虛擬制造在汽車覆蓋件模具制造中的應(yīng)用

摘 要：近年來汽車行業(yè)呈井噴式發(fā)展，這使得汽車模具發(fā)揮著越來越重要的作用。虛擬制造技術(shù)在汽車產(chǎn)品研發(fā)中具有很高的實(shí)用價(jià)值，該技術(shù)在汽車行業(yè)具有巨大潛力。文章介紹了虛擬制造技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)，以及其在實(shí)際應(yīng)用中的流程，最后對應(yīng)用中的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：覆蓋件 虛擬工藝 汽車模具 機(jī)械制造

中圖分類號：TG386 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0114-02

1 虛擬制造技術(shù)概述

虛擬制造是上世紀(jì)八十年代由國外專家在融合了仿真、計(jì)算機(jī)和信息等技術(shù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的一種新的制造技術(shù)，完全模擬了生產(chǎn)制造過程中機(jī)器和人之間的信息交流，這樣可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)制造過程中存在的問題，并在問題還沒有產(chǎn)生重大影響時(shí)采取有效的措施，從而使產(chǎn)品一次合格，實(shí)現(xiàn)降低成本、提高效率和減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間的目標(biāo)。在進(jìn)行虛擬制造時(shí)，生產(chǎn)產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)、生產(chǎn)流程的建模、仿真、裝配以及質(zhì)檢都在計(jì)算機(jī)上完成，因而可以不用啟動(dòng)機(jī)床來生產(chǎn)出實(shí)際產(chǎn)品，再來檢驗(yàn)其是否合格，大大降低了風(fēng)險(xiǎn)，避免發(fā)生模具反復(fù)整改乃至報(bào)廢的情況，從而縮短模具開發(fā)周期，提高成品率。虛擬制造為模具制造三要素質(zhì)量、成本、交期提供了理論支撐，其主要有以下三方面關(guān)鍵技術(shù)的融合：

1.1 產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)

產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)是一種面向數(shù)字化的將產(chǎn)品的原理、結(jié)構(gòu)和性能等參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，然后通過計(jì)算機(jī)來完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證產(chǎn)品在理論數(shù)值情況下的成型性，模擬板件成型過程，對成型過程缺陷反復(fù)修改模擬計(jì)算，直至成型合格后下發(fā)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并驗(yàn)證產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能和裝配互換性，預(yù)估產(chǎn)品設(shè)計(jì)效果。經(jīng)過不斷的仿真調(diào)試，可以優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝流程，規(guī)避制造風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到降低成本的目的。

1.2 產(chǎn)品的虛擬制造技術(shù)

產(chǎn)品的虛擬制造技術(shù)借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的資源、環(huán)境和產(chǎn)能，合理選用加工方法、加工參數(shù)。在計(jì)算機(jī)上建立合適的模型，并且對加工過程和裝配過程的工藝性、配件的運(yùn)動(dòng)特性等特征參數(shù)進(jìn)行數(shù)字的仿真分析。通過分析仿真結(jié)果，提早發(fā)現(xiàn)加工過程存在的缺陷和裝配不合適等問題，進(jìn)而及時(shí)作出結(jié)構(gòu)及工藝修改，優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。產(chǎn)品的虛擬制造技術(shù)融合材料熱加工、裝配工藝、模具調(diào)試制造技術(shù)等。

1.3 虛擬制造系統(tǒng)

虛擬制造系統(tǒng)將仿真技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控模型，對機(jī)器控制模型進(jìn)行仿真，可以使企業(yè)根據(jù)車間的具體情況進(jìn)行不同的優(yōu)化控制，從而使得生產(chǎn)過程得到優(yōu)化，得到更好的綜合制造系統(tǒng)。

2 汽車覆蓋件模具虛擬制造的開發(fā)流程

圖1描述的是汽車覆蓋件模具的虛擬制造開發(fā)流程。先對產(chǎn)品需求進(jìn)行分析和概念設(shè)計(jì)，然后開發(fā)需要的軟件在計(jì)算機(jī)虛擬的環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品模型的構(gòu)造，完成產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成。這個(gè)過程環(huán)環(huán)相扣，根據(jù)產(chǎn)品的不同需求，利用仿真分析工具分析產(chǎn)品性能，完全模擬虛擬模型行為。最后根據(jù)仿真結(jié)果，藉由反復(fù)建模→仿真分析→模型完善，到虛擬制造生產(chǎn)出來的模具達(dá)到了要求，然后著手生產(chǎn)。

3 汽車覆蓋件模具虛擬制造中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)學(xué)模型建立

為了盡可能貼近實(shí)際工況，建立一個(gè)簡單而又不至于太過粗糙的數(shù)學(xué)模型是模具虛擬制造的關(guān)鍵。如果數(shù)學(xué)建模誤差過大，虛擬環(huán)境下的仿真結(jié)果就會與實(shí)際出入很大，就無法指導(dǎo)生產(chǎn)、優(yōu)化模具設(shè)計(jì)。在進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立時(shí)應(yīng)充分考慮覆蓋件模具的不同特點(diǎn)，結(jié)合模具需要實(shí)現(xiàn)的功能和制造目標(biāo)，確定關(guān)鍵系數(shù)，提出合適的假設(shè)。上一步所確立的數(shù)學(xué)模型必須能包含模具的制造工序，能對模具受力改變和沖壓件受力形變作出描述，進(jìn)而仿真出實(shí)際生產(chǎn)關(guān)系，預(yù)測生產(chǎn)制造中的可能出現(xiàn)的問題。

3.2 系統(tǒng)集成與方案評估

系統(tǒng)集成的過程是達(dá)到最優(yōu)化統(tǒng)籌設(shè)計(jì)的過程，牽扯多種技術(shù)，包括軟硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信以及協(xié)同管理系統(tǒng)等。因此要著眼全局，綜合考慮不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的同步與接口問題。系統(tǒng)集成可以使設(shè)備的整機(jī)性能達(dá)到最好，也就是所有的零件可以高效低成本工作，并具有較好的可維護(hù)性和擴(kuò)展性。但是，齊全的仿真軟件造價(jià)昂貴，而且，需要大量專業(yè)人員，才能最大程度發(fā)揮軟件功用。

3.3 仿真分析和數(shù)據(jù)處理

汽車模具虛擬制造的難點(diǎn)就在于對模型進(jìn)行仿真和處理分析。仿真分析的過程需要多種技術(shù)協(xié)調(diào)，必須有專業(yè)人員來處理和龐大的數(shù)據(jù)庫，并對數(shù)據(jù)庫相應(yīng)數(shù)據(jù)加以分析運(yùn)用。但是由于大部分的企業(yè)不可能達(dá)到這么高的要求標(biāo)準(zhǔn)，沒有大量的專業(yè)技術(shù)人才，所以很難實(shí)現(xiàn)，汽車模具虛擬制造技術(shù)也沒有得到廣泛的應(yīng)用。

日本豐田公司曾經(jīng)依靠虛擬制造技術(shù)開發(fā)出了AVALON系統(tǒng)。雖然在生產(chǎn)的前期就發(fā)現(xiàn)了問題，但是由于及時(shí)的修正了設(shè)計(jì)方案，降低了企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。這得益于虛擬制造的幫助，AVALON的開發(fā)周期縮短了十個(gè)月，少生產(chǎn)了70%的樣機(jī)，成本也縮減了35%，同時(shí)顯著提高了轎車質(zhì)量。

4 結(jié)語

汽車模具在汽車工業(yè)中扮演著重要角色，汽車工業(yè)又是制造業(yè)的重頭戲。在過去，一個(gè)新車型的研發(fā)需要近三年時(shí)間；在CAD/CAM/CAE技術(shù)日漸成熟的今天，汽車開發(fā)時(shí)間縮短了一半，也大大降低了企業(yè)的研發(fā)成本。虛擬制造技術(shù)前景廣闊，但受到多方面客觀條件約束，應(yīng)用范圍還很小。在以后的研究中，應(yīng)力求將數(shù)字技術(shù)與虛擬制造技術(shù)相結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)，將虛擬制造技術(shù)的優(yōu)勢得到最大限度的發(fā)揮。

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