基于快速制造的汽車用夾具研究與運用

寧燕　顧成波　李斌

摘 要：在汽車行業競爭愈發激烈的今天，低成本短周期的快速開發快速制造成為行業的趨勢。兼容多個平臺車型的柔性化是汽車行業制造的必然要求，而加大標準化作業則是汽車企業不斷提升自身的潛力的必然選擇。柔性化與標準化并不是一對矛盾體，而是可以相輔相成。本文將以汽車焊裝夾具為例，探討其柔性化與標準化，以實現高質量的快速制造。

關鍵詞：汽車夾具 快速夾具 標準化 柔性化

Research and Application of Automobile Fixture Based on Rapid Manufacture

Ning Yan Gu Chengbo Li Bin

Abstract：With the increasingly fierce competition in the automobile industry， low-cost， short-cycle rapid development and rapid manufacturing has become the trend of the industry. Flexibility compatible with multi-platform vehicle models is the inevitable requirement of automobile industry manufacturing， and increasing standardization operation is the inevitable choice for automobile enterprises to continuously enhance their own potential. Flexibility and standardization are not a pair of contradictions， but can complement each other. This paper will take automobile welding fixture as an example to discuss its flexibility and standardization to achieve high quality and rapid manufacturing.

Key words：automobile fixture， quick clamp， standardization， flexibility

進入21世紀以來，隨著我國的國民經濟持續不斷高速增長，同時，人民生活水平得到持續提高，在黨和國家政策的關懷下，整個汽車行業汽車產業持續發展，迎來了黃金時期。

自去年下半年以來，隨著汽車廠商競爭的日益劇烈，汽車產品更新換代速度也越來越快，汽車企業每年都要推出新車型，對汽車試制提出了很高的要求。一方面，新車型的開發周期由原來的四年到五年不等，縮短至現在的兩年甚至一年，車型更新換代的速度加快給整車廠的新車型開發帶來了巨大的壓力。另一方面，近年來的新車型數量持續增加，進一步加劇了汽車行業的競爭，高質量低成本的快速制造是行業面臨的重要課題。

汽車的焊裝是與沖壓、涂裝、總裝并列的四大工藝[1]。汽車快速制造的焊裝需要夾具工裝進行定位與夾持，本文將在快速制造情境下主要研究汽車用夾具。

1 汽車快速制造夾具的柔性化

1.1 柔性化的必要性

機械制造業的飛速發展帶動著產品的更新換代越來越快[2]，傳統的大批量生產模式逐步被中小批量生產模式所取代，柔性化是機械制造行業適應這種變化必要手段。國外已經把柔性制造系統（FMS）作為開發新產品的有效手段，并將其作為機械制造業的主要發展方向[3]。

焊裝夾具柔性化的重點主要在于組合夾具。組合夾具是一種使用大量標準部品與少量非標加工件組裝而成的焊接工藝裝備，不僅具有可調整性，而且夾具部品具有很高的互換性。即使專用的組合夾具在生產專用零件使用完畢后，也能拆分為單個部品零件重新組裝成新的夾具，具有加工件加工與夾具組裝成本低、設計周期短的優勢。因此，組合夾具的應用范圍非常廣泛，尤其適合于多品種、中小批量的生產[4]。

1.2 柔性化的實現途徑

汽車的焊裝夾具柔性化是使用各種夾具部品組成的不同的定位結構及支撐夾緊結構（如圖1、2），再使用這些結構組合成可調整的滿足車身零件焊接的焊裝夾具（如圖3），并且切換不同車型時能快速且低成本的組合成新的焊裝夾具。

2 汽車快速制造夾具的標準化

2.1 標準化的意義

標準化為在各種社會實踐中，對重復使用的產品通過制訂、發布和實行統一的標準，以使產品能夠在重復使用的過程中保持統一性。我國關于標準化有著明確的定義，其在國家標準《標準化工作指南第一部分》中定義為：為了在一定范圍內獲得最佳秩序，對現實問題或潛在問題制定共同使用和重復使用的條款的活動。

標準化的目的是為了在一定的范圍內實現最佳秩序，以促進最佳的共同效益。一般情況下，對于具體的標準化對象，具有適用性、互換性、兼容性、安全性等目的。標準化內容以標準化形式存在。標準化的形式有很多種，它能夠將內容通過多種不同的形式表現出來，對于不同的任務，以不同的形式達到不同的目的。目前，標準化的主要形式是：簡單化、統一化、通用化、系列化、組合化、模塊化等[5]。標準化不僅有利于公司的科學化、現代化管理，提高公司的效率，而且有利于提高公司所生產產品的質量，使得資源得到合理的利用，原材料和能源得到節約。因此，許多的汽車公司在一系列標準化和科學管理的基礎上，打破傳統的方式，采用標準化的作業方法，有效地統一時間和空間，大大提高生產效率和公司產品的銷售量。

柔性化與標準化并非對立的兩個概念，二者在汽車設計開發的過程中可以相輔相成，完美兼容。柔性化與標準化的出發點都是降低汽車夾具工裝開發與制造的成本、周期，柔性化是效果而標準化是實現手段。

2.2 快速制造夾具的實現途徑

汽車焊裝夾具部品間的連接使用標準的螺母、銷等國標件（如圖4），作用范圍廣且使用成本低。而夾具部品標準化（如圖5）進一步優化為典型機構的標準化，使用不同的部品組合成不同的機構，使其具有更多的使用場合（如圖6），在不同零件的焊接夾具上，快速匹配合適的機構，實現焊接夾具的快速制造。

3 柔性化與標準化快速制造夾具案例

標準緊固件的運用以及焊裝夾具專用部品的標準化帶來焊裝夾具典型結構的標準化，圖7是以某種車型的左門檻總成焊裝夾具為例，描述如何快速的制造汽車焊接柔性化與標準化夾具。其單個結構的夾具部品標準化可達到75%以上，夾具結構設計用時將減少40%以上，非標件的加工圖出圖數量及時間也將大幅度減少，達到加工及組裝成本低、設計周期短的效果。

4 小結

隨著汽車開發周期的縮短、開發成本的不斷下降，柔性化、標準化開發將在汽車中得到越來越多的運用，本文以夾具為例做了些拋磚引玉的探索、嘗試，可在汽車其它開發領域進一步加大運用以協助整車廠更好的控制開發周期與成本。

參考文獻：

[1]李亞杰.汽車制造企業綠色發展方式的研究與探討[J].中國設備工程，2016，（18）：129-130. DOI：10.3969/j.issn.1671-0711.2016.18.069.

[2]賈燦.組合夾具在數控加工中的應用[C].//中國兵工學會.2010微制造技術及數字化工藝學術研討會論文集.2010：116-118.

[3]李欣，周安.組合夾具在焊接機器人中的應用[J].金屬加工（熱加工），2010，（10）：31-33.

[4]李娟，劉洪偉.柔性制造系統中組合夾具在制造業中的應用[J].重型機械科技，2007，（1）：51-52. DOI：10.3969/j.issn.1674-0963.2007.01.019.

[5]張山.新時代背景下我國建筑工業化發展研究[D].天津：天津大學，2015. DOI：10.7666/d.D01158633.