shù)原意是“將工程技術(shù)與管理技術(shù)集于一體的生產(chǎn)組織管理方法”。其利用產(chǎn)品零件間的相似性對(duì)零件進(jìn)行分類成組，然后根據(jù)每組零件所特有的相似特征為同組零件找出相對(duì)統(tǒng)一的最佳處理方法，從而在基本不改變?cè)泄に嚭驮O(shè)備的條件下，達(dá)到提高效率、節(jié)省資源、降低生產(chǎn)成本的目的。該設(shè)計(jì)方法是通過成組技術(shù)的編碼系統(tǒng)，對(duì)夾具庫(kù)中原有的相似夾具單元進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而適應(yīng)新的工作加工要求。若無法選擇相似夾具時(shí)，就可以使用生成式夾具設(shè)計(jì)方法，產(chǎn)生新的夾具設(shè)計(jì)方案，將新產(chǎn)生的夾具編碼添加到夾具庫(kù)中，對(duì)夾具庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)充，為下次設(shè)計(jì)作參考用[3，4]。

圖4是對(duì)不同類型的數(shù)模進(jìn)行成組快裝，原有夾具零件總數(shù)（圖中藍(lán)線）與成組快裝后新夾具插入的已有零件總數(shù)（圖中紅線）對(duì)比曲線。從圖4中可以得出，新舊兩種夾具在零件的應(yīng)用上具有一定的通用性和相似性。

2.2 成組可重構(gòu)快裝設(shè)計(jì)

可重構(gòu)制造焊裝夾具是按系統(tǒng)規(guī)劃重排、重復(fù)利用、更新模塊或零部件的方式，快速調(diào)整制造過程、制造功能和制造能力的新型制造方式。此方法對(duì)不滿足重組的閑置夾具組件進(jìn)行二次加工再造。與傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)相比，采用可重構(gòu)制造系統(tǒng)的企業(yè)可隨時(shí)根據(jù)產(chǎn)品的變化，由產(chǎn)品工藝過程變化驅(qū)動(dòng)、快速進(jìn)行組態(tài)規(guī)劃和重構(gòu)。焊裝夾具結(jié)構(gòu)可重構(gòu)化設(shè)計(jì)是將焊裝夾具中普遍具有不同功能的元件，如定位塊、壓塊、連接板、轉(zhuǎn)臂和支架等抽出來，預(yù)先設(shè)計(jì)成通用的一系列標(biāo)準(zhǔn)化元部件。在重構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者根據(jù)需要調(diào)用這些元部件，任意組合構(gòu)成一套夾具[5]。

對(duì)焊裝夾具零部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化是該設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵[6]。夾具重構(gòu)設(shè)計(jì)主要靠設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和組合水平，汽車焊裝夾具的重構(gòu)可分為3個(gè)步驟：夾具方案設(shè)計(jì)；夾具單元設(shè)計(jì)；夾具裝配與檢測(cè)評(píng)價(jià)。圖5為成組可重構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

3 成組快裝焊裝夾具設(shè)計(jì)要求

①焊裝夾具必須保證焊件焊接后能獲得正確的幾何形狀和尺寸，尤其要保證車身上門窗等孔洞的尺寸和形狀[7]。在裝配時(shí)，夾具能夠使被裝配的元件獲得正確的位置和可靠的夾緊，并且在焊接時(shí)能阻止焊件產(chǎn)生變形。

②焊裝夾具應(yīng)動(dòng)作迅速，操作方便。操作位置要處于人工容易接近、最宜操作的部位。特別是手動(dòng)夾具，其操作力不能過大，操作頻率不能過高，操作高度應(yīng)設(shè)在工人容易用力的部位。當(dāng)夾具處于夾緊狀態(tài)時(shí)，應(yīng)能自鎖。

③焊裝夾具的設(shè)置應(yīng)便于施工，有足夠的裝配、焊接空間，不能影響焊接操作和焊工觀察，不妨礙焊件的裝卸。所有定位元件和夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)與焊點(diǎn)保持適當(dāng)距離，或布置在焊件的下方，或布置在焊件的側(cè)面。夾緊機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件應(yīng)能夠伸縮或轉(zhuǎn)位。

④夾緊可靠，剛性適當(dāng)。夾緊時(shí)不破壞焊件的定位位置和幾何形狀及焊件的表面質(zhì)量。夾緊力適當(dāng)，使夾緊后既不使焊件松動(dòng)滑移，又不使焊件的拘束度過大而產(chǎn)生較大的應(yīng)力。

⑤為了保證使用安全，應(yīng)設(shè)置必要的安全互鎖保護(hù)裝置。

⑥用于大型零件焊接的夾具，要有足夠的強(qiáng)度和剛度，特別是夾具體的剛度，對(duì)結(jié)構(gòu)的形狀精度、尺寸精度影響較大。

⑦在同一個(gè)夾具上，定位元件和夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式不宜過多，并且盡量只選用一種動(dòng)力源。

⑧焊裝夾具本身應(yīng)具有較好的制造工藝性和較高的機(jī)械效率，盡量使制作時(shí)投資少，成本低。

⑨盡量選用已通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的夾緊機(jī)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)的零部件來設(shè)計(jì)制造焊裝夾具[8]。上述這些原則是設(shè)計(jì)車身焊裝夾具時(shí)所必須考慮的，但具體到焊裝夾具的結(jié)構(gòu)上卻差異較大，有的焊裝夾具只有一個(gè)簡(jiǎn)單的框架，有的則相當(dāng)復(fù)雜。一般來說，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)批量的大小和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并結(jié)合本廠的生產(chǎn)條件（如車間面積、起重設(shè)備、水電氣供應(yīng)情況和技術(shù)水平等）來選擇焊裝夾具的類型，設(shè)計(jì)夾具。

4 焊裝夾具成組快裝技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

目前，國(guó)內(nèi)汽車焊裝生產(chǎn)線水平參差不齊，影響了我國(guó)汽車整體發(fā)展水平。國(guó)內(nèi)焊裝生產(chǎn)線主要依賴進(jìn)口，一般一條生產(chǎn)線只能生產(chǎn)一種類型的汽車，如果汽車停產(chǎn)，一整套汽車焊裝夾具也就被淘汰停用，造成極大的資源與設(shè)備浪費(fèi)，且缺乏互換性和重復(fù)使用性，從成本方面考慮就比較高，這也是國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)汽車制造商面臨的嚴(yán)峻問題。從目前使用效果、整體性能和質(zhì)量來看，國(guó)外汽車焊裝夾具質(zhì)量、制造精度都高于國(guó)產(chǎn)，但價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本高。因此，國(guó)內(nèi)各大汽車廠商亟待開發(fā)出高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)性的焊接夾具[9]。

5 結(jié)語(yǔ)

在汽車焊裝夾具生產(chǎn)方案上，首次提出成組快裝技術(shù)?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外對(duì)該技術(shù)模式的應(yīng)用相對(duì)缺乏，在現(xiàn)代信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)時(shí)代，充分發(fā)掘數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)匯總，并將數(shù)據(jù)合理應(yīng)用到焊裝生產(chǎn)中，在夾具生產(chǎn)問題上，對(duì)夾具設(shè)計(jì)和成組快裝的信息進(jìn)行深入探究，結(jié)合現(xiàn)代大數(shù)據(jù)技術(shù)，依托成組快裝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，使“數(shù)字化”在焊裝夾具生產(chǎn)中得以具體實(shí)現(xiàn)，對(duì)于縮短工業(yè)生產(chǎn)周期及提高設(shè)計(jì)效率都起到了很好的促進(jìn)作用。汽車焊接夾具設(shè)計(jì)成功，提高了焊接精度和焊接的可靠性，為解決夾具過度浪費(fèi)問題，發(fā)掘和應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，將閑置廢棄焊裝夾具進(jìn)行信息整合、優(yōu)化、成組等打下了良好的基礎(chǔ)，有利于對(duì)夾具行業(yè)生產(chǎn)方式進(jìn)行改革創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡瑾.組合夾具元件庫(kù)集成建模技術(shù)研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2009.

[2]李坤宏.基于CATIA的汽車焊裝夾具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[D].重慶：重慶大學(xué)，2007.

[3]李少帥，喬立紅.成組夾具參數(shù)化設(shè)計(jì)方法研究[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2010（3）：18-23.

[4]鄭建鑫.基于成組技術(shù)的零件分類編碼研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2009.

[5]祁捷.成組夾具的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005（6）：41-42.

[6]邵晨.基于事例的汽車焊接夾具設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)化[D].北京：北京化工大學(xué)，2009.

[7]汪文芳.轎車車身尺寸控制與夾具工藝設(shè)計(jì)分析[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

[8]劉永喜，喬立紅.基于成組技術(shù)的夾具快速配置研究[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2007（1）：29-32.

[9]孫進(jìn)興，蔣銘和.應(yīng)用成組夾具技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2001（2）：25-28.