數(shù)字樣機(jī)在汽車電器系統(tǒng)上的應(yīng)用

伍 昆， 陳 晶

（奇瑞汽車股份有限公司， 安徽蕪湖 241009）

1 數(shù)字樣機(jī)的概念

數(shù)字樣機(jī) （DMU： Digital Mock-Up） 技術(shù)被很多人片面地理解為就是通過(guò)三維模型將零部件裝配在一起， 其實(shí)， 實(shí)現(xiàn)三維裝配是實(shí)現(xiàn)數(shù)字樣機(jī)最基本的一步。 根據(jù)歐洲高級(jí)信息化技術(shù)組織的定義：“數(shù)字樣機(jī)DMU是對(duì)產(chǎn)品的真實(shí)化計(jì)算機(jī)模擬， 滿足各種各樣的功能， 提供用于工程設(shè)計(jì)、 加工制造、 產(chǎn)品拆裝維護(hù)的模擬環(huán)境； 是支持產(chǎn)品和流程、 信息傳遞、 決策制定的公共平臺(tái)； 覆蓋產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到維護(hù)服務(wù)的整個(gè)生命周期?！?由此可見，數(shù)字樣機(jī)技術(shù)主要是指在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上， 通過(guò)三維CAD／CAE／CAM軟件， 建立完整的產(chǎn)品數(shù)字化樣機(jī)， 組成電子化樣機(jī)的每個(gè)部件除了準(zhǔn)確定義三維幾何圖形外， 還賦有相互間的裝配關(guān)系、 技術(shù)關(guān)聯(lián)、 工藝、 公差、 人力資源、 材料、 制造資源、 成本等信息。

2 數(shù)字樣機(jī)的特點(diǎn)和功能

數(shù)字樣機(jī)應(yīng)具有從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、 制造到產(chǎn)品維護(hù)各階段所需的所有功能， 為產(chǎn)品和流程開發(fā)以及從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品維護(hù)整個(gè)產(chǎn)品生命周期的信息交流和決策提供一個(gè)平臺(tái)。 數(shù)字樣機(jī)技術(shù)， 不只是單純的3D裝配， 具有以下的功能和特點(diǎn)。

1） 協(xié)同設(shè)計(jì)中提供的大量工具 （如添加注釋、超級(jí)鏈接、 制作動(dòng)畫、 發(fā)布及網(wǎng)絡(luò)會(huì)議功能）， 使得所有涉及數(shù)字樣機(jī)檢查的團(tuán)隊(duì)成員可以很容易地進(jìn)行協(xié)同工作。

2） 優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠生成零部件或裝配件的幾何描述替代體， 以減少模型數(shù)據(jù)量， 或更好地滿足特定應(yīng)用的特殊要求。

3） 裝配模擬設(shè)計(jì)用來(lái)定義、 模擬和分析裝配過(guò)程和拆卸過(guò)程， 通過(guò)模擬維護(hù)修理過(guò)程的可行性（安裝／拆卸） 來(lái)校驗(yàn)原始設(shè)計(jì)的合理性。

4） 數(shù)字樣機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模擬設(shè)計(jì)。 通過(guò)運(yùn)動(dòng)干涉檢驗(yàn)和校核最小間隙來(lái)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析。

5） 空間分析設(shè)計(jì)使用先進(jìn)的干涉檢查與分析工具、 測(cè)量工具和三維幾何對(duì)比工具等進(jìn)行最佳的數(shù)字樣機(jī)校驗(yàn)。 空間分析模塊可以進(jìn)行設(shè)計(jì)的有效性評(píng)價(jià)。 它提供豐富的空間分析手段， 包括產(chǎn)品干涉檢查、 剖面分析和3D幾何尺寸比較等。 它可以進(jìn)行碰撞、 間隙及接觸等計(jì)算， 并得到更為復(fù)雜和詳盡的分析結(jié)果。

總之， 它能夠處理數(shù)字樣機(jī)審核及產(chǎn)品總成過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題， 能夠?qū)Ξa(chǎn)品的整個(gè)生命周期（從設(shè)計(jì)到維護(hù)） 進(jìn)行考察。 數(shù)字樣機(jī)在電器上的應(yīng)用主要分為零部件的設(shè)計(jì) （如線束布置）， 以及電器的常規(guī)檢查 （大致包括以下幾個(gè)方面： 汽車前刮水器的運(yùn)動(dòng)分析、 蓄電池的人機(jī)操作分析、 全車燈具和儀表的視野法規(guī)分析以及開關(guān)等可操作便利性分析）。 數(shù)字樣機(jī)電器功能圖如圖1所示。

3 功能實(shí)現(xiàn)解析

隨著電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛， 連接電器的線束也隨之不斷增多， 線束布置日趨復(fù)雜， 傳統(tǒng)二維線束布置圖已很難將布線信息完整、準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)。 電器分布在整個(gè)車身的各個(gè)地方， 線束分支多， 線束長(zhǎng)度尺寸誤差大， 綁扎美觀性， 常因綁扎不合理埋下安全隱患。 三維布線是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)汽車廠和設(shè)計(jì)公司普遍應(yīng)用的一種布線方式， 其特點(diǎn)是： 方便、 簡(jiǎn)單、 快捷。 主要功能是：電器系統(tǒng)功能定義， 電器導(dǎo)線布置， 電器零部件設(shè)計(jì)， 電器線束布置， 電器線束展平， 線束二維圖。圖2為線束模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

數(shù)據(jù)模型中， 應(yīng)對(duì)插件、 扎帶、 保護(hù)套等有明確的定義， 線束長(zhǎng)度合理盡量體現(xiàn)裝車的狀態(tài)， 并且具有電器的屬性。 完成整車布置圖后對(duì)其整體布局合理性進(jìn)行評(píng)審和優(yōu)化。 線束布置和三維數(shù)據(jù)的示意圖如圖3所示。

對(duì)于穿過(guò)橡膠件線束， 可以經(jīng)開門和關(guān)門的任意角度的校核， 通過(guò)定義2個(gè)起止點(diǎn)自動(dòng)改變線束的長(zhǎng)度， 做運(yùn)動(dòng)的干涉校核和應(yīng)力分析的校核。 圖4為門開啟和關(guān)閉時(shí)橡膠的變形狀態(tài)， 圖5為數(shù)字樣機(jī)模擬門運(yùn)動(dòng)后的界面， 圖6為關(guān)門后線束長(zhǎng)度測(cè)算狀態(tài)。

數(shù)字樣機(jī)對(duì)線束的布置有非常大的幫助， 首先相對(duì)于傳統(tǒng)的制圖軟件， 它能直接進(jìn)行三維制圖，對(duì)于前期的空間布置和分析， 以及動(dòng)態(tài)的干涉分析而言， 隨時(shí)保持圖紙根據(jù)方案修改變動(dòng)， 關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。在運(yùn)動(dòng)、 分析、 仿真設(shè)計(jì)產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中， 可以不斷完善， 直到最佳的配合狀態(tài)， 或者說(shuō)線束最理想的狀態(tài)。 這些都為以后的實(shí)車布線驗(yàn)證工作帶來(lái)方便，同時(shí)節(jié)約了成本和整個(gè)車型開發(fā)的工作周期。 并且需要主機(jī)廠的布置工程師具備較強(qiáng)的自主研發(fā)能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前許多世界先進(jìn)汽車企業(yè)， 如戴姆勒－克萊斯勒、 寶馬、 三菱和本田等汽車公司， 先后實(shí)施數(shù)字樣機(jī)技術(shù)， 加強(qiáng)了設(shè)計(jì)過(guò)程中最為關(guān)鍵的空間和尺寸控制之間的集成， 在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中不斷對(duì)數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證， 大部分的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤都能被發(fā)現(xiàn)或避免， 從而大大減少實(shí)物樣機(jī)的制作與驗(yàn)證， 提高了產(chǎn)品開發(fā)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

［1］ 施火結(jié)， 張翔. 虛擬樣機(jī)技術(shù)在產(chǎn)品全生命周期中的應(yīng)用［C］／ ／福建省科協(xié)第五屆學(xué)術(shù)年會(huì)數(shù)字化制造及其它先進(jìn)制造技術(shù)專題學(xué)術(shù)年會(huì)論文集. 2005.

［2］ 熊光楞， 李伯虎， 柴旭東. 虛擬樣機(jī)技術(shù)［J］. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)， 2001 （1）： 114-117.

［3］ 李原， 余劍峰， 邵毅， 等. 基于設(shè)計(jì)和裝配過(guò)程的裝配模型研究［J］. 西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2000 （4）： 7-11.