基于成組技術的汽車夾具循環利用研究

于東林，李智博，王春雷

(1.吉林化工學院 機電工程學院，吉林 吉林 132000;2.哈爾濱工程大學 機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150000)

進入21世紀以來，科技高速發展，各行各業都發生了翻天覆地的變化.計算機技術和機械加工技術的進步，使得航空工業、航海工業以及汽車工業都有了較大的發展，加快了產品的升級換代，極大地滿足了消費者對時尚、新穎的追求.但產品生產線的使用年限也隨之降低，造成了較大的浪費，這在汽車焊裝夾具方面尤為明顯.大量汽車焊裝夾具雖然還沒有到達報廢年限，但也往往會隨著一系列車型的淘汰而廢棄，在人力、物力和資源方面都造成了很大的浪費[1].為此，本文通過成組技術對廢棄夾具進行重新組裝，使其滿足新型汽車生產線的使用要求，根據“變廢為寶”的思想，提高汽車焊裝夾具的重復使用率，以期改變我國汽車焊裝夾具循環利用只停留于理論層面的現狀.

1 成組焊裝夾具的設計

焊裝夾具的結構差異巨大[2-4]，有的只有一個簡單框架，有的相當復雜.一般來說，應根據工廠的具體生產能力、夾具的生產批量等因素來選擇成組焊裝夾具的設計模式，進而設計夾具.此外，設計時還應具體問題具體分析.

成組焊裝夾具的設計要求包括：①成組焊裝夾具設計時，必須以滿足工藝需求為前提，然后再考慮成組率；②必須保證焊件焊接后能獲得正確的幾何形狀和尺寸精度；③成組焊裝夾具的設置應便于施工，有足夠的裝配、焊接空間，不能影響焊接操作和焊工觀察，且不能妨礙焊件的裝卸；④成組焊裝夾具應具有足夠的強度及剛度；⑤為了保證使用安全，必須設置必要的安全互鎖保護裝置；⑥盡量選用通用化、標準化的夾具機構和標準的零部件來設計制造焊裝夾具.

成組焊裝夾具的設計包括：對大量的汽車焊裝夾具數據進行統計，根據通用化、系列化要求將焊裝夾具建立成庫，并對其進行編號，建立與其對應的編碼系統；通過檢索編碼系統，對夾具庫中相似夾具單元做相應的匹配調整，以便重新組合能適應新加工要求的全新夾具；若沒有相似夾具可供選擇，則采用部分生成式夾具設計方法，運用成組技術生成新的夾具設計方案，使其滿足使用要求[5]；將新產生的夾具單元進行編碼，然后添加到夾具庫中，為下次設計提供依據.

2 焊裝夾具的數據庫建立及實現流程

2.1 焊裝夾具的數據庫建立

采用租賃方式整合客戶閑置夾具，不斷擴大夾具庫基數.對大量真實白車身及其對應夾具總成、夾具單元和夾具零件等信息進行統計和分析處理，并對它們進行編號，建立相應的編碼系統，以組建符合多種客戶需求的云端數據庫.

2.2 焊裝夾具的實現流程

當進行成組夾具設計時，利用云端數據庫，篩選出符合客戶需要的夾具，并進行重新組合，直到找到完全滿足客戶需求的方案為止.若無法找到完全符合客戶需求的方案，則選用部分生成式夾具與成組技術相結合的方式進行設計.

建立互聯網平臺，應用網上平臺進行企業與客戶的對接，實現“上家—平臺—下家”的模式.當成組夾具設計成功并通過審核后，發貨至客戶手中進行試用，試用成功后正式投入生產.

利用以上方式，將成組技術合理應用于汽車焊裝夾具生產線，可達到縮短生產周期、降低生產成本的目的(圖1).

圖1 焊裝夾具的實現流程

將采集的客戶信息，如白車身模型數據、夾具總成、夾具單元、零件尺寸與實際需求等詳細的制造工藝信息轉化為數據文件，并導入數據庫，通過知識庫與案例數據庫反復比對，直到篩選出能滿足客戶需求的可行方案為止，最后將符合客戶需求的夾具設計方案從數據庫中導出(圖2).

圖2 焊裝夾具設計方案產生流程

客戶通過云平臺登記夾具需求信息并上傳數據文件.工作人員在收到客戶上傳的信息后第一時間與客戶進行溝通,將需求信息以文件的形式交給項目設計師.設計師利用成組技術設計出符合需求的夾具.

審核部門進行內部審核時，從是否滿足客戶需求、是否符合工藝精度需求，以及是否最大化利用現有資源等方面進行審核.若審核未通過則需進行二次修改；若審核通過則補齊需要生產的零件，由裝配人員進行裝配.

利用互聯網技術進行產品管理、資金管理與銷售管理，完成夾具的訂購、付款以及配貨.客戶通過互聯網技術實時監控項目的完成進度，監督項目的實施過程.

3 焊裝夾具的優勢及成組快裝案例

3.1 焊裝夾具的優勢

利用夾具的可重組性對夾具進行分類、編碼，能夠解決汽車焊裝夾具市場專用性強、通用性差等一系列問題，實現夾具的通用化和標準化，拉動夾具市場的發展[6].成組焊裝夾具具有以下優勢：①避免產品設計的重復性工作，提高效率；②大大提高汽車焊裝夾具標準化、系列化程度；③縮短生產周期，提高勞動生產率；④大大降低生產成本，提高科技成果轉化率；⑤獲得巨大的經濟效益，帶動經濟發展.

3.2 成組快裝案例

成組快裝技術采用新型設計理念，由設計人員通過內部數據庫首先選擇部分符合條件的夾具，繼而從中選出最符合工藝要求又節省成本的夾具，再設計出滿足項目和工藝要求的其他零件[7-9].

本文以輪罩夾具和車門夾具為例，首先通過數據分析確定壓緊點的位置，然后通過數據庫分析與篩選，在短時間內準確找到多套能滿足基本要求的夾具，從其中選擇一套最優夾具.

將輪罩夾具的壓臂、型板、氣缸等零件從數據庫中取出，使用三維設計軟件CATIA將其移動到相應的車門壓緊點，根據成組原則進行部分生成式夾具零件的設計.通常，某些起調整、支撐、壓緊和連接作用的零件很難匹配，故可采用直接設計制造方式.本文利用成組快裝技術，成功地將輪罩的焊裝夾具(圖3)二次利用到了車門(圖4)上.

圖3 輪罩夾具三維圖

圖4 車門夾具三維圖

相對于傳統設計制造來說，成組快裝技術直接從數據庫中調取夾具，簡化了傳統夾具設計過程，縮短了設計周期.成組快裝夾具通常要融合不同廠家的閑置夾具，導致美觀性不足，但精度、工藝方面均可滿足需求.

4 結束語

通過對廢棄夾具收集整理和編碼，建立焊裝夾具數據庫，根據相似性原理和成組技術，可構建滿足新型汽車生產線使用要求的汽車焊裝夾具.通過云平臺與客戶聯系，有利于設計滿足客戶要求的汽車焊裝夾具.利用互聯網技術，能夠對產品、資金和銷售進行管理，使客戶通過互聯網技術跟蹤項目的進度，并對實施過程進行監督.成組快裝技術能夠大大增加焊裝夾具的二次使用率，有效地降低資源浪費，為汽車焊裝夾具的使用者提供便利.