跟主机厂一起聊聊如何解决目前汽车零件检具存在的问题?

本文摘选自《模具工业》2017年第4期

作者:窦寒玙

(一汽轿车股份有限公司)

我国汽车制造业已经发展为全球第一大市场,车型式样多,发展速度快,整车和零部件广泛采用多品种混线生产模式,传统的专用检具通用性不高、工作效率低、检测精度低、不可再利用的问题已经制约其现代化的生产模式。为满足汽车生产质量不断提高的要求,检具制造技术向模块化、系列化、标准化、柔性化、智能化的方向发展已成为汽车检具行业的主流趋势。

检具作为在生产制造企业进行测量和监控产品各种尺寸的快捷简便性工具,在检测零件的孔径尺寸、位置度、轮廓度、间隙和面差等方面,具有操作方便、稳定耐用、数据直观的特点,广泛应用于汽车制造行业。我国汽车制造业现代检具的应用伴随着合资企业的发展逐步推广,目前已形成了完整的汽车检具产业链。

常见的汽车检具主要针对整车白车身、内外饰零部件,应用于新项目开发过程和批量生产管理中,在生产准备阶段的模具调试、生产工艺设计优化、批量产品的质量监控方面发挥重要作用。汽车检具对于缩短项目周期、提高生产效率和产品质量方面有重要意义,是汽车工业的基础工艺检测装备,是我国汽车工业制造技术快速发展与国际接轨的重要标志之一。

汽车零件检具面临的问题

伴随着我国汽车行业的迅速发展,车型的更新换代节奏不断加快、整车项目周期越来越短、市场对整车的质量要求越来越高、汽车价格不断下降、成本压力越来越大等发展趋势,相应地汽车零件检具的发展要适应短周期、高质量、低成本等要求。当前汽车整车项目和零部件检具项目在周期、质量和成本方面的问题突出,影响汽车检具行业的健康发展。

问题 一

检具项目周期长与整车项目周期不断缩短的问题

1、检具启动时间晚、设计周期长,而整车项目周期越来越短。

上世纪五十年代整车换代周期为15年左右,八十年代整车换代周期为7年左右,当前国内新车型开发周期约为2~3年。随着市场的快速发展,市场需求转瞬即逝,整车项目不容拖期。但检具启动条件要求完整,一般需要具备零部件3D数据、二维图纸、GD&T图或品标书,整车装配环境数据,用以确定检具的定位要素和检测特性,因此导致检具的启动时间比成形零件的模具启动时间晚1个月,完成时间普遍晚于模具的制造。

2、检具制造加工、检测周期长,导致项目拖期。

传统的检具加工制造一般采用车床、铣床、线切割,还需要钳工的装配加工,3轴、5轴CNC加工中心的使用虽然能缩短加工周期,但钳工人工装配、装配精度调整、三坐标检测周期仍然较长。

问题 二

检具价格不断下降与检具设计制造成本持续增加的问题

由于检具企业的数量快速增加,行业竞争和整车成本压力导致检具的价格不断下降。据统计,相对于10年前,汽车零部件检具的价格下降近50%,如保险杠总成检具2005年价格一般在50万元左右,到2015年价格只有20~30万元。与此相对应的是检具自身的人工设计成本持续增加、原材料成本不断提高,因效率提高而产生的制造成本并没有明显下降,导致检具的利润率不断降低,行业亏损的问题比较普遍。

问题 三

传统检具的测量效率、精度偏低和汽车零件尺寸精度要求不断提升的问题

车身尺寸精度控制是汽车整车厂的一项关键技术,不管是“2mm工程”还是“6sigma管理”,其本质都离不开以数据为基础的检测监控体系,通过对制造过程检测数据建模分析控制车身和零部件制造尺寸偏差源,保证制造的稳定性,最终提高整车的装配精度。但当前一般采用人工量具检测,测量效率较低、人工测量误差较大,还有采用“通止规”测量导致无法获得具体数值,在测量效率和人工检测的误差导致系统的数据统计分析困难,影响整车质量提升。

检具制造精度普遍偏低与整车精度不断提升的矛盾越来越突出,当前检具制造精度还停留在定位孔的制造精度为-0.1~+0.05mm,检测模块制造精度±0.1mm,检测模块制造精度尺寸±0.15mm的尺寸精度水平。与此对应的是,整车的质量精度要求越来越高,大型内饰件总成精度要求≤1mm,结构注射件尺寸精度要求已达到0.5mm,重点匹配要求可达到0.3mm,当前我国传统检具如果大幅提升制造精度,在目前的制造工艺水平下会带来较高的加工难度,加工成本也很大。

汽车零件检具问题的解决方案和未来发展趋势

缩短检具项目周期解决方案

1

模块化、系列化的设计有利于缩短检具的项目周期

乐高积木是一种常见的儿童玩具,可以利用基础的零件构建成不同的结构。从某种角度来说,汽车零部件检具的设计结构与积木类似,检具都是由检具底板、支撑结构、定位机构等构成。此外,同一个主机厂的同类产品基本相同,检测模块形状相似,不同主机厂的检具机构差异也不大,具备模块化的前提条件。因此在检具设计中也可以采用模块化的设计理念,利用模块化设计取代单一订单式设计以降低开发周期。

检具的模块化设计应用中还可将模块按照不同的尺寸规格形成系列化的模块,建立系列化规格数据库,设计时可直接从数据库选取,从而缩短周期。数据库建立时可以采取公司内部通用数据库,也可以采用市场化标准行业数据库即专业检具制造公司提供检具专用模块,如系列标准化底板(见表1)、系列支撑机构规格、翻转机构模块(见图1)、定位轴孔标准件(见图2)、滑动机构等。

图1 检具翻转机构标准件

图2 检具定位轴孔标准件

目前我国汽车检具市场已经形成了标准化模块体系,专业的公司提供标准化的卧式翻转机构、翻板机构、滑移机构、定位销、卡接机构、检测卡板机构、导销、导套等标准数据库和标准化零件,为汽车零件检具的模块化、系列化的设计提供了技术支撑。

2

检具设计平台参数化有利于缩短检具的项目周期

检具设计采用参数化设计,同一主机厂的整车和零件设计结构具有延续性,不同的车型和改型一般采取相同或类似的结构设计模式,检具设计时建立整车零件模块的检具设计库,将平台车的模块检具数据参数化。设计同类产品时,在原有的钣金数据或结构数据上,利用原有曲面替换刷新,快速实现检具模块化设计,相应加工中心的数控加工程序也可以通过类似刷新的编程方法提高设计效率。

标准化、通用化、可回收设计降低检具制造成本

1

专业化整合降低检具系统设计难度

检具制造成本高主要因其本身采取单件订单式生产,具有零件制造精度要求高、设计难度大的特点,复杂的检具设计、编程设计,只用于单件订单式生产,无法形成大批量化生产。据统计检具的设计、编程设计、订单式换刀所占的费用超过检具制造费50%,如果采取批量化大规模生产,其制造成本降低,发展空间巨大。

汽车零件检具的设计开发需要高素质、富有创造性的工程技术人员,检具的生产制造对工人的操作经验、技能熟练程度要求也很高,而检具项目具有不连续性,检具企业经常面临项目多时加班加点、项目少时没有工作的问题。汽车检具企业通过专业化整合、形成专业产业链联盟,检具设计时应多采用标准零件,避免每个公司单独设计制造,造成设计、编程人员配置比例高,人均产值低的问题,成本负荷增加。

2

检具的回收可利用设计降低成本

检具的原材料成本是整体成本的重要组成部分,约占总成本的30%。目前我国汽车使用寿命都较短,5年全新换代、2年内外饰件改型、1年一次外饰件改型,检具使用周期尤其是内外饰件检具使用周期特别短,项目结束后检具精度都保持良好,但无法重复利用,只能作为废品。

当前,检具通常使用的材料为铸铝、铝型材、铸钢、不锈钢、钢型材、代木等,除了代木以外,其他材质完全具备尺寸稳定性、重复循环再加工、重复再使用的条件,特别是检具底板和支撑结构的可利用价值很高。目前同类新车型一般采用平台化设计,不同车型的内部零件结构变化幅度很小,只有局部更改,为重复利用创造了有利条件。

现在一汽轿车公司的部分检具,特别是三坐标检测之间已经开展回收利用的尝试。图3所示为一汽轿车公司D090车型项目白车身侧围检测支架,该检测支架采用精密型材,多孔桁架式结构,型材之间通过定位块和定位销连接,每个安装位置可在间距20mm的孔随意安装。由于采用的精密多孔型材都是标准尺寸,此车型项目停产后,型材可以利用在新的检具项目上。

图3 白车身侧围测量支架

柔性检具是资源循环再利用的一种特殊形式,使用固定式底板配合可移动式定位、夹紧装置使零件快速装夹、定位,再利用三坐标测量实现零件检测。通常使用在平台化的产品,如底板、门板、翼子板、前盖、后盖等。

柔性检具具有专用检具所不具备的优势,一套柔性检具稍作调整就可测量不同的产品,具有自动检测、精度高、维护成本低、开发周期短等优点。另外,以关节臂式测量机为主体的柔性检具(见图4)和以带有单截面测量卡规的通用机器人为主体的检测设备,被测零件使用基础托架支承,通过切换不同的预先植入程序可以简单快捷地完成相应零件的测量工作。

图4 关节臂式测量机

检具的重复再利用对检具的日常保养维护提出了较高的要求,应通过规范的管理确保底板不修饰、不变形,循环使用前进行底板精度检测。

智能化检具提升检测的工作效率和测量精度

传统的汽车零件检具一般通过对零件尺寸进行抽样的数据检测、分析和处理,判定是否合格。但是随着汽车制造水平不断提高,整车厂对零件检具的功能要求已经从判定是否合格转向在线尺寸全数字测量,并通过数据统计与分析,判定监控生产制造系统是否稳定。而当前整车生产线和零部件生产线的节拍一般在几十秒,人工操作已无法实现,检具需要向智能化、自动化方向发展。

智能化检具在传统检具的基础上,增加自动测量机构,结合信息处理系统自动生成零件检测报告和数据分析报告,提高了测量效率、降低了人工测量误差、避免数据处理分析的错误,提高了检验报告的准确性与测量效率。在线加工产品检测数据的自动统计分析和对比,可以识别测量数据尺寸的符合性、稳定性、一致性。在程序中设计尺寸波动异常、变化趋势异常的警报规则,实现生产线的预防性警报,避免不合格产品、批量制造和生产线继续恶化,将检具质量损失降低到最低限度。图5所示为汽车玻璃的智能化检具,图6所示为智能检具的分析与显示终端。

图5 汽车玻璃智能检具

图6 智能检具分析与显示终端

智能化检具功能需要对零件的质量状态和趋势进行有效评判,检具设计时充分应用行业的光电技术与机械加工技术,使汽车检具有更高的柔性化与智能化水平,提高检具企业的技术和成本竞争力。目前,激光测量技术也作为汽车检具技术发展的重要内容,正开始逐步使用,如图7所示。

图7 一种测量高度的激光仪

激光测量技术在汽车生产制造中的应用对汽车质量的提升具有重要意义。汽车白车身冲压覆盖件如四门两盖产品形状为自由曲面,检测要求是形面轮廓,包括测量点的选择、检测精度的保证和测量效率,传统的三坐标测量机和专用零件检具都存在效率低和精度低的问题。激光扫描测量仪通过对曲面零件表面和轮廓进行数据扫描采集,结合数据处理、三维重构和数模对比,分析对比被测零件的数据与CATIA/UG3D数模,得出零件尺寸和数模的符合点和差异点,输出最终的检测报告。

基于计算机视觉和图像处理技术的汽车零件检测系统在智能化、快速测量等方面较传统接触式检测系统具有更大的优越性,主要是利用CCD摄像机实时拍摄汽车零件获取数字影像,然后通过计算机视觉检测技术确定待检测汽车零件的质量信息,与标准模板或设计参数比较,监控产品尺寸加工质量。图8所示为汽车密封圈视觉检测设备。

图8 汽车密封圈视觉检测设备

激光测量技术与计算机视觉技术在提高测量精度、提高测量系统的柔性化方面具有一定优势,但其设备成本较高,检测定位一般需要结合传统检具定位,未来在汽车制造业能够得到一定的应用。目前智能化检具在检具行业所占的比重不多,但却代表汽车零件检具产业技术新的发展方向,在未来人力资源不断紧张的情况下,将会起到越来越重要的作用。

微信编辑:野牛

《模具工业》创刊于1975年,是我国最早出版的模具专业期刊,系中国模具工业协会会刊,在我国模具行业具有较高的知名度和影响力,主要报道各类模具先进技术及行业动态等,是交流模具技术、传播模具信息、宣传行业广告的理想平台。

《模具工业》杂志唯一官网为中国模聚网(www.moulds.com.cn),杂志投稿系统的链接为http://www.moulds.com.cn/magazine/

  • 发表于:
  • 原文链接http://kuaibao.qq.com/s/20180307G10R9F00?refer=cp_1026
  • 腾讯「腾讯云开发者社区」是腾讯内容开放平台帐号(企鹅号)传播渠道之一,根据《腾讯内容开放平台服务协议》转载发布内容。
  • 如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

扫码关注腾讯云开发者

领取腾讯云代金券