對汽車覆蓋件模具虛擬制造開發(fā)技術(shù)的探討

王慶平

摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平的大幅提高，人們對汽車的需求量越來越大，汽車模具的市場競爭也越來越激烈。虛擬制造技術(shù)是一種軟件技術(shù)，它能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)模具從設(shè)計(jì)到制造到檢驗(yàn)的全過程，根據(jù)虛擬模型的仿真過程，可以在計(jì)算機(jī)上根據(jù)“實(shí)際”的加工情況來修改模具的設(shè)計(jì)，避免了在模具制造過程中可能出現(xiàn)的問題，從而達(dá)到縮短模具的開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高生產(chǎn)效率的目的，因而是汽車模具開發(fā)最有潛力最實(shí)用最有效的技術(shù)之一。本文針對虛擬制造在汽車模具制造的應(yīng)用進(jìn)行簡要的探討。

關(guān)鍵詞：虛擬制造汽車模具應(yīng)用

0引言

汽車覆蓋件模具的開發(fā)要受到可靠性、美觀性、經(jīng)濟(jì)性、可制造性及可維護(hù)性等多方面的制約。在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，設(shè)計(jì)和制造汽車不需要建造實(shí)體模型，工程師可以利用虛擬的“自然”環(huán)境的可視化優(yōu)勢，把汽車模具的結(jié)構(gòu)分析、虛擬設(shè)計(jì)、部件裝配和性能優(yōu)化等融合在計(jì)算機(jī)虛擬制造系統(tǒng)中進(jìn)行，在綜合考慮汽車車身件的外觀總體布局及零部件之間的相互銜接相互作用等因數(shù)基礎(chǔ)上，對模具幾何尺寸、技術(shù)性能、生產(chǎn)和制造等方面進(jìn)行交互式的快速建模和仿真分析，從而避免了反復(fù)修模，保證了模具的精度要求：而且因?yàn)樯傻姆抡婺Ｐ涂杀恢苯硬倏v與修改，數(shù)據(jù)可以反復(fù)利用，因而大大縮短了模具開發(fā)的周期，大大降低了模具的廢品率，減少企業(yè)的開發(fā)成本。

1汽車覆蓋件模具虛擬制造的開發(fā)流程

汽車覆蓋件模具的虛擬制造開發(fā)流程首先從產(chǎn)品需求分析開始，然后進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，再從優(yōu)化設(shè)計(jì)到系統(tǒng)集成，通過使用相關(guān)開發(fā)軟件，在虛擬環(huán)境中，構(gòu)造產(chǎn)品的虛擬模型。這是一個(gè)循環(huán)漸進(jìn)的過程，基于產(chǎn)品的開發(fā)需求，采用相應(yīng)的仿真分析工具對虛擬模型的功能和性能進(jìn)行仿真分析，對虛擬模型的行為進(jìn)行模擬分析，并基于仿真分析的結(jié)果，通過反復(fù)建模－仿真分析－模型的改進(jìn)，直到虛擬制造出的模具滿足預(yù)期設(shè)計(jì)的目標(biāo)，才開始進(jìn)行實(shí)物制造。汽車覆蓋件模具在投入生產(chǎn)前就已經(jīng)通過了虛擬的“實(shí)際環(huán)境”的檢驗(yàn)，把實(shí)際制造中可能遇到的困難和設(shè)計(jì)上的不合理全部檢驗(yàn)出來，再讓設(shè)計(jì)工作人員進(jìn)行修改或者重新設(shè)計(jì)，直到整個(gè)制造過程能夠完全合理、順利的完成。這樣不但能縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低企業(yè)的研發(fā)成本，還可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

2汽車覆蓋件模具虛擬制造中的關(guān)鍵技術(shù)

在汽車覆蓋件模具虛擬制造過程中，涉及的相關(guān)技術(shù)非常多，任何一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的好壞都會影響模具的最后質(zhì)量，這也是虛擬制造技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展緩慢的原因之一。只有每項(xiàng)技術(shù)都掌握應(yīng)用的很好，虛擬制造出的產(chǎn)品才能和實(shí)際制造出的產(chǎn)品達(dá)成一致，才能達(dá)到減少開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期、提高模具質(zhì)量的目的。其中比較難于掌握而又非常關(guān)鍵的技術(shù)：

2.1數(shù)學(xué)模型的建立建立一個(gè)簡單而又能反映動態(tài)制造過程的數(shù)學(xué)模型是虛擬制造技術(shù)在汽車覆蓋件模具中應(yīng)用的關(guān)鍵。數(shù)學(xué)模型建立的不合理，那么虛擬環(huán)境下仿真出來的制造過程就會與實(shí)際制造過程不一樣，起不到優(yōu)化模具設(shè)計(jì)的作用，從而達(dá)不到縮短開發(fā)周期和減少開發(fā)費(fèi)用的目的。因此，在使用虛擬制造技術(shù)來開發(fā)汽車覆蓋件模具的時(shí)候，必須建立一套合理的數(shù)學(xué)模型。在建立數(shù)學(xué)模型的時(shí)候，要認(rèn)真分析汽車覆蓋件模具的特征，根據(jù)模具功能和制造需求，找出其中主要的影響因數(shù)，提出合理的假設(shè)。建立的模型必須能反映模具全部的功能和制造關(guān)系，包括工作時(shí)模具型面受力的變化關(guān)系和沖壓件受力形狀的變化關(guān)系等，這樣才能仿真出實(shí)際的生產(chǎn)關(guān)系，才能預(yù)測生產(chǎn)中可能產(chǎn)生的問題，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造的目的。

2.2系統(tǒng)集成與方案評估系統(tǒng)集成就是一個(gè)最優(yōu)化的綜合統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，需要諸多的技術(shù)支持，包括計(jì)算機(jī)軟件、硬件、操作系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息等，需要從全局出發(fā)考慮各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，研究各子系統(tǒng)之間的接口關(guān)系。系統(tǒng)集成所要達(dá)到的目標(biāo)一整體性能最優(yōu)，即所有部件和成分合在一起后不但能工作，而且全系統(tǒng)是低成本的、高效率的、性能勻稱的、可擴(kuò)充和可維護(hù)的系統(tǒng)。但是對于一般企業(yè)來說，購置齊全仿真分析的軟件系統(tǒng)是一個(gè)高成本的投人，而且，沒有專業(yè)的人員是無法讓這些軟件發(fā)揮淋漓盡致的作用的。

在計(jì)算機(jī)虛擬制造系統(tǒng)提供的良好的擬實(shí)環(huán)境下，工作人員可以對建立起的虛擬模型進(jìn)行評價(jià)與修改。在這個(gè)階段，可以模擬模具的制造過程，解決各部件制造的可行性和難易性：可以模擬模具的裝配過程，解決各部件之間的連接性和裝備性及操作的難易程度：可以進(jìn)行虛擬測試，通過測試檢驗(yàn)?zāi)＞叩纳a(chǎn)能力和生產(chǎn)質(zhì)量。在多種方案中評定各方案的執(zhí)行難易度、耗費(fèi)成本高低度、花費(fèi)時(shí)間長短度等，選擇最適合生產(chǎn)條件的最優(yōu)生產(chǎn)方案。

2.3并行工程實(shí)質(zhì)并行工程實(shí)質(zhì)就是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其零部件和相關(guān)各種過程的一種系統(tǒng)方法。這種方法要求產(chǎn)品開發(fā)人員與其他人員一起共同工作，在設(shè)計(jì)～開始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢處理的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶的要求等。并行工程強(qiáng)調(diào)的是所有工作人員的所有工作同時(shí)進(jìn)行，強(qiáng)調(diào)的是團(tuán)隊(duì)工作精神，因而工作鏈上的每一個(gè)人都有權(quán)利對設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行審查，力求讓設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更便于加工、便于裝配、便于維修，制造成本更低，制造周期更短。汽車模具的虛擬制造工程在進(jìn)行初期也必須從汽車模具的總體結(jié)構(gòu)和功能出發(fā)，考慮構(gòu)成虛擬模型各部分之間的相互連接關(guān)系和相互作用關(guān)系，將他們看作一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)和資源的共享，才能使生產(chǎn)出的模具達(dá)到預(yù)期的效果。汽車模具虛擬制造過程中，每個(gè)部分的工作均由不同的工作人員并行進(jìn)行，但各部分的功能活動又存在著大量的相互依賴關(guān)系，要保證各部分工作人員間的工作協(xié)同順利的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)在分布環(huán)境中群體活動的信息交換與共享，就必須對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和監(jiān)控，提供并行設(shè)計(jì)的工作環(huán)境，保證并行設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，這是虛擬制造模具縮短開發(fā)周期的關(guān)鍵。并行工程實(shí)施的條件就是要有支持各方面人員并行工作、甚至異地工作的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和監(jiān)控調(diào)解人員，才可以實(shí)時(shí)、在線地在各個(gè)設(shè)計(jì)人員之間溝通信息、發(fā)現(xiàn)并調(diào)解沖突。一個(gè)適當(dāng)?shù)墓芾碚{(diào)解人員是并行工程中的重要軟件，也是并行工程能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。

2.4仿真分析與數(shù)據(jù)處理是汽車模具虛擬制造中一個(gè)難點(diǎn)，也是阻礙虛擬制造技術(shù)在企業(yè)中大規(guī)模使用的一個(gè)重要因素。

仿真分析需要多方面的技術(shù)支持，數(shù)據(jù)處理需要龐大的數(shù)據(jù)庫和有專業(yè)知識的人才，需要從全局出發(fā)考慮各個(gè)子系統(tǒng)之間的關(guān)系，研究各個(gè)子系統(tǒng)之間的接口問題。這一技術(shù)需要多領(lǐng)域的專業(yè)仿真軟件協(xié)同工作，需要專業(yè)人員共同研究探討，然而多數(shù)的企業(yè)難以配置齊全所需的仿真分析軟件及具備所需的專業(yè)人員。

汽車模具在整個(gè)汽車工業(yè)中占了相當(dāng)重要的地位，而汽車工業(yè)在整個(gè)制造業(yè)中又占了相當(dāng)重要的地位。過去一個(gè)汽車從最初構(gòu)想到完成生產(chǎn)，需要兩三年甚至更多的時(shí)間：而在計(jì)算機(jī)業(yè)高度發(fā)達(dá)的今天，在CAD／CAM／CAE技術(shù)日漸成熟的基礎(chǔ)上，利用虛擬制造技術(shù)可以大大縮短汽車的開發(fā)周期，還可以降低企業(yè)的開發(fā)成本。虛擬制造技術(shù)在汽車模具制造中具有很好的應(yīng)用前景，但是在我國，由于受到多方面的約束，虛擬技術(shù)用在汽車模具中的還比較少，大多數(shù)研究還只是處在理論方面：在以后的研究中，我們應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用這方面多作研究，把虛擬制造技術(shù)和其他數(shù)字技術(shù)集合起來，利用計(jì)算機(jī)和因特網(wǎng)，把虛擬制造技術(shù)的優(yōu)勢更好的應(yīng)用起來。