汽车检具发展现状及趋势
窦寒雨
（一汽轿车质量保证部）
摘要：从检具的实际应用出发，从缩短检具项目周期、降低检具制造成本、提高检具效率和测量精度、结合案例三个方面进行研究分析提出具体的设计、制造和管理解决方案。也说明了未来检具标准化、系列化、可回收化、智能化的发展趋势，对检具行业的发展具有现实的指导意义。
关键词：汽车检具；测量效率；准确性;标准化检测工具；系列化设计；智力
0 简介
检测仪作为制造企业测量和监控各种尺寸产品的一种快捷方便的工具，在检测零件的孔径大小、位置、轮廓、间隙和表面差异方面具有操作方便、稳定性和耐用性。 ，数据直观，广泛应用于汽车制造行业。随着合资企业的发展，现代检测工具在我国汽车制造业的应用逐步得到推广，形成了完整的汽车检具产业链。
常见的汽车检具主要用于车辆的白车身、内外饰件，用于新项目的开发过程和量产管理、模具调试、生产工艺设计优化、量产产品质量监控在生产准备阶段发挥重要作用。 汽车检具对于缩短项目周期、提高生产效率和产品质量具有重要意义。它是汽车工业的基本工艺检测设备，是我国汽车工业制造技术与国际接轨的重要标志之一。
1 汽车零部件检测工具的发展现状
欧美、日本等发达国家都受益于汽车制造业的发展。对汽车检具的研究起步较早，目前已经达到了比较先进的水平。其检测工具在汽车制造行业的应用已经非常完备。检测工具高度自动化。比如西班牙Tecnomatrix生产的仪表板组装检测工具，引入了Merlin运动传感器代替手动千分表检测，检测效率高；意大利马波斯生产的检测工具使用CAPTOR数据系统。千分表测量的数据可以无线采集，这些数据传输到PDA供技术人员分析。目前，国外汽车生产已采用自动化程度高的实时在线检测设备，能够及时反映整车及零部件生产过程中的质量问题[1]。
随着我国汽车工业的飞速发展，市场对汽车零部件质量的要求越来越高，各大汽车厂商的竞争已经演变为整车质量的竞争。检具作为质量管理工作的重要工具，也得到了迅速发展，检具企业大量涌现。目前，我国检具行业已经从单纯的国外模仿学习转变为自主技术研发。新的设计理念、新的结构方案、新的标准件系列、新的材料使用和新的加工工艺层出不穷[2,3]。现在汽车检具的使用已经成为汽车企业及其零部件供应商生产资质的体现。因此，汽车检具的设计与制造成为国内汽车行业新的研究热点。研究机构和汽车企业在检具设计，在制造和测试方面的研究取得了较为丰富的成果。
华东理工大学姚兴军[4]通过分析检具的标准要求和设计方法，并基于Pro的通用模板，开发了通用CAD软件平台检具设计零件建模/E平台，分析了利用其quilt功能设计了三种检查夹具实体和轮廓的方法：挤压生成被子，加厚被子，用被子修改实体，分析使用族表功能建立和使用规则零件库检查夹具步骤。
西门子[5]使用SiemensPLMSoftware的UGNX软件作为检具设计开发平台，使用UG/OpenAPI、UIStyler、Menuscript和VisualStudio.Net作为检具设计开发工具，完成了汽车玻璃检具设计开发知识基础在该数据库上，研究开发了“基于知识库的汽车玻璃检测系统快速设计系统”。
华中科技大学刘明[6]开发了基于弯头检测工具的汽车管道检具设计系统，并利用参数化模板技术建立了汽车弯头检测工具及其他附件标准的设计模块。零件库为设计人员提供用户界面，自行管理标准件系统，并开发了工程图输出模块，有效提高了弯头检测工具的设计效率。
上海交通大学刘飞[7]从白车身检具的质量评价方法入手，建立了检具的综合制造质量指标体系，解决了白车身检具的质量问题。检验验收工作评价指标标准化，有效保证了检验验收质量；胡才奇 [8] 结合汽车白车身检测工具整体选型设计、结构框架设计和设计优化三个阶段，开发了神经网络的汽车检具选型方法，汽车零部件的结构设计方法基于特征映射技术的检测治具、汽车零部件检测治具鲁棒性验证设计方法、应用实例验证了该方法的有效性和实用性。
中北大学李贝[9]对汽车检具的生产管理和汽车检具制造车间的设备布局进行了研究，利用3D仿真软件Flexsim建立了当前生产线的Flexsim仿真模型，并对生产线的性能进行分析和优化以提高汽车检具的生产效率。
预计我国汽车工业的健康发展将持续5-10年。对于新车型的尺寸检验和质量控制、中期改型和年度改型，各大汽车制造商和大多数汽车零部件供应商都需要生产相应的汽车零部件检验工具。这些需求将伴随我国汽车工业的发展。随着我国汽车工业的长期存在，检具行业未来市场仍有广阔空间。
2 汽车零部件检测工具面临的问题
随着我国汽车产业的快速发展，车型升级步伐不断加快，整车项目周期越来越短，市场对汽车质量的要求越来越高，汽车价格也越来越高。持续下降，成本压力加大。发展趋势越大，相应的汽车零部件检测工具的发展应满足周期短、质量高、成本低等要求。目前整车项目和零部件检测工具项目的周期、质量、成本问题突出，影响汽车检具行业的健康发展。
2.1 检具项目周期长、整车项目周期不断缩短的问题
(1）查具启动时间晚，设计周期长，车辆项目周期越来越短。1950年代车辆更换周期约为15年，1980年代车辆更换周期为7年左右，目前国内新车型研发周期大概在2~3年左右，随着市场的快速发展，市场需求转瞬即逝，整车项目不容拖延。但起步条件检具的完整，零部件一般需要3D数据、二维图、GD&T图纸或产品招标文件、整车装配环境数据等来确定检具的定位要素和检验特性。因此，检具的启动时间比成型件的模具启动时间晚1个月，时间一般晚于模具制造。
(2）检具制造加工，检具周期长，导致项目延误。传统检具制造一般使用车床、铣床、线切割，也需要钳工装配加工，3轴、5轴CNC加工虽然使用中心可以缩短加工周期，但是钳工装配、装配精度调整、三坐标检测的周期还是很长。
2.2 检具价格不断下降，检具设计制造成本不断上升的问题
由于检具企业数量快速增加，行业竞争和车辆成本压力导致检具价格持续下降。据统计，与10年前相比，汽车零部件检测工具的价格下降了近50%。比如2005年保险杠总成检具的价格一般在50万元左右，2015年的价格只有20万到30万元。相应地，检具本身的手工设计成本不断增加，原材料成本不断增加。因效率提升而产生的制造成本并未明显下降，导致检具利润空间不断降低，行业亏损问题。
2.3 传统检测工具和汽车零部件测量效率和准确度低
增加尺寸精度要求的问题。车身尺寸精度控制是汽车制造商的关键技术。无论是“2mm工程”还是“6sigma管理”，其本质都离不开基于数据的检查和监控。该系统通过对制造过程检测数据的建模和分析，控制车身及零部件制造中尺寸偏差的来源，确保制造的稳定性，最终提高整车的装配精度。但目前检测一般采用手动测量工具，测量效率低，人工测量误差大。此外，使用“通过和停止规”测量导致无法获得特定值。测量效率和人工检测误差使得系统的数据统计分析变得困难。影响车辆质量的提高。
检具制造精度普遍偏低与整车精度不断提高之间的矛盾日益突出。目前检具的制造精度仍停留在定位孔。制造精度为-0.1~+0.05mm。模块制造精度±0.1mm，测量模块制造精度±0.15mm。相应地，整车质量和精度要求越来越高，大型内饰件装配精度要求≤1mm，结构注塑件尺寸精度要求达到0.5mm，关键匹配要求可以达到0.3mm 目前我国传统检测工具的制造精度如果大幅度提高，在目前的制造技术水平下会带来更高的加工难度，加工成本也非常高。
3 汽车零部件检测工具解决方案及未来发展趋势
3.1 缩短检具项目解决方案的周期
3.1.1 模块化、系列化设计有利于缩短检具项目周期
乐高积木是一种常见的儿童玩具智能检具，可以使用基本零件拼成不同的结构。从某种角度看，汽车零部件检具的设计结构类似于积木，检具由检具底板、支撑结构、定位机构等组成。另外，同一主机厂的同类产品基本相同，检测模块的形状相似，不同主机厂的检测机制差别不大，具备模块化的前提。所以检具设计也可以采用模块化设计理念，用模块化设计代替单单设计，缩短开发周期。
在检具的模块化设计和应用中，也可以将模块按照不同的尺寸规格组成系列化模块，建立系列化规格数据库，设计时可以直接从数据库中选择，从而缩短周期。建立数据库时，可使用公司内部通用数据库，或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，如一系列标准化底板（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
目前我国的汽车检具市场已经形成了标准化的模块体系。专业公司提供标准化水平翻转机构、翻转机构、滑动机构、定位销、夹紧机构、检卡机构、导销、导套、标准化件等标准数据库，为汽配检具模块化、系列化设计提供技术支持.
3.1.2 检具设计Platform 参数化有利于缩短检具项目周期
检具设计采用参数化设计。同一主机厂的整车及零部件设计结构具有连续性。不同的车型和改型一般采用相同或相似的结构设计模式。 检具设计时建立了车辆零部件模块检具设计库用于对平台车的模块检具数据进行参数化。在设计同类产品时，在原有的钣金资料或结构资料中，利用原有的曲面进行替换刷新，可快速实现检具的模块化设计。相应加工中心的CNC加工程序也可以通过类似的刷新编程方式提高设计效率。
3.2 标准化、通用化、可回收的设计降低了检测工具的制造成本
3.2.1 专业化集成降低检具系统设计难度
检具的高制造成本主要是由于其自身的单件订单式生产，具有零件制造精度高、设计难度大的特点。复杂的检具设计和编程设计仅用于单件订单式生产。无法形成批量生产。据统计，检具设计、编程设计、订单式换刀等占检具制造成本的50%以上。如果采用批量生产，其制造成本将降低，发展空间巨大。
汽车零部件检测工具的设计和开发需要高素质和富有创造力的工程技术人员。检测工具的生产和制造也需要高水平的操作经验和技能熟练程度。工具企业经常面临项目多时加班，项目少时不工作的问题。 汽车检具Enterprises 通过专业整合形成专业的产业链联盟。 检具设计应该使用更多的标准件，避免每个公司独立设计和制造，导致设计师和程序员比例高，人均产出低，成本负担。增加。
3.2.2 检具可回收设计降低成本
检具的原材料成本是总成本的重要组成部分，约占总成本的30%。目前，我国汽车的使用寿命较短，全新更换5年，内外饰件改装2年，外饰件改装1年。检具尤其是内外饰检具的使用寿命极短。项目结束后，检测工具的精度保持良好，但不能重复使用，只能作为废品使用。
目前常用的检具材料有铸铝、铝型材、铸钢、不锈钢、钢型材、代木等，除代木外智能检具，其他材料完全尺寸稳定，可反复回收再加工，并反复再加工。使用条件，特别是检测工具的底板和支撑结构的使用价值非常高[10]。目前，同类新车型一般采用平台式设计，不同车型内部零部件结构变化很小，只有局部变化，为重复使用创造了有利条件。目前，一汽轿车公司的部分检具，特别是三坐标检具，已被回收再利用。图3为一汽汽车公司D090车型项目白车身侧检测支架。检测支架采用精密型材和多孔桁架结构。型材通过定位块和定位销连接。每个安装位置可安装20mm的距离。孔可以随意安装。由于使用的精密多孔型材均为标准尺寸，因此该模型项目停产后，该型材可用于新的检具项目。
图 3 白车身侧面测量支架
图4 关节臂式测量机
灵活的检查工具是资源回收的一种特殊形式。它采用带有可移动定位夹紧装置的固定底板快速夹紧和定位零件，然后利用三坐标测量实现零件检测。通常用于平台产品，如地板、门、挡泥板、前盖、后盖等。灵活的检具具有专用检具所不具备的优点。一套灵活的检测工具，只需稍作调整即可测量不同的产品。它具有自动检测、精度高、维护成本低、开发周期短等优点[11]。另外，基于关节臂测量机（见图4））的柔性检测工具和基于以单节测量卡尺为主体的通用机器人的检测设备，被测部件由基本支架支撑,并且不同的预植入程序可以快速方便地完成相应部位的测量[12]。
检具的重复使用，对检具的日常维护提出了更高的要求。应采取规范管理，确保底板不发生改动或变形。回收前测试底板精度。
3.3 智能检测工具提高检测效率和测量精度
传统的汽车零部件检测工具一般通过对抽样零部件进行数据检测、分析和处理来判断是否合格。但是，随着汽车制造水平的不断提高，汽车制造商对零部件检测工具的功能要求已经从判断是否合格转向在线尺寸全数字化测量，通过数据统计分析，确定监测是否合格。生产系统稳定。但目前整车生产线和零部件生产线的周期时间一般为几十秒，人工操作已不可能，检测工具需要向智能化、自动化方向发展。
智能检测工具在传统检测工具的基础上，增加了自动测量机制，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，减少了人工测量误差，避免了数据处理和分析。错误提高了检验报告的准确性和测量效率[13]。在线处理产品检验数据的自动统计分析和比较，可以识别测量数据大小的一致性、稳定性和一致性。在程序中设计异常尺寸波动和异常趋势的报警规则，实现产线预防性报警，避免不合格产品、批量制造和产线持续劣化，最大限度地减少检具的质量损失。图5为汽车玻璃智能检测工具，图6为智能检具分析展示终端。
图 5 汽车玻璃智能检具
图6智能检具Analysis及显示终端
智能检测工具功能需要有效判断零件的质量状态和趋势。 检具设计时充分应用了行业的光电技术和加工技术，使汽车检具具有更高的灵活性和智能化水平。提高检具企业的技术和成本竞争力。目前，激光测量技术也是汽车检具技术发展的重要内容，并开始逐步应用，如图7所示。
图7 激光测高仪
激光测量技术在汽车制造中的应用，对于汽车品质的提升具有重要意义。四门二盖等汽车白车身冲压件为自由曲面，检测要求为表面轮廓，包括测量点的选择、检测精度和测量效率的保证。传统的三坐标测量机和专用零件检测工具都存在效率低、精度低的问题。激光扫描测量仪对弯曲零件的表面和轮廓进行扫描和采集数据，结合数据处理、三维重建和数模比对，将被测零件的数据与CATIA/UG3D数模进行分析比较，获得零件的尺寸和数模。符合性和差异点，输出最终检验报告[14]。
基于计算机视觉和图像处理技术的汽车零部件检测系统在智能化和快速测量方面比传统的接触式检测系统具有更大的优势。它主要是利用CCD摄像头实时拍摄汽车零部件，获取数字图像，然后通过计算机视觉检测技术确定被检汽车零部件的质量信息，与标准模板或设计参数进行比较，并对产品尺寸进行监控和加工质量。图8为汽车密封件外观检测设备。
图8 汽车密封圈外观检测设备
激光测量技术和计算机视觉技术在提高测量精度和提高测量系统的灵活性方面具有一定的优势，但其设备成本较高，且检测定位一般需要与传统的量具定位相结合，可未来在汽车制造业中获得了一定的应用[15]。
目前，智能检具在检具行业所占比重不大，但代表了汽车零部件检测行业技术的新发展方向。未来，人力资源将继续变得越来越紧张。重要作用。
4 结束语
我国汽车制造业已经发展成为全球最大的市场，车型多，发展迅速。车辆及零部件广泛应用于多品种混线生产模式。传统的专用检测工具不具有通用性和工作效率。检测精度低、不可重复使用等问题制约了其现代化的生产方式。为适应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、智能化方向发展已成为汽车检具行业的主流趋势。
参考文献（略）
