虛擬制造技術(shù)在汽車裝配工藝中的應(yīng)用

摘要：隨著人們生活水平的提高，中國(guó)的科技迅速發(fā)展，虛擬制造技術(shù)也取得了巨大突破，日益成熟，特別是在汽車組裝過(guò)程中取得的成果尤為顯著。汽車組裝相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)模擬技術(shù)生產(chǎn)非?，F(xiàn)實(shí)實(shí)用的零部件，同時(shí)為汽車組裝工程的完成提供了有效的發(fā)展路徑，在制造過(guò)程中的有效解決了各種問(wèn)題，提供了新的機(jī)會(huì)，促進(jìn)了虛擬制造技術(shù)在汽車組裝過(guò)程中的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù);汽車;裝配工藝;實(shí)踐應(yīng)用

0 ?引言

虛擬制造基于模擬技術(shù)和虛擬模型，在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域結(jié)合模型，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，改變汽車零部件地一些缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的低廉成本制。在目前虛擬制造的實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)虛擬制造在汽車工業(yè)地大力支持下，有效提高汽車組裝過(guò)程的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了汽車組裝的優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前虛擬制造在汽車制造領(lǐng)域仍然具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)虛擬制造的研究和應(yīng)用在中國(guó)對(duì)促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展起著重要作用。

1 ?虛擬制造技術(shù)概況

虛擬制造技術(shù)（virtual manufacturing technology，VMT）以模擬技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行建模，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工和裝配的全過(guò)程進(jìn)行模擬，通過(guò)虛擬制造對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)從階段開始模擬產(chǎn)品性能和整個(gè)制造過(guò)程，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等方面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品整體優(yōu)化，全面提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能，并在產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)虛擬制造，進(jìn)一步提高生產(chǎn)管理和各個(gè)領(lǐng)域的資源規(guī)劃。在整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)中進(jìn)行科學(xué)安排，能夠最小化生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本，提高各方面的效益。汽車工業(yè)產(chǎn)品通過(guò)這樣的虛擬制造，汽車企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力明顯提高，管理更加科學(xué)。目前虛擬制造的實(shí)際應(yīng)用并不多，是一種新技術(shù)，但虛擬制造在制造領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用廣泛，虛擬制造的實(shí)際價(jià)值受到許多企業(yè)的重視。未來(lái)，虛擬制造有望成為推動(dòng)制造業(yè)綜合革新的核心技術(shù)。

該項(xiàng)技術(shù)的所有裝配過(guò)程基本上是對(duì)計(jì)算機(jī)中制造產(chǎn)品的全過(guò)程的真實(shí)反應(yīng)，基于現(xiàn)代先進(jìn)地計(jì)算機(jī)及大數(shù)據(jù)云服務(wù)器地背景下，這項(xiàng)技術(shù)有很大的發(fā)揮空間。通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和建構(gòu)模型，產(chǎn)品性能和整體可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全面的模擬和評(píng)價(jià)，這樣可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品本身的問(wèn)題，及時(shí)解決問(wèn)題，優(yōu)化產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)，這與設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、復(fù)檢的全過(guò)程有關(guān)。這包含實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)全方位控制和管理的許多重要環(huán)節(jié)，避免產(chǎn)品生產(chǎn)中不必要的浪費(fèi)。

要將該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)實(shí)踐于組裝工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)在車企中全方位地設(shè)計(jì)和合理安排制造工藝及生產(chǎn)線，通過(guò)一些計(jì)算機(jī)或者軟件對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)及后期處理分析及生產(chǎn)，最終為做實(shí)物奠定基礎(chǔ)?；谒械难b配步驟中，能夠?qū)λ胁襟E進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，檢查裝配步驟，保證在汽車組裝中不發(fā)生重復(fù)設(shè)計(jì)等變化，全面提高裝配效率;另外，通過(guò)虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用，使企劃公司在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析，提高整體包裝工藝的效率，使企業(yè)專注于技術(shù)和管理優(yōu)化，在資源有限的情況下提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

2 ?虛擬制造技術(shù)應(yīng)用

2.1 構(gòu)建大型信息庫(kù)

在汽車組裝步驟里，基于該項(xiàng)技術(shù)地特殊功能，能夠把汽車裝配中地所有數(shù)據(jù)采用分類地方式，依次是產(chǎn)品、資源及過(guò)程3種。這樣基于汽車裝配地步驟中，這些零件地一些數(shù)據(jù)、車身、零件和標(biāo)準(zhǔn)零件之間地各種關(guān)聯(lián)，主要是為了實(shí)踐經(jīng)營(yíng)者、生產(chǎn)線、零部件之間地邏輯關(guān)聯(lián)。在汽車組裝過(guò)程中，是基于車企地生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際研究出地結(jié)構(gòu)。因此，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要是定義企業(yè)目前的數(shù)據(jù)需求和標(biāo)準(zhǔn)，其中這里面所包含的產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和模型，再定義能夠?qū)榆嚻髽?biāo)準(zhǔn)地界面信息，如名稱、組號(hào)、說(shuō)明、模型、汽車零部件等重要信息，資源結(jié)構(gòu)是根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況，汽車企業(yè)重新定義資源的數(shù)量和結(jié)構(gòu)，過(guò)程要素主要是針對(duì)實(shí)際汽車組裝過(guò)程和軟件操作接口的定義。根據(jù)實(shí)際的汽車組裝工程，可以先建立十三種通用資源庫(kù)，罐裝設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、材料架、包括傳動(dòng)工具等，這些設(shè)備地建立可以更好地為車企提供發(fā)展范例和模板，為今后車企地健康成長(zhǎng)和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2.2 輸入資料信息

通過(guò)對(duì)汽車裝配步驟地觀察，采取該項(xiàng)技術(shù)得到的資料大部分為產(chǎn)品數(shù)據(jù)及工藝數(shù)據(jù)。其中，產(chǎn)品數(shù)據(jù)大體可以是將一些參數(shù)及數(shù)據(jù)統(tǒng)一引進(jìn)到整合軟件中，通過(guò)相應(yīng)的接口程序?qū)⑺袛?shù)據(jù)信息和資源傳送到后臺(tái)數(shù)據(jù)基文件，并利用一些腳本程序?qū)⒄麄€(gè)BOM地圖的數(shù)據(jù)和信息資源傳送到產(chǎn)品屬性，最終正確定義產(chǎn)品屬性。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)腳本程序自動(dòng)獲取與汽車組裝過(guò)程中的各種相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，再進(jìn)一步獲取過(guò)程數(shù)據(jù)后，通過(guò)建立流程模塊，用于符合企業(yè)實(shí)際情況的標(biāo)準(zhǔn)，確定實(shí)際的汽車組裝流程的各個(gè)參數(shù)，如有一定的工程或鏈接處理的設(shè)備相關(guān)過(guò)程，需要參閱新的機(jī)型組裝過(guò)程計(jì)劃，如未來(lái)的汽車組裝工序中有類似的或有類似的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。該工程計(jì)劃模塊可以直接應(yīng)用于新產(chǎn)品地設(shè)計(jì)及計(jì)劃，繼續(xù)這些工序地實(shí)踐情況及使用規(guī)則，把這些步驟及工藝進(jìn)行創(chuàng)新及改良，可以把汽車零部件生產(chǎn)地時(shí)間壓縮到最短，增強(qiáng)汽車零部件地生產(chǎn)效率。

2.3 計(jì)劃加工工藝

基于實(shí)踐該技術(shù)軟件地步驟中，建立這些存儲(chǔ)空間并將這些存儲(chǔ)起來(lái)，將各種數(shù)據(jù)和信息資源進(jìn)行組合和連接，使數(shù)據(jù)的分類過(guò)濾和實(shí)踐于不同地場(chǎng)合，最后建立產(chǎn)品研究和生產(chǎn)模塊，為了在計(jì)算機(jī)及大數(shù)據(jù)服務(wù)器了實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車裝配地完整性，需要通過(guò)計(jì)算機(jī)等設(shè)備對(duì)這幾個(gè)步驟進(jìn)行仿真，計(jì)算機(jī)里保存了原始組裝過(guò)程，所以在新產(chǎn)品組裝過(guò)程中，需要調(diào)整和改進(jìn)原始過(guò)程，實(shí)際應(yīng)用于虛擬組裝，完成汽車成品地組裝。在這種情況下，所有的數(shù)據(jù)和信息資源在實(shí)際中都是通過(guò)模擬技術(shù)完成并可用于制造和組裝的全面、完整的模擬過(guò)程，同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)地汽車生產(chǎn)管理軟件可以模擬生產(chǎn)情況，完成產(chǎn)品和裝配過(guò)程的驗(yàn)證和修改過(guò)程，逐步提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃的準(zhǔn)確性，可以讓所有相應(yīng)的功能全部實(shí)現(xiàn)?；谄囇b配及汽車安裝地步驟中，要特別重視在這個(gè)進(jìn)程里是不是存在“違規(guī)接觸”，假設(shè)存在上述問(wèn)題，應(yīng)掌握正確地接觸位置，基于這些因素要進(jìn)行細(xì)致的分析，防止這種情況的再一次發(fā)生造成難以彌補(bǔ)的危害。

2.4 調(diào)整初步線平衡

我們把該項(xiàng)技術(shù)使用在汽車內(nèi)部布線地平衡計(jì)算時(shí)，必須完成整車組裝過(guò)程的設(shè)置工作。第一步，基于汽車組裝步驟互相地所有邏輯關(guān)系，優(yōu)化及創(chuàng)新汽車組裝步驟。第二步，企業(yè)真實(shí)地生產(chǎn)線，基于計(jì)劃及設(shè)計(jì)裝配步驟，第三步基于汽車地真實(shí)組成，預(yù)估裝配過(guò)程的各個(gè)部分和作業(yè)區(qū)域，并對(duì)各工序之間的合理作業(yè)時(shí)間進(jìn)行估算，完成上述設(shè)置后，采取該項(xiàng)技術(shù)構(gòu)建地生產(chǎn)線，通過(guò)數(shù)學(xué)方法得到平衡后的起始布線，然后思考起始線路地優(yōu)點(diǎn)及問(wèn)題，基于經(jīng)驗(yàn)及實(shí)踐內(nèi)容把這些步驟優(yōu)化，抽查這些步驟地問(wèn)題，然后復(fù)現(xiàn)汽車裝配步驟，如有問(wèn)題，還可以通過(guò)后臺(tái)服務(wù)器里的大數(shù)據(jù)，優(yōu)化這些步驟之間地關(guān)系。

2.5 設(shè)計(jì)具體工藝

細(xì)致地設(shè)計(jì)步驟為采用虛擬制造技術(shù)對(duì)生產(chǎn)線裝配步驟地中間工作站使用細(xì)致地復(fù)現(xiàn)，由于新產(chǎn)品的參數(shù)與傳統(tǒng)工藝不一致，所以經(jīng)過(guò)調(diào)整和改進(jìn)，在工作站和人工學(xué)上有必要把它們進(jìn)行細(xì)致地設(shè)計(jì)。如果我們想得到更好地工作站情況，要針對(duì)這些設(shè)備，采用全方位的模擬，一方面，在人工機(jī)械工學(xué)過(guò)程中，另一方面設(shè)計(jì)時(shí)要復(fù)現(xiàn)裝配的步驟，基于這兩個(gè)角度，培養(yǎng)基于這兩個(gè)角度地設(shè)計(jì)理念，順利的進(jìn)行汽車地一系列裝配。

2.6 模擬裝配實(shí)踐過(guò)程

基于大部分仿真及模擬汽車裝配地?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)這些內(nèi)容可以通知汽車加工車間進(jìn)行實(shí)踐和組裝，這些汽車零部件和整車可以通過(guò)模擬地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行裝配，然后還可以對(duì)這些零部件進(jìn)行創(chuàng)新和提高，將輸出工程文件的相關(guān)內(nèi)容，如流程圖、工程設(shè)計(jì)等，進(jìn)行模擬實(shí)踐。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的實(shí)際參數(shù)和工藝進(jìn)行實(shí)踐，并對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，可以大大降低汽車組裝全過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的幾率。

3 ?結(jié)論

與國(guó)外模擬制造技術(shù)相比，中國(guó)的模擬制造技術(shù)相對(duì)較差。與國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)和產(chǎn)品不緊密，許多企業(yè)仍然采用傳統(tǒng)的制造方法，因此我們的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)與外國(guó)企業(yè)相比并不明顯，但這給我們提供了機(jī)會(huì)，面對(duì)如此廣闊的市場(chǎng)，相關(guān)技術(shù)者應(yīng)該高度重視技術(shù)研究，不斷結(jié)合虛擬制造技術(shù)和汽車組裝工序，實(shí)現(xiàn)效率最大化，提高企業(yè)生產(chǎn)效益。

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作者簡(jiǎn)介：羅森森（1985-），男，安徽合肥人，本科，工程師，研究方向?yàn)槠囇b配與數(shù)字化制造。