重卡新產(chǎn)品裝配工藝虛擬分析技術淺析

徐興有 王成龍 任國盈

中國重汽集團濟南卡車股份有限公司 山東省濟南市 250000

1 引言

隨著國民經(jīng)濟水平的不斷提升，汽車行業(yè)內(nèi)的市場競爭越來越激烈，若能夠提高汽車裝配效率，則可擴大生產(chǎn)贏得市場。對于重卡新產(chǎn)品的開發(fā)工作而言，有效縮短新產(chǎn)品設計與裝配周期，可幫助汽車企業(yè)提高競爭實力，實現(xiàn)擴大市場的目標。裝配虛擬分析是產(chǎn)品開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，能夠降低新產(chǎn)品在實際設計裝配過程中的風險，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，對汽車企業(yè)的發(fā)展具有重要意義與價值。

2 虛擬分析技術的概念

計算機仿真技術是虛擬分析技術的理論核心，在使用的過程中，虛擬分析技術能夠借助計算機建模等功能對重卡新產(chǎn)品的設計及零件制造、裝配各項生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行統(tǒng)一建模，并對新產(chǎn)品的全套裝配工藝進行模擬，從而預估新產(chǎn)品的實際使用情況及性能，檢測各環(huán)節(jié)內(nèi)存在的問題，對工藝生產(chǎn)路線進行優(yōu)化。在重卡新產(chǎn)品設計的初始階段，需要將裝配過程中各項參數(shù)的變化情況，利用計算機進行模擬，才能分析出新產(chǎn)品設計與生產(chǎn)過程中存在的影響因素，并預測新產(chǎn)品的制造成本與各項性能水平。通過虛擬分析能夠提高新產(chǎn)品生產(chǎn)更加經(jīng)濟有效，對各項資源進行合理配置，從而達到生產(chǎn)成本周期最小化，產(chǎn)品品質(zhì)最優(yōu)化，生產(chǎn)效率最高化。虛擬分析技術還可對重卡新產(chǎn)品的零部件制作過程、加工方法工序工藝過程與參數(shù)等環(huán)節(jié)進行虛擬環(huán)境的模擬，從而更好地分析與評價新產(chǎn)品零部件的可裝配性問題。

將虛擬分析技術應用于重卡新產(chǎn)品裝配工藝中，能夠更加利于新產(chǎn)品的研究，并有效處理復雜的產(chǎn)品裝配問題，預先發(fā)現(xiàn)裝配工藝過程內(nèi)存在的缺陷與問題，及時探尋處理方法，優(yōu)化各項裝配過程，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

3 虛擬分析技術的分類

3.1 以產(chǎn)品設計為中心的虛擬分析技術

在新產(chǎn)品研發(fā)的過程中，根據(jù)產(chǎn)品研發(fā)的實際情況，結(jié)合數(shù)據(jù)化三維模擬技術，完成以產(chǎn)品設計作為中心的虛擬分析技術，將產(chǎn)品作為設計的虛擬分析技術，主要以設計核心作為重點，具體的使用表現(xiàn)如下：

首先是面向裝配設計的虛擬分析技術，也就是在新產(chǎn)品研發(fā)的初期階段，借助虛擬分析技術，將設計與裝配兩過程進行結(jié)合，并以設計的角度對產(chǎn)品的可裝配性進行虛擬模擬分析，并通過虛擬分析等仿真操作，完成后續(xù)對產(chǎn)品裝配的檢驗工作，確保所設計的新產(chǎn)品結(jié)構良好。面向裝配設計的虛擬分析技術能夠協(xié)調(diào)設計部門與制造部門的關系，令二者可在產(chǎn)品研發(fā)的初期階段就可實現(xiàn)高效的協(xié)同工作。

其次則是至上而下的產(chǎn)品并行設計所使用的虛擬分析技術，虛擬分析技術可幫助產(chǎn)品進行設計的裝配，建立起分層次的產(chǎn)品設計動態(tài)虛擬樣機。產(chǎn)品在進行并行設計時，需要綜合地考慮到各項環(huán)節(jié)，因此，在設計的初期，需要對產(chǎn)品設計研發(fā)的周期進行集成并行設計，全面地考慮到相關因素，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題。

在產(chǎn)品研發(fā)過程中，虛擬分析技術可對不同階段構建出相關的模擬模型，建立起面向設計對象的裝配設計環(huán)境，令產(chǎn)品的設計具有一定的參考性，從而更好地突出產(chǎn)品設計思想。通過虛擬分析技術的輔助，可以將新產(chǎn)品設計的各個環(huán)節(jié)都控制在可裝配的范圍內(nèi)，令產(chǎn)品設計的變化體現(xiàn)在裝配部件上，確保所設計的產(chǎn)品與整體裝配工藝相關聯(lián)，保證使用的設計數(shù)據(jù)具有一定集成性，從而避免重復設計。在此之中，還可將不同階段的模型作為虛擬分析的主要核心，從而確保各個研究階段的數(shù)據(jù)結(jié)構完整一致，提高研發(fā)部門之間的協(xié)同與合作，實現(xiàn)新產(chǎn)品裝配的高度集成，保證產(chǎn)品實際的可制造性與裝配性。

3.2 以過程為中心的虛擬分析技術

以過程作為中心的虛擬分析技術主要有以下兩個方面：

通過虛擬分析技術對產(chǎn)品總體設計進程實現(xiàn)控制。在新產(chǎn)品數(shù)字化定義的過程中，需要將產(chǎn)品的特點結(jié)合在一起，從而將虛擬分析技術應用于產(chǎn)品設計過程中。在此，可將虛擬分析技術的應用分為三個階段，分別是：概念設計階段、整體設計階段、詳細設計階段。后可使用虛擬分析技術對產(chǎn)品各個設計進程進行控制，從而有效規(guī)劃產(chǎn)品的裝配工藝順序，對裝配步驟進行統(tǒng)一，有效提高產(chǎn)品的裝配效率。

其次則是通過虛擬分析技術對裝配過程進行控制管理。通過虛擬分析可建立裝配過程模型，在模型中，包括了新產(chǎn)品開發(fā)的過程描述、過程內(nèi)容的相互關系以及過程間協(xié)作等方面，在實際應用時，可提高對過程模型的管理，提高對新產(chǎn)品設計過程中各個階段設計結(jié)果的管理力度，加強加固工藝等相關信息的管理，從而優(yōu)化產(chǎn)品設計過程。

3.3 以仿真為中心的虛擬分析技術

將虛擬分析技術與產(chǎn)品裝配設計相融合，可以形成于仿真為中心的虛擬分析技術，并通過可視化的仿真結(jié)果對虛擬裝配情況進行評估，從而優(yōu)化重卡裝配過程，提高產(chǎn)品的可裝配型。在優(yōu)化裝配過程時，是對裝配單元進行合理的劃分，令產(chǎn)品能夠適應具體情況，提高產(chǎn)品的可裝配性。其次則是針對產(chǎn)品裝配的難易程度進行評價，再對裝配費用進行計算，并根據(jù)計算結(jié)果討論是否需要修改相關設計。

4 虛擬分析的一般過程

4.1 構建信息庫

針對重卡新產(chǎn)品裝配工藝過程，虛擬分析的應用首先需要構建大型信息庫?；谔摂M分析技術的特殊性，在分析過程中能夠?qū)χ乜ㄐ庐a(chǎn)品裝配過程中涉及的數(shù)據(jù)，依照產(chǎn)品、資源以及過程三種進行分類。針對汽車裝配工藝流程而言，虛擬分析信息庫可構建出基于重卡新產(chǎn)品的零件或標準零件數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)，理順生產(chǎn)線與零部件之間的邏輯關系，從而研究出基于實際基礎的最優(yōu)產(chǎn)品組裝生產(chǎn)線結(jié)構。構建信息庫時，需包含產(chǎn)品涉及的各項數(shù)據(jù)結(jié)構與模型，也就是需要將汽車零部件名稱、組號、說明及模型等重要信息納入系統(tǒng)，并與車企標準相對接，從而為重卡新產(chǎn)品的裝配工藝提供有效的數(shù)據(jù)輔助。將數(shù)據(jù)登記完成之后，還需依照著構建出的資源結(jié)構結(jié)合企業(yè)實際生產(chǎn)情況，對資源的數(shù)量與結(jié)構進行重新定義，從而實現(xiàn)重卡新產(chǎn)品的線上模擬組裝。

4.2 輸入資料信息

結(jié)合重卡裝配工藝各項步驟，在進行虛擬分析過程中，還需將裝配過程涉及到的資料與數(shù)據(jù)進行輸入。也就是在完成虛擬分析工作之前，將裝配工藝過程中涉及到的資料及大部分產(chǎn)品、工藝數(shù)據(jù)進行收集。在此之中，新產(chǎn)品涉及的數(shù)據(jù)可以通過統(tǒng)一引進、整合到軟件當中，也就是利用對應的接口程序，將新產(chǎn)品涉及到的數(shù)據(jù)信息及資源統(tǒng)一傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)基文件當中進行儲存，再利用腳本程序，將BOM 地圖數(shù)據(jù)與信息資源一并傳送到產(chǎn)品屬性，如此方可對新產(chǎn)品的屬性進行正確定義。輸入的數(shù)據(jù)及資料信息可以借助腳本程序，自動對重卡新產(chǎn)品裝配工藝過程中的各項標準與要求進行獲取，獲得標準與要求數(shù)據(jù)之后，就可建立起符合企業(yè)實際情況的流程模塊，從而對重卡新產(chǎn)品裝配工藝各環(huán)節(jié)的各個參數(shù)進行確定，如果一些工程或鏈接處理的設備過程涉及到新的機型，則需參閱該機型的組裝過程計劃，從而對信息資料進行更新。

4.3 計劃加工工藝

在進行虛擬分析的過程中，需要建立起一定的儲存空間，將重卡新產(chǎn)品裝配工藝涉及的各項數(shù)據(jù)及信息資料進行組合、連接及儲存，并通過對信息數(shù)據(jù)的分類與過濾，便于后續(xù)不同場合的應用需求。在此之后，還需建立新產(chǎn)品研究與生產(chǎn)對應模塊。而在虛擬分析過程中，要保證重卡新產(chǎn)品裝配的完整性，還需借助計算機及大數(shù)據(jù)服務器對新產(chǎn)品裝配工藝各個步驟環(huán)節(jié)進行仿真模擬，并對實際的裝配工序進行計劃。因此，需要在計算機內(nèi)保存新產(chǎn)品裝配的原始過程，便于后續(xù)產(chǎn)品研發(fā)與組裝過程中按照實際需求調(diào)整與改進原始過程工序，從而實現(xiàn)重卡新產(chǎn)品的虛擬組裝。在這種情況之下，通過模擬分析獲取的相關數(shù)據(jù)資源，可以輔助重卡新產(chǎn)品完成實際的制造與組裝。除此之外，對加工工藝進行計劃，還可提高重卡新產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，完成新產(chǎn)品裝配過程中的驗證與修改，強化新產(chǎn)品設計與規(guī)劃的準確性。

5 虛擬分析的應用

5.1 調(diào)整初步線平衡

在重卡新產(chǎn)品裝配工藝虛擬分析過程中，還可調(diào)整產(chǎn)品的初步線平衡。虛擬分析技術能夠?qū)ζ嚿a(chǎn)企業(yè)內(nèi)部布線的平衡進行計算，但在計算前還需完成產(chǎn)品的組裝設置工作，也就是需要完成以下三點設置：第一，需要根據(jù)重卡新產(chǎn)品組裝各環(huán)節(jié)之間的邏輯關系，對汽車組裝步驟進行創(chuàng)新與優(yōu)化；第二，還需基于重卡生產(chǎn)企業(yè)的實際生產(chǎn)線，依照生產(chǎn)計劃，對裝配流程周期進行設計；第三，根據(jù)重卡新產(chǎn)品的真實組成部分，對裝配工藝涉及的各個部分及作業(yè)區(qū)域進行預估，同時估算裝配各項工序之間的合理作業(yè)時間。在完成三點設置之后，可以借助數(shù)學方法獲取平衡后的其實布線。

5.2 數(shù)據(jù)導入

通過虛擬分析技術可以將重卡新產(chǎn)品裝配工藝過程中涉及的基礎數(shù)據(jù)導入，該處所指的基礎數(shù)據(jù)主要是產(chǎn)品數(shù)據(jù)與工藝數(shù)據(jù)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)的導入需要使用Teamcenter 軟件，并通過Teamcenter 軟件將產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳輸至CATIA V5 當中，后使用對應的接口程序，令產(chǎn)品數(shù)據(jù)能夠傳送到后臺數(shù)據(jù)庫的文件中，同時腳本程序還可將產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳送到BOM 表內(nèi)，最后借助導入的產(chǎn)品數(shù)據(jù)完成產(chǎn)品屬性的定義。工藝數(shù)據(jù)也需要使用對應的腳本程序進行自動導入，而所導入的工藝數(shù)據(jù)可作為后續(xù)產(chǎn)品裝配過程中使用的標準版數(shù)據(jù)。在對新產(chǎn)品進行設計時，標準數(shù)據(jù)基礎則是重要的設計參考依據(jù)，可以優(yōu)化新產(chǎn)品的工藝，提高踵卡新產(chǎn)品裝配的生產(chǎn)效率。

5.3 工藝規(guī)劃的初步設計

借助虛擬分析技術，還可實現(xiàn)對工藝規(guī)劃的初步設計。通過將產(chǎn)品數(shù)據(jù)與工藝生產(chǎn)資源進行有效關聯(lián)，并利用數(shù)據(jù)庫中的標準工藝模板，實現(xiàn)對新產(chǎn)品的工藝規(guī)劃與設計。虛擬分析技術可基于標準裝配順序的操作，對新產(chǎn)品裝配工序進行優(yōu)化。在此過程中，首先需要利用CATIA V5 打開新產(chǎn)品數(shù)據(jù)，再使用DELMIA 軟件，按照設定好的裝配順序，自動完成新產(chǎn)品裝配工藝的仿真，通過此操作，可以完整地檢測新產(chǎn)品裝配工藝的仿真過程，深入判斷裝配工藝順序的可行性，及時找出其中存在的干擾項目或是錯誤的數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化重卡新產(chǎn)品的裝配工藝。

6 虛擬分析時考慮的因素

6.1 工序合理性

在重卡新產(chǎn)品裝配過程中，所進行的虛擬分析工作還需考慮新產(chǎn)品工序的合理性。若是研發(fā)的新產(chǎn)品需要重新建立生產(chǎn)線，在對裝配工序進行安排時要保證先后的裝配部件互不干涉，互不影響，確保公衛(wèi)工作量的均衡，滿足產(chǎn)線的規(guī)劃節(jié)拍。若是新產(chǎn)品與汽車企業(yè)現(xiàn)有的車型進行混線生產(chǎn)，所設計的工藝順序須與舊產(chǎn)品工藝順序保持一致，若出現(xiàn)不一致的部分還需進行優(yōu)化與變更，從而保持生產(chǎn)線一致。尤其是在需要設備輔助才可完成裝配的部件處，需保證工位的一致性，從而提高工序的合理性。

6.2 工具設備通用性

在進行模擬分析時，若是新產(chǎn)品需要建設全新的生產(chǎn)線，生產(chǎn)線的規(guī)劃及設計還需按照新產(chǎn)品的結(jié)構進行規(guī)劃，無需考慮到工具設備的通用性。若是新產(chǎn)品的生產(chǎn)與現(xiàn)有產(chǎn)品進行混線生產(chǎn)，那么在虛擬分析時，需要在不影響新產(chǎn)品性能及設計元素的基礎之上，對工裝定位、裝夾、吊裝結(jié)構進行優(yōu)化保證其的一致性，或是借助改造等方法，令新產(chǎn)品與現(xiàn)有產(chǎn)品的工裝、設備具有通用性。因此在新產(chǎn)品研發(fā)時，相關的工裝、設備可選用統(tǒng)一的標準件，盡量保證規(guī)格統(tǒng)一化，提高工具設備的通用性。

6.3 模塊總成合理性

模塊化裝配能夠有效提高產(chǎn)品生產(chǎn)線裝配節(jié)拍，是汽車企業(yè)提高產(chǎn)品生產(chǎn)產(chǎn)能的有效措施。能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化裝備，還可提高對模塊部件的質(zhì)量控制水平，因此在進行虛擬分析時，需要確保所設計的結(jié)構能夠最大化地實現(xiàn)模塊化裝配，并保證模塊化總成的合理性。顧客從以下三個方面進行分析：

首先是需要通過虛擬分析，保證封裝流程的可行性，也就是按照設計結(jié)構確定產(chǎn)品封裝流程，同時確保在封裝過程中，各項裝配部件不會相互干涉，從而保證封裝的模塊化。

其次則是在模塊裝配時，判斷是否需要設計吊裝點，受到重卡自身特性的影響，新產(chǎn)品部分模塊重量若是大于7KG，而需考慮設置輔助裝配設備，同時設計好設備使用時的專用吊掛點位置。

最后則是判斷模塊裝配是否有定位措施，針對小型氫模塊的裝配過程，必須要通過定位措施確保痤瘡等問題不會出現(xiàn)，而在大型、重型模塊處，不僅需要考慮定位措施，還需考慮吊裝設備的精確程度，從而實現(xiàn)設計定位，避免盲裝等問題出現(xiàn)。例如通過虛擬分析可知，重卡定位銷在裝配時對正困難，因此可增加定位銷的直徑長度，并將定位銷設計成錐銷，從而提高定位的準確性，保證定位結(jié)構裝配的可視性，避免盲裝。

6.4 維修性分析

重卡產(chǎn)品的維修包括有易損部件的更換、零件部件的維護保養(yǎng)、設備的故障診斷與更換等，與其他部件會與此類零部件的裝配結(jié)構相搭接，因此在虛擬分析過程中，還需考慮此類裝配件后期更換的可行性，同時確保在零部件拆裝過程中，不會干擾到其他部件的使用。如保證零部件拆卸方便、減少需拆裝部件數(shù)量、縮短拆卸用時。除此之外，還應對維修過程中的空間、拆裝后部件的狀態(tài)進行虛擬分析，調(diào)整與優(yōu)化不滿足的設計結(jié)構，提高重卡新產(chǎn)品的維修性能。例如針對中央電器裝置板進行虛擬分析時，該部件容易出現(xiàn)故障，故可將該部件設置在副駕儀表板的下部，在維修時僅需按壓驗收蓋板卡接位置，不用通過其他輔助工具或拆卸檢修蓋板就可進行維修。

7 結(jié)束語

重卡新產(chǎn)品開發(fā)影響到汽車企業(yè)的經(jīng)營與發(fā)展，而虛擬分析技術能夠優(yōu)化重卡新產(chǎn)品的開發(fā)與裝配，解決裝配工藝涉及的相關問題，降低重卡新產(chǎn)品生產(chǎn)線的裝配風險，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期與生產(chǎn)周期，促進重卡新產(chǎn)品的研究與開發(fā)，帶來的價值不可估量，具有可觀的應用價值。同時在虛擬分析技術實際應用時，還是考慮新產(chǎn)品工序設計的合理性、根據(jù)設備的通用性、模塊總成的合理性以及產(chǎn)品設備的維修性，從而更加系統(tǒng)、全面的分析重卡新產(chǎn)品裝配工藝，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟回報。