基于快速制造的汽车用夹具研究与运用

宁燕　顾成波　李斌

摘 要：在汽车行业竞争愈发激烈的今天，低成本短周期的快速开发快速制造成为行业的趋势。兼容多个平台车型的柔性化是汽车行业制造的必然要求，而加大标准化作业则是汽车企业不断提升自身的潜力的必然选择。柔性化与标准化并不是一对矛盾体，而是可以相辅相成。本文将以汽车焊装夹具为例，探讨其柔性化与标准化，以实现高质量的快速制造。

关键词：汽车夹具 快速夹具 标准化 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

进入21世纪以来，随着我国的国民经济持续不断高速增长，同时，人民生活水平得到持续提高，在党和国家政策的关怀下，整个汽车行业汽车产业持续发展，迎来了黄金时期。

自去年下半年以来，随着汽车厂商竞争的日益剧烈，汽车产品更新换代速度也越来越快，汽车企业每年都要推出新车型，对汽车试制提出了很高的要求。一方面，新车型的开发周期由原来的四年到五年不等，缩短至现在的两年甚至一年，车型更新换代的速度加快给整车厂的新车型开发带来了巨大的压力。另一方面，近年来的新车型数量持续增加，进一步加剧了汽车行业的竞争，高质量低成本的快速制造是行业面临的重要课题。

汽车的焊装是与冲压、涂装、总装并列的四大工艺[1]。汽车快速制造的焊装需要夹具工装进行定位与夹持，本文将在快速制造情境下主要研究汽车用夹具。

1 汽车快速制造夹具的柔性化

1.1 柔性化的必要性

机械制造业的飞速发展带动着产品的更新换代越来越快[2]，传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代，柔性化是机械制造行业适应这种变化必要手段。国外已经把柔性制造系统（FMS）作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展方向[3]。

焊装夹具柔性化的重点主要在于组合夹具。组合夹具是一种使用大量标准部品与少量非标加工件组装而成的焊接工艺装备，不仅具有可调整性，而且夹具部品具有很高的互换性。即使专用的组合夹具在生产专用零件使用完毕后，也能拆分为单个部品零件重新组装成新的夹具，具有加工件加工与夹具组装成本低、设计周期短的优势。因此，组合夹具的应用范围非常广泛，尤其适合于多品种、中小批量的生产[4]。

1.2 柔性化的实现途径

汽车的焊装夹具柔性化是使用各种夹具部品组成的不同的定位结构及支撑夹紧结构（如图1、2），再使用这些结构组合成可调整的满足车身零件焊接的焊装夹具（如图3），并且切换不同车型时能快速且低成本的组合成新的焊装夹具。

2 汽车快速制造夹具的标准化

2.1 标准化的意义

标准化为在各种社会实践中，对重复使用的产品通过制订、发布和实行统一的标准，以使产品能够在重复使用的过程中保持统一性。我国关于标准化有着明确的定义，其在国家标准《标准化工作指南第一部分》中定义为：为了在一定范围内获得最佳秩序，对现实问题或潜在问题制定共同使用和重复使用的条款的活动。

标准化的目的是为了在一定的范围内实现最佳秩序，以促进最佳的共同效益。一般情况下，对于具体的标准化对象，具有适用性、互换性、兼容性、安全性等目的。标准化内容以标准化形式存在。标准化的形式有很多种，它能够将内容通过多种不同的形式表现出来，对于不同的任务，以不同的形式达到不同的目的。目前，标准化的主要形式是：简单化、统一化、通用化、系列化、组合化、模块化等[5]。标准化不仅有利于公司的科学化、现代化管理，提高公司的效率，而且有利于提高公司所生产产品的质量，使得资源得到合理的利用，原材料和能源得到节约。因此，许多的汽车公司在一系列标准化和科学管理的基础上，打破传统的方式，采用标准化的作业方法，有效地统一时间和空间，大大提高生产效率和公司产品的销售量。

柔性化与标准化并非对立的两个概念，二者在汽车设计开发的过程中可以相辅相成，完美兼容。柔性化与标准化的出发点都是降低汽车夹具工装开发与制造的成本、周期，柔性化是效果而标准化是实现手段。

2.2 快速制造夹具的实现途径

汽车焊装夹具部品间的连接使用标准的螺母、销等国标件（如图4），作用范围广且使用成本低。而夹具部品标准化（如图5）进一步优化为典型机构的标准化，使用不同的部品组合成不同的机构，使其具有更多的使用场合（如图6），在不同零件的焊接夹具上，快速匹配合适的机构，实现焊接夹具的快速制造。

3 柔性化与标准化快速制造夹具案例

标准紧固件的运用以及焊装夹具专用部品的标准化带来焊装夹具典型结构的标准化，图7是以某种车型的左门槛总成焊装夹具为例，描述如何快速的制造汽车焊接柔性化与标准化夹具。其单个结构的夹具部品标准化可达到75%以上，夹具结构设计用时将减少40%以上，非标件的加工图出图数量及时间也将大幅度减少，达到加工及组装成本低、设计周期短的效果。

4 小结

随着汽车开发周期的缩短、开发成本的不断下降，柔性化、标准化开发将在汽车中得到越来越多的运用，本文以夹具为例做了些抛砖引玉的探索、尝试，可在汽车其它开发领域进一步加大运用以协助整车厂更好的控制开发周期与成本。

参考文献：

[1]李亞杰.汽车制造企业绿色发展方式的研究与探讨[J].中国设备工程，2016，（18）：129-130. DOI：10.3969/j.issn.1671-0711.2016.18.069.

[2]贾灿.组合夹具在数控加工中的应用[C].//中国兵工学会.2010微制造技术及数字化工艺学术研讨会论文集.2010：116-118.

[3]李欣，周安.组合夹具在焊接机器人中的应用[J].金属加工（热加工），2010，（10）：31-33.

[4]李娟，刘洪伟.柔性制造系统中组合夹具在制造业中的应用[J].重型机械科技，2007，（1）：51-52. DOI：10.3969/j.issn.1674-0963.2007.01.019.

[5]张山.新时代背景下我国建筑工业化发展研究[D].天津：天津大学，2015. DOI：10.7666/d.D01158633.