新能源試驗(yàn)室工裝設(shè)計(jì)及測(cè)試能力提升淺析

喬雪，朱蕾，李靜

新能源試驗(yàn)室工裝設(shè)計(jì)及測(cè)試能力提升淺析

喬雪，朱蕾，李靜

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展，新能源汽車試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)需緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，不斷擴(kuò)展提升測(cè)試能力。文章就試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)方式方法及試驗(yàn)室測(cè)試能力提升等提出了部分看法。最后，對(duì)未來(lái)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)及試驗(yàn)室發(fā)展進(jìn)行了展望。

試驗(yàn)工裝；試驗(yàn)；測(cè)試能力；擴(kuò)展提升

前言

隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展，新能源汽車零部件產(chǎn)品也得到了快速發(fā)展。設(shè)計(jì)人員越來(lái)越關(guān)注自己所設(shè)計(jì)的汽車零部件產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)是否能夠滿足要求，隨之而來(lái)的是對(duì)測(cè)試需求的不斷攀升。

在一定程度上仿真軟件可以代替試驗(yàn)測(cè)試，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，然而仿真計(jì)算的參數(shù)是通過(guò)測(cè)試得到的。也就是說(shuō)仿真計(jì)算的準(zhǔn)確性是離不開(kāi)測(cè)試數(shù)據(jù)積累和數(shù)據(jù)驗(yàn)證的。為了滿足不斷增加的試驗(yàn)測(cè)試需求，試驗(yàn)測(cè)試需緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，不斷提升試驗(yàn)測(cè)試能力。

試驗(yàn)工裝是試驗(yàn)室順利開(kāi)展試驗(yàn)測(cè)試不可或缺的部分，可以輔助完成多種類型產(chǎn)品的測(cè)試試驗(yàn)，擴(kuò)展試驗(yàn)室的測(cè)試能力及測(cè)試范圍。科學(xué)合理的試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)，可以滿足測(cè)試中需要的臺(tái)架強(qiáng)度、剛度等需求并可實(shí)現(xiàn)工裝的通用性、模塊化、靈活性、多次可重復(fù)利用性等，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)成本的降低。

除通過(guò)試驗(yàn)工裝外，亦有其它多種方式可擴(kuò)展提升試驗(yàn)室測(cè)試能力，如增設(shè)試驗(yàn)設(shè)備、設(shè)備升級(jí)、多系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試等。

1 試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)

1.1 新能源試驗(yàn)室工裝設(shè)計(jì)意義

隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展，試驗(yàn)室為適應(yīng)快速的技術(shù)發(fā)展，需要通過(guò)多種方式不斷提升自身的測(cè)試水平，擴(kuò)展測(cè)試能力、測(cè)試范圍。其中科學(xué)合理的試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)，是最為經(jīng)濟(jì)、快速、靈活的實(shí)現(xiàn)方式。

1.2 設(shè)計(jì)工具

隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的快速發(fā)展，多款CAD軟件及仿真分析軟件作為工裝設(shè)計(jì)及分析的輔助工具可供設(shè)計(jì)人員選用。功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定成熟的CAD軟件、仿真分析軟件，如PROE、CATIA、HyperWorks、Ansys等主流軟件，早已普遍應(yīng)用于各行業(yè)工程設(shè)計(jì)及分析領(lǐng)域。

通過(guò)運(yùn)用CAD類軟件強(qiáng)大的三維建模能力，可對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)、待測(cè)件、試驗(yàn)工裝等進(jìn)行三維建模，搭建一個(gè)虛擬的測(cè)試平臺(tái)，通過(guò)這種更直觀的方式判斷試驗(yàn)方案的可行性、試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)的合理性等。通過(guò)運(yùn)用仿真分析類軟件強(qiáng)大的分析計(jì)算能力，不僅可對(duì)工裝強(qiáng)度、剛度、壽命等進(jìn)行分析計(jì)算，從而優(yōu)化工裝結(jié)構(gòu)合理性，還可對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行仿真分析，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)、分析、被測(cè)件性能優(yōu)化。

1.3 試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

由于試驗(yàn)產(chǎn)品的多樣性，因此試驗(yàn)工裝大多是為滿足特定試驗(yàn)或特定環(huán)境而設(shè)計(jì)的非標(biāo)件，部分工裝甚至僅適用于某件單一特定的試驗(yàn)產(chǎn)品，如果不能科學(xué)合理地進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)，在造成浪費(fèi)、增加試驗(yàn)成本的同時(shí)，甚至?xí)涎釉囼?yàn)周期，造成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的延長(zhǎng)。

試驗(yàn)工裝科學(xué)合理的設(shè)計(jì)需要遵循一定的注意事項(xiàng)。

（1）綜合考慮試驗(yàn)要求及試驗(yàn)室環(huán)境因素，合理試驗(yàn)工裝結(jié)構(gòu)布局。試驗(yàn)室空間往往有限，特別是可用于試驗(yàn)的空間并不是無(wú)限大的，這受制于諸如場(chǎng)地大小、設(shè)備可測(cè)試范圍、傳感線允許的工作長(zhǎng)度、待測(cè)試件工作特性、尺寸大小等的影響。

設(shè)計(jì)工裝前，應(yīng)充分理解試驗(yàn)要求，并對(duì)試驗(yàn)室的環(huán)境條件熟悉了解，充分理解待測(cè)件在試驗(yàn)測(cè)試時(shí)對(duì)工裝的要求及相應(yīng)的空間布局，設(shè)計(jì)工裝時(shí)充分滿足試驗(yàn)需求的同時(shí)，還應(yīng)注意避讓工裝與其他設(shè)備、零部件等可能產(chǎn)生干涉的位置?？上群?jiǎn)要分析試驗(yàn)室環(huán)境情況，如圖1所示。通過(guò)評(píng)估試驗(yàn)可利用空間，對(duì)工裝位置及尺寸大小等進(jìn)行限制，避免盲目設(shè)計(jì)造成的浪費(fèi)。這種綜合考慮試驗(yàn)室環(huán)境因素設(shè)計(jì)工裝的理念，也是一種驗(yàn)證待測(cè)件是否能夠在試驗(yàn)室有限資源條件下進(jìn)行試驗(yàn)的評(píng)估方式，如果不適合則可盡早更改試驗(yàn)方案或委托合適的試驗(yàn)室開(kāi)展測(cè)試，從而節(jié)約時(shí)間成本。

圖1 試驗(yàn)測(cè)試環(huán)境概況圖

（2）標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化設(shè)計(jì)。試驗(yàn)工裝一般情況大多為非標(biāo)準(zhǔn)件，并且部分工裝僅僅適合單一的被測(cè)件，通用性不強(qiáng)，導(dǎo)致每次新的試驗(yàn)都需要專門定制工裝，一定程度上增加了試驗(yàn)成本。當(dāng)然，由于被測(cè)件的多樣性，工裝制作不可避免。為提高工裝的可持續(xù)利用性，在設(shè)計(jì)工裝時(shí)應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化設(shè)計(jì)理念，從根本上提高工裝的通用性能。

設(shè)計(jì)中運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化設(shè)計(jì)理念，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有相關(guān)規(guī)定的盡量?jī)?yōu)先遵循標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。遵循國(guó)標(biāo)及企標(biāo)設(shè)計(jì)的工裝更加利于加工制作、成品購(gòu)買及配套部件的匹配，當(dāng)工裝發(fā)生損壞時(shí)，甚至更容易更換部件。試驗(yàn)工裝的通用性應(yīng)強(qiáng)，除適用于當(dāng)前試驗(yàn)要求外，應(yīng)盡量考慮多場(chǎng)合、多用途的可適用性、工裝間的可互換性等。通過(guò)合理設(shè)計(jì)，最大限度削弱非標(biāo)工裝的特異性。

模塊化設(shè)計(jì)思想將工裝設(shè)計(jì)抽象化、功能化。針對(duì)復(fù)雜工裝的設(shè)計(jì)，可將復(fù)雜的工裝抽象打散為多個(gè)不同的功能模塊，模塊間抽象為連接端口，將不同的功能模塊分別安排于不同的設(shè)計(jì)人員開(kāi)展設(shè)計(jì)，最終通過(guò)模塊間共用的連接端口將各模塊整合為完整統(tǒng)一體，如圖2所示。通過(guò)這種“打散”再“整合”的設(shè)計(jì)思路，在面對(duì)復(fù)雜的試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)時(shí)，可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，減輕設(shè)計(jì)人員的工作負(fù)擔(dān)，每位設(shè)計(jì)人員僅需專注于某塊功能模塊的設(shè)計(jì)即可，大大縮短了工裝的設(shè)計(jì)周期及難度。并且模塊化的設(shè)計(jì)方式，增加了工裝使用的靈活性及可重復(fù)利用性，當(dāng)試驗(yàn)內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，可保留部分模塊結(jié)構(gòu)不變，僅針對(duì)變化模塊進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)變動(dòng)即可。

圖2 模塊化工裝設(shè)計(jì)理念

（3）對(duì)工裝性能合理分析驗(yàn)證，確保設(shè)計(jì)成品滿足試驗(yàn)環(huán)境需求。試驗(yàn)工裝的剛強(qiáng)度、壽命等性能優(yōu)劣直接關(guān)系試驗(yàn)安全，因此需借助仿真分析軟件對(duì)工裝進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，從而識(shí)別設(shè)計(jì)缺陷，優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程，提高工裝設(shè)置質(zhì)量和可靠性，進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)周期和成本，確保試驗(yàn)安全。

（4）成本合理。工裝的使用壽命、設(shè)計(jì)制作難度、材料選用等都是構(gòu)成工裝成本的影響因素。針對(duì)工裝的適用場(chǎng)合、使用頻次、強(qiáng)度、剛度等的需求，可對(duì)工裝進(jìn)行合理分類科學(xué)設(shè)計(jì)。

針對(duì)強(qiáng)度、剛度要求高、使用頻繁、不經(jīng)常更換的試驗(yàn)工裝，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有足夠的安全裕量及壽命裕量，這類工裝質(zhì)量及壽命近于永久性使用。對(duì)于永久性使用工裝，應(yīng)確保工裝不會(huì)出現(xiàn)頻繁修復(fù)、損毀等現(xiàn)象，以高穩(wěn)定性、合理的結(jié)構(gòu)、足夠長(zhǎng)的使用壽命來(lái)體現(xiàn)對(duì)成本的優(yōu)化，因而輕量化不應(yīng)作為此類工裝優(yōu)先考慮的降成本方式。

對(duì)于使用頻次低、強(qiáng)度剛度等要求不高的工裝或損耗類工裝，可通過(guò)選取更廉價(jià)、更常見(jiàn)的材料、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、輕量化設(shè)計(jì)等手段降低成本。

工裝成本的降低除通過(guò)選用常見(jiàn)材料外，還應(yīng)綜合考慮工裝制作的工藝成本，設(shè)計(jì)的工裝應(yīng)在滿足功能的前提下合理圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。如能夠以簡(jiǎn)單工藝滿足的制作盡量不提過(guò)高要求，圖紙中各部件尺寸公差、形位公差應(yīng)適度標(biāo)注，工裝各部件結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單易于制作。如圖3所示，（a）的倒角比（b）的倒圓角工藝成本更低，更便于制作，且對(duì)使用功能無(wú)影響。

圖3 工藝圖

面對(duì)新能源汽車技術(shù)日新月異的發(fā)展變化，試驗(yàn)試驗(yàn)測(cè)試能力更是需要不斷擴(kuò)展。通過(guò)多方面、多因素的綜合考慮設(shè)計(jì)工裝以滿足多元化的測(cè)試要求。既可以滿足傳統(tǒng)試驗(yàn)要求及新增試驗(yàn)要求，再配以相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備和人員，從而擴(kuò)展試驗(yàn)室的測(cè)試能力及測(cè)試范圍。

2 試驗(yàn)室測(cè)試能力擴(kuò)展提升

2.1 試驗(yàn)室測(cè)試能力擴(kuò)展方式方法

試驗(yàn)室的規(guī)劃建設(shè)往往受制于當(dāng)前的技術(shù)水平、規(guī)劃目標(biāo)、測(cè)試設(shè)備性能、資金限制、場(chǎng)地限制等因素，因此建設(shè)完成的試驗(yàn)室測(cè)試能力必然會(huì)有一定限制范圍。隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展，測(cè)試需求的增加促使試驗(yàn)室急需擴(kuò)展測(cè)試能力及測(cè)試領(lǐng)域范圍，以滿足不斷發(fā)展的測(cè)試需求。擴(kuò)展提升試驗(yàn)室測(cè)試能力的方式有很多，如利用工裝設(shè)計(jì)改善測(cè)試條件、通過(guò)培訓(xùn)提升測(cè)試人員技術(shù)水平、購(gòu)置新設(shè)備擴(kuò)展測(cè)試能力、擴(kuò)建試驗(yàn)室、規(guī)劃新試驗(yàn)室等。

通過(guò)試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)來(lái)提升試驗(yàn)室測(cè)試能力，是最為經(jīng)濟(jì)、快速、靈活的實(shí)現(xiàn)方式。在現(xiàn)有試驗(yàn)室條件較為成熟的前提下，如試驗(yàn)設(shè)備測(cè)試范圍能夠基本滿足被測(cè)件需求、試驗(yàn)室環(huán)境僅需要略加改變等情況，即可通過(guò)試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)改善試驗(yàn)條件，再配合以新設(shè)備購(gòu)置、提升測(cè)試人員技術(shù)水平等，能夠在較短時(shí)間內(nèi)提升試驗(yàn)室測(cè)試能力、增加試驗(yàn)種類。

試驗(yàn)室的擴(kuò)建、新試驗(yàn)室的規(guī)劃等適用于時(shí)間及資金較充足條件下開(kāi)展。通過(guò)引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備、更充裕的場(chǎng)地、更科學(xué)的設(shè)計(jì)等，從根本上提升試驗(yàn)室等級(jí)。當(dāng)然，該過(guò)程中涉及資金申請(qǐng)、建設(shè)方案評(píng)審、設(shè)備評(píng)審、招標(biāo)等繁雜流程，需要足夠的時(shí)間及資金。

2.2 對(duì)未來(lái)試驗(yàn)測(cè)試、試驗(yàn)室發(fā)展的展望

試驗(yàn)室建設(shè)不易，耗費(fèi)人力、物力、資源，能夠一勞永逸擁有一個(gè)功能全面、適應(yīng)性強(qiáng)、便于改造升級(jí)的試驗(yàn)室是任何組織單位所希望的。更加智能、試驗(yàn)平臺(tái)搭建更加靈活多變、省時(shí)省力、場(chǎng)地適應(yīng)性更強(qiáng)、試驗(yàn)結(jié)果可智能記錄分析、便于升級(jí)、易于實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等能力，成為了試驗(yàn)室越來(lái)越迫切的需求。

圖4 智能化試驗(yàn)室測(cè)試構(gòu)想

圖4所示為一種智能化試驗(yàn)室測(cè)試構(gòu)想。如圖所示，在該試驗(yàn)室中，試驗(yàn)人員可僅通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備發(fā)送命令對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，該控制不僅指對(duì)測(cè)試啟停、數(shù)據(jù)記錄等的控制，而是包含對(duì)設(shè)備移動(dòng)、調(diào)用、測(cè)試臺(tái)架連接安裝等的智能控制。通過(guò)試驗(yàn)人員下達(dá)的命令，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)中的設(shè)備、被測(cè)件、傳感器、工裝等試驗(yàn)材料通過(guò)智能軌道運(yùn)輸至需要安裝的位置，再通過(guò)智能自動(dòng)機(jī)械手臂，最終完成被測(cè)件的臺(tái)架安裝。同時(shí)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)向試驗(yàn)計(jì)算機(jī)反饋，計(jì)算機(jī)根據(jù)試驗(yàn)需求自動(dòng)記錄、分析測(cè)試數(shù)據(jù)并輸出結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果可與模擬仿真分析結(jié)果相對(duì)比分析，調(diào)整仿真狀態(tài)，并將調(diào)整后狀態(tài)反饋試驗(yàn)計(jì)算機(jī)，從而通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算機(jī)完成對(duì)試驗(yàn)測(cè)試狀態(tài)的調(diào)整，進(jìn)而反復(fù)開(kāi)展試驗(yàn)測(cè)試并記錄、分析測(cè)試數(shù)據(jù)。此構(gòu)想可使試驗(yàn)測(cè)試實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化，并且試驗(yàn)測(cè)試與仿真分析結(jié)合，快速優(yōu)化仿真模型，試驗(yàn)測(cè)試不但得到了產(chǎn)品的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)，并且可獲得可靠?jī)?yōu)質(zhì)的仿真分析模型。通過(guò)該仿真分析模型，即可解決系列類似產(chǎn)品的準(zhǔn)確分析結(jié)果，從而減少試驗(yàn)測(cè)試成本。

3 結(jié)束語(yǔ)

相信隨著試驗(yàn)室設(shè)備、規(guī)劃、技術(shù)、工裝等的迅速發(fā)展，新能源試驗(yàn)室的測(cè)試能力、測(cè)試范圍會(huì)不斷擴(kuò)展提升，越來(lái)越能夠適應(yīng)、匹配快速發(fā)展的新能源汽車技術(shù)。

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Analysis on Tool Design and Testing Ability Improvement of New Energy Laboratory

Qiao Xue, Zhu Lei, Li Jing

（Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

With the rapid development of new energy automobile technology,the test technology of new energy automobile needs to keep pace with the development of the times,and constantly expand and improve the test capability.This paper puts forward some opinions on the design method of test fixture and the improvement of test ability in laboratory.Finally,the future test technology and laboratory development are prospected.

Test tooling; Test; Testing ability; Extension and promotion

U467

A

1671-7988(2019)18-151-03

U467

A

1671-7988(2019)18-151-03

喬雪（1989-），女，助理工程師，就職于陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，從事新能源汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)、電機(jī)等零部件測(cè)試研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.050