面向汽車零部件的虛擬裝配技術(shù)的相關(guān)分析

劉曉潔 別玉娟

摘 要：虛擬裝配是連接產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)制造的重要環(huán)節(jié)，其還是虛擬制造的主要構(gòu)成部分，而且裝配直接影響著產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。在實踐工程項目時，對于比較復(fù)雜的產(chǎn)品而言，裝配主要以手工操作為主體，同時裝配技術(shù)與產(chǎn)品的設(shè)計以及生產(chǎn)制造技術(shù)相比較也處于滯后。通過利用計算機(jī)的仿真技術(shù)作為基礎(chǔ)，在一定程度上改進(jìn)零部件的結(jié)構(gòu)，可以有效提升裝配工作效率，減小汽車零部件的裝配難度。

關(guān)鍵詞：汽車零部件；虛擬裝配；仿真

虛擬裝配作為虛擬制造的主要構(gòu)成部分，充分運用虛擬裝配能夠?qū)ρb配的系統(tǒng)自身性能進(jìn)行優(yōu)化，在一定程度上滿足市場與客戶要求，進(jìn)而減小產(chǎn)品裝配成本。一般狀況下，對于單個零件難以實現(xiàn)的產(chǎn)品功能，唯有將許多零件進(jìn)行組合，然后應(yīng)用運動副與約束構(gòu)成裝配體，才可以實現(xiàn)相應(yīng)功能。盡管有大量的方法能夠提升產(chǎn)品工藝裝配效率，可是實現(xiàn)存在一定難度，若果利用計算機(jī)系統(tǒng)的仿真技術(shù)，就能夠在產(chǎn)品的設(shè)計時期充分考慮與模擬產(chǎn)品相應(yīng)裝配的可操作性，同時制定一項設(shè)計規(guī)則，就可以在一定程度上減小制造成本，提升裝配效率。

1 虛擬裝配概述

虛擬裝配主要是以零部件的三維模型作為基礎(chǔ)，然后利用計算機(jī)系統(tǒng)中的仿真模擬產(chǎn)品裝配的所有過程，有效規(guī)劃裝配的具體路徑，深入分析產(chǎn)品自身的可裝配性。目前，虛擬裝配和實踐裝配主要存在兩方面關(guān)系。其中一方面是利用數(shù)字模型取代產(chǎn)品的實踐模型，另外一方面是利用裝配仿真有效模擬實踐裝配的過程。汽車零部件的裝配存在的問題主要產(chǎn)品設(shè)計和裝配建模、裝配分析以及裝配規(guī)劃四個方面，其中產(chǎn)品設(shè)計主要是建立了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系，而裝配建模指出零部件之間的具體位置關(guān)系，裝配分析主要是對汽車零部件的裝配性完成定量或是定性分析，另外裝配規(guī)劃一般是提出合理的裝配工藝程序。這樣設(shè)計人員能夠依據(jù)裝配分析的具體結(jié)果，對汽車零部件的裝配工藝進(jìn)行優(yōu)化。

2 面向汽車零部件虛擬裝配的設(shè)計

2.1 裝配建模形式

在計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展下，已經(jīng)研發(fā)出計算機(jī)的集成制造和并行工程等相關(guān)技術(shù)，一系列新技術(shù)打破了以往的裝配建模形式，目前已經(jīng)形成了自頂向下的先進(jìn)裝配建模形式，如圖所示。此種建模形式主要是將產(chǎn)品的功能作為出發(fā)點，要制定實現(xiàn)產(chǎn)品對應(yīng)功能的初步設(shè)計方案與裝配結(jié)構(gòu)草圖，然后獲取產(chǎn)品的相應(yīng)功能模型，同時將功能模型作為基礎(chǔ)，設(shè)置約束與產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)，最終要對零部件與裝配體完成具體的參數(shù)設(shè)計。另外，在進(jìn)行設(shè)計時一定要不斷對裝配的設(shè)計方案完成深入分析以及優(yōu)化，一直到滿足相關(guān)功能需求位置。此種裝配建模形式有許多特點。首先其滿足產(chǎn)品設(shè)計需求，汽車零部件的設(shè)計過程主要是指完成裝配模型從初期的抽象到最終的具體過程，初期的裝配模型主要通過概念模型的狀態(tài)呈現(xiàn)產(chǎn)品功能，將其作為基礎(chǔ)，然后慢慢形成具備幾何形狀的相應(yīng)裝配體模型，從而獲取產(chǎn)品具體設(shè)計模型。其次，利于完成并行設(shè)計以及協(xié)同設(shè)計。而自頂向下的裝配建模方法一定要先明確產(chǎn)品的具體設(shè)計意圖和關(guān)鍵功能與配合關(guān)系等，這樣在分配任務(wù)的過程中可以把任務(wù)同步分配給所有的設(shè)計小組。

2.2 面向裝配的設(shè)計技術(shù)

裝配指把零件組合成為完整產(chǎn)品的過程，而面向裝配設(shè)計就是在產(chǎn)品的開發(fā)初期綜合考慮產(chǎn)品自身的可裝配性，進(jìn)而降低產(chǎn)品開發(fā)時出現(xiàn)的反復(fù)次數(shù)，有效縮短產(chǎn)品的研究開發(fā)周期，加強(qiáng)產(chǎn)品的質(zhì)量，在一定程度減小產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。同時面向裝配設(shè)計制定的原則有運用標(biāo)準(zhǔn)零件和模塊設(shè)計以及減少零件間調(diào)整等。另外，裝配評價主要關(guān)系兩個方面，主要有設(shè)計方案具備的可裝配性分析與裝配過程分析。以往的裝配評價手段主要有以比較容易完成裝配的原則完成分析，比如說零部件對稱性和裝配方向等，以及公理化方法，也就是運用設(shè)計指南與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)完成裝配體的有效評價。

2.3 裝配過程仿真

裝配過程仿真就是吧裝配序列與裝配路徑通過動態(tài)的模式在計算機(jī)中完成演示，這樣客戶就能夠比較直觀的連接部件裝配規(guī)劃的具體結(jié)果，進(jìn)而便于更為深入的完成裝配體相關(guān)裝配方案的優(yōu)化。另外，裝配仿真還能夠培訓(xùn)工作人員，使其能夠?qū)Ξa(chǎn)品的裝配有一個更為清晰與具體的認(rèn)知，進(jìn)而在一定程度上提升零部件的裝配效率。一般情況下，裝配仿真過程主要有三個層系。首先是比較簡單的裝配仿真，其能夠直接從工藝規(guī)劃中獲得零部件相應(yīng)的裝配順序以及裝配路徑，對零部件的具體裝配過程實現(xiàn)模擬，同時有效指出各個路徑是否存在干涉問題。其次是動態(tài)裝配仿真，對于裝配序列應(yīng)該試試改進(jìn)與調(diào)節(jié)初期的裝配設(shè)計方案與控制節(jié)點的具體位置，可以檢測出各個路徑中是否存在相關(guān)干涉點與控制點間是否存在碰撞問題。最后是復(fù)合裝配仿真，經(jīng)過求解汽車零部件的相關(guān)拆卸順序從而獲取最優(yōu)化的拆卸方案，利用反求拆卸方案能夠獲取裝配方案與裝配序列，同時以此作為基礎(chǔ)實現(xiàn)產(chǎn)品的裝配過程仿真。

3 結(jié)束語

虛擬裝配技術(shù)具備良好的發(fā)展與應(yīng)用前景，其已經(jīng)成為產(chǎn)品研究與開發(fā)的主要環(huán)節(jié)，同時也是提升裝配質(zhì)量與降低裝配成本的重要手段。通過對汽車零部件虛擬裝配技術(shù)的分析，未來還應(yīng)該進(jìn)一步研究公差分析方法，從而保證零件裝配的整體質(zhì)量。

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作者簡介：劉曉潔（1984—），女，河南三門峽人，碩士研究生，助教，研究方向：汽車裝配與制造、新能源汽車。