虛擬分析技術(shù)在重卡裝配工藝的應用

摘 要：現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中重卡裝配工藝要求不斷提升，特別是新產(chǎn)品的研發(fā)與裝配周期往往較長，采用虛擬分析技術(shù)，可以優(yōu)化裝配工藝，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高汽車企業(yè)的生產(chǎn)效率。虛擬分析作為重卡產(chǎn)品開發(fā)中的重要環(huán)節(jié)，能夠降低新產(chǎn)品在實際設(shè)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。文章對虛擬分析技術(shù)概念及類別進行闡述，指出虛擬分析技術(shù)建模方法與應用現(xiàn)狀，分析了虛擬分析技術(shù)在重卡裝配中應用優(yōu)勢，對于虛擬分析技術(shù)在重卡裝配工藝中具體運用流程及需要注意的事項。

關(guān)鍵詞：虛擬分析 重卡 裝配 工藝

0 前言

隨著我國汽車工業(yè)水平的快速發(fā)展，汽車市場競爭越來越激烈。重型卡車生產(chǎn)工藝復雜，可靠性要求高，對于裝配工藝的要求十分嚴格。在重卡汽車生產(chǎn)環(huán)節(jié)，采用虛擬分析技術(shù)可以降低新產(chǎn)品開發(fā)周期，縮短新產(chǎn)品設(shè)計與裝配周期，提高重卡汽車的生產(chǎn)研發(fā)實力，在激烈的市場競爭中取得領(lǐng)先。當前，虛擬分析技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于重卡裝配生產(chǎn)中，特別是在新產(chǎn)品設(shè)計與裝配階段，虛擬分析技術(shù)有效模擬了整個生產(chǎn)裝配流程，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能存在的問題，保障了新產(chǎn)品的盡快投入生產(chǎn)對于汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要價值。

1 虛擬分析技術(shù)的概念及類別

計算機技術(shù)的發(fā)展，特別是虛擬仿真技術(shù)借助計算機強大算力，對于生產(chǎn)流程與使用環(huán)境進行建模，模擬真實環(huán)境進行制造與試驗，從而代替現(xiàn)實，達到加快生產(chǎn)制造進度的目標。虛擬分析技術(shù)作為虛擬仿真技術(shù)的一種，在重卡裝配工藝中，對于新產(chǎn)品零部件生產(chǎn)與制造、裝配進行模擬，對于新產(chǎn)品的性能及使用情況進行模擬，檢測其中可能存在的問題，對于接下來生產(chǎn)流程與生產(chǎn)工藝優(yōu)化。需要注意的是，虛擬分析技術(shù)的應用，需要將重卡產(chǎn)品設(shè)計與裝配參數(shù)輸入計算機系統(tǒng)中，并將各種影響因子綜合考慮，才能真實模擬重卡裝配的各個流程。此外，虛擬分析技術(shù)還可以廣泛應用到重卡零部件生產(chǎn)制作環(huán)節(jié)，對于加工工藝與參數(shù)進行虛擬環(huán)境分析，從而更好評價新產(chǎn)品零部件裝配問題。虛擬分析技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應用于汽車裝配中，特別是重卡生產(chǎn)與制造環(huán)節(jié)，對于裝配工藝要求較高，且車輛在后續(xù)使用中面臨惡劣的工作環(huán)境，要保證重卡汽車質(zhì)量的可靠性與穩(wěn)定性，對于裝配工藝存在的缺陷與問題及時處理，不斷優(yōu)化裝配工藝，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，解決重卡裝配工藝中潛在的各種問題。

虛擬分析技術(shù)可以分為以產(chǎn)品設(shè)計為中心的虛擬分析技術(shù)、以過程為中心的虛擬分析技術(shù)、以仿真為中心的虛擬分析技術(shù)。以產(chǎn)品設(shè)計為中心虛擬分析技術(shù)，以設(shè)計為核心，在新產(chǎn)品的研發(fā)周期內(nèi)，借助虛擬分析技術(shù)，對產(chǎn)品裝配進行虛擬模擬分析，確保產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，功能完善。在產(chǎn)品設(shè)計階段虛擬分析，可以降低產(chǎn)品的設(shè)計異常出現(xiàn)概率，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題。以過程為中心的虛擬分析技術(shù)，對產(chǎn)品總體設(shè)計進程進行控制，將產(chǎn)品從概念設(shè)計、整體設(shè)計、詳細設(shè)計三個階段，運用虛擬分析技術(shù)對各個階段的設(shè)計進行控制，提高產(chǎn)品的裝配效率。在產(chǎn)品總體設(shè)計中，主要體現(xiàn)在控制各個階段的設(shè)計管理能力，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計流程。以仿真為中心的虛擬分析技術(shù)，將虛擬分析技術(shù)與產(chǎn)品裝配設(shè)計相融合，可以形成以仿真為中心的虛擬分析技術(shù)，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。

2 虛擬分析技術(shù)建模方法與應用現(xiàn)狀

2.1 虛擬分析技術(shù)建模方法

通過計算機仿真模型對產(chǎn)品功能進行預估，對產(chǎn)品的性能進行全面的分析，并對產(chǎn)品裝配過程中可能遇到的問題進行預測，根據(jù)裝配工藝數(shù)據(jù)分析其中可能存在的質(zhì)量問題，優(yōu)化裝配工藝，降低生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)故障，是虛擬仿真技術(shù)應用特點。目前，市場上流行的CAD制圖軟件及其產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準主要是描述圖形信息與材料特性等問題，難以滿足虛擬分析技術(shù)要求。特別是在重卡裝配中，涉及的生產(chǎn)設(shè)備、工藝標準、裝配數(shù)據(jù)之間缺乏無縫銜接，部分裝配工藝數(shù)據(jù)不精確等問題，導致在虛擬分析中無法準確反映裝配細節(jié)，虛擬分析的作用無法完全體現(xiàn)其優(yōu)越性。虛擬分析技術(shù)建模，基于產(chǎn)品物理特性，對于裝配中的影響因子按照關(guān)聯(lián)因素進行排序，在虛擬分析軟件上按照權(quán)重建模，從而在裝配工藝分析中發(fā)揮完整作用。

2.2 虛擬分析技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，虛擬分析技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應用到機械制造中，特別是汽車、飛機等技術(shù)密集型行業(yè)，對于產(chǎn)品的可靠性要求高，且裝配工藝復雜，如果沿用傳統(tǒng)的裝配分析方法，不僅耗時長，成本高，其應用場景也受限。目前，虛擬分析技術(shù)在應用中取得了良好的成果，且適用范圍逐漸擴大。以飛機制造為例，波音公司從整機的設(shè)計到部件的測試以及整機的裝配全部采用虛擬分析技術(shù)，部分環(huán)境下試飛工作也由虛擬分析技術(shù)完成，從而大幅縮短了整機的研發(fā)與生產(chǎn)流程。在我國，虛擬分析技術(shù)更多應用在汽車制造中，由于汽車作為耐用品，對于裝配工藝要求高，傳統(tǒng)分析方法無法滿足我國汽車工業(yè)快速發(fā)展要求，采用虛擬分析技術(shù)，只需要將汽車裝配工藝數(shù)據(jù)采集后輸入計算機中，就可以模擬車輛的整個生產(chǎn)流程，提高汽車生產(chǎn)效率。虛擬分析技術(shù)對于企業(yè)的科研實力及資金要去較高，因此主要應用在大型制造企業(yè)中，中小企業(yè)應用虛擬分析技術(shù)還較少。

3 虛擬制造技術(shù)在重卡裝配工藝應用優(yōu)勢

3.1 優(yōu)化重卡裝配工藝

重卡裝配流程復雜，涉及的操作設(shè)備及人員眾多，且隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，目前重卡裝配環(huán)節(jié)大量應該工業(yè)機械人，雖然提升了裝配效率，但是對于重卡裝配產(chǎn)線布置與工藝優(yōu)化提出了新的要求。傳統(tǒng)汽車裝配工藝從業(yè)者往往容易受到固定思維的影響，更多考慮人工與場地因素，無法發(fā)揮出自動化生產(chǎn)設(shè)備最大潛力，采用虛擬分析技術(shù)，可以忽略外在限制因素，最大程度利用現(xiàn)有產(chǎn)線產(chǎn)能。在采用虛擬分析技術(shù)中，對于場地、材料使用、工人數(shù)量等外在限制因素進行忽略，盡可能按照汽車裝配理想工序投入生產(chǎn)。此外，重卡裝配工藝試錯成本高，一般重卡裝配中很少會采用新的生產(chǎn)工藝與組裝流程，而虛擬仿真技術(shù)則不存在成本問題，只要對新生產(chǎn)工藝輸入相關(guān)參數(shù)，就可以真實模擬裝配流程，大大降低了重卡裝配創(chuàng)新成本，推動汽車裝配行業(yè)不斷進步與發(fā)展。

3.2 規(guī)避設(shè)計與操作失誤，提升重卡生產(chǎn)質(zhì)量

重卡作為技術(shù)密集型行業(yè)，對于裝配的可靠性要求高。隨著交通運輸?shù)目焖侔l(fā)展，重卡在公路物流體系中發(fā)揮著重要作用，一旦在重卡裝配環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量問題，往往會造成巨大的經(jīng)濟損失與嚴重的人員傷亡。采用虛擬分析技術(shù)，能夠?qū)χ乜ㄑb配工藝中的各種工序進行分析，對于其中潛在的質(zhì)量問題及早發(fā)現(xiàn)。在重卡裝配環(huán)節(jié)，由于設(shè)計等問題，往往會造成后期裝配出現(xiàn)質(zhì)量問題，或者由于裝配人員操作失誤，造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格，影響重卡質(zhì)量穩(wěn)定。通過虛擬分析技術(shù)，可以采用虛擬現(xiàn)實的方式展現(xiàn)現(xiàn)代重卡裝配全過程，讓裝配人員熟悉整個生產(chǎn)流程，規(guī)避錯誤的生產(chǎn)方式，提高整個裝配環(huán)節(jié)質(zhì)量。此外，現(xiàn)代重卡裝配中容易出現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量問題，虛擬分析技術(shù)可以通過對重卡裝配流程進行分析，發(fā)現(xiàn)其中存在的生產(chǎn)問題，改進新的生產(chǎn)工藝，提高裝配質(zhì)量。

4 虛擬分析技術(shù)在重卡裝配工藝中的具體應用

4.1 構(gòu)建數(shù)據(jù)信息庫

虛擬分析技術(shù)在重卡裝配中應用，首先應當構(gòu)建數(shù)據(jù)信息庫，將重卡新產(chǎn)品生產(chǎn)中涉及的數(shù)據(jù)依照產(chǎn)品、資源及過程三種進行分類，為下一步數(shù)據(jù)庫信息收集確定標準。在構(gòu)建數(shù)據(jù)信息庫過程中，應當依照虛擬分析技術(shù)的裝配工藝流程，構(gòu)建出各項零部件及生產(chǎn)工藝之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，特別是組裝生產(chǎn)線與單個零部件之間的關(guān)系，確定最合理的重卡裝配生產(chǎn)線。重卡汽車涉及的零部件高度上萬個，且各個零部件尺寸精度要求極高，組裝之間的生產(chǎn)工藝要求嚴格，需要將零部件的名稱、組好、尺寸、裝配要求等基礎(chǔ)信息納入數(shù)據(jù)庫中，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(gòu)建出的資源結(jié)構(gòu)結(jié)合企業(yè)實際生產(chǎn)情況，對資源的數(shù)量與結(jié)構(gòu)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

在完成構(gòu)建數(shù)據(jù)庫后，需要將虛擬分析中需要的各項數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫中，結(jié)合重卡裝配工藝步驟，將裝配過程中需要的資料與數(shù)據(jù)輸入其中。對于新產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)，涉及的數(shù)據(jù)可以通過統(tǒng)一引進，整合到數(shù)據(jù)庫軟件中，利用對應的接口程序，將新產(chǎn)品涉及的數(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。在對數(shù)據(jù)信息輸入過程中，可以考慮運用腳本程序，對于重卡產(chǎn)品裝配中的各項工藝數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)標準自動抓取，獲得需要的數(shù)據(jù)后，建立起符合企業(yè)實際生產(chǎn)情況的流程模塊。對于重卡新產(chǎn)品裝配工藝，在生產(chǎn)裝配環(huán)節(jié)可能會涉及新的生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)設(shè)備，這時就要根據(jù)生產(chǎn)工藝要求與新生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)進行信息更新，確保資料信息準確可靠。

4.3 計劃加工工藝

在進行虛擬分析過程中，需要將重卡新產(chǎn)品各項數(shù)據(jù)信息資料整合存儲，對信息按照數(shù)據(jù)庫分類輸入后，滿足后續(xù)不同裝配場景下的工藝生產(chǎn)要求，建立與新產(chǎn)品相適應的生產(chǎn)模塊。在虛擬分析技術(shù)中，要利用計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對新產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝與流程進行仿真模擬，按照實際生產(chǎn)要求與操作環(huán)境，對生產(chǎn)工序中存在的問題進行分析。在虛擬分析中，要注重數(shù)據(jù)保存，將新產(chǎn)品裝配工藝原始數(shù)據(jù)進行備份，便于在后期產(chǎn)品生產(chǎn)、工藝改進與調(diào)整中能夠模擬實際生產(chǎn)要求組裝。利用虛擬分析技術(shù)，可以從模擬生產(chǎn)中獲得的數(shù)據(jù)資源輔助重卡產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，對于實際生產(chǎn)中存在的問題進行改進。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(shè)計與規(guī)劃的準確性。

4.4 調(diào)整初步線平衡

虛擬分析技術(shù)在重卡裝配工藝中應用，可以從調(diào)整初步線平衡入手。虛擬分析技術(shù)可以對重卡生產(chǎn)線內(nèi)部布線進行平衡計算，根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)組裝設(shè)置，對現(xiàn)有的生產(chǎn)線進行平衡。在初步線平衡設(shè)置上，首先需要理順現(xiàn)有的重卡生產(chǎn)環(huán)節(jié)，根據(jù)生產(chǎn)工序確定上下游生產(chǎn)關(guān)系，對重卡裝配工藝流程與生產(chǎn)步驟進行優(yōu)化，通過創(chuàng)新，降低重卡裝配工序數(shù)量，提高裝配工序的科學性。在虛擬分析技術(shù)應用于初步線平衡時，還要綜合考慮實際生產(chǎn)條件，按照目前裝配線實際產(chǎn)能，對裝配流程與工序設(shè)計，確保后期實際生產(chǎn)中達到生產(chǎn)線預計產(chǎn)能。在調(diào)整初步線過程中，要預估重卡裝配各個生產(chǎn)區(qū)域與工序之間的作業(yè)時間，在完成三點設(shè)置之后，可以借助數(shù)學方法獲取平衡后的布線。

5 虛擬分析技術(shù)在重卡裝配中注意因素

5.1 工序合理性

虛擬分析技術(shù)在重卡裝配中應用，不僅要考慮技術(shù)的可行性，還要考慮是否符合新產(chǎn)品的工序要求。在重卡新產(chǎn)品裝配中，往往需要建立新的生產(chǎn)線，這時與原有生產(chǎn)線就會產(chǎn)生重疊，這時就要綜合考慮新生產(chǎn)線裝配工藝會否與原有的裝配流程產(chǎn)生沖突，應當盡量確保裝配工藝環(huán)節(jié)工作量穩(wěn)定，滿足流水線生產(chǎn)規(guī)劃節(jié)拍。考慮到當前重卡生產(chǎn)高度模塊化，新產(chǎn)品生產(chǎn)往往會與原有的生產(chǎn)工藝保持高度相似性，零部件也有一定的通用性，這就要求新產(chǎn)品與現(xiàn)有車型混線生產(chǎn)時，所有的生產(chǎn)工序要與原重卡生產(chǎn)工序保持一致。當現(xiàn)有的生產(chǎn)工序與重卡新生產(chǎn)裝配工序不一致時，需要輔助設(shè)備才可完成裝配部件處理，提高工序的合理性。

5.2 工具設(shè)備通用性

為了降低重卡裝配生產(chǎn)成本，在虛擬分析技術(shù)中，要保證新舊生產(chǎn)線主要生產(chǎn)設(shè)備具有高度通用性。一方面，新生產(chǎn)線工具設(shè)備與舊產(chǎn)線保持通用性，可以降低工人的培訓成本，加快新生產(chǎn)線生產(chǎn)；另一方面，新生產(chǎn)線工具設(shè)備在早期故障率較高，如果與舊生產(chǎn)線工具設(shè)備高度通用，可以降低后期的裝配產(chǎn)線維護成本。新產(chǎn)品產(chǎn)線與舊的生產(chǎn)線進行混線生產(chǎn)，在虛擬分析時，需要在不影響新產(chǎn)品性能及設(shè)計元素的基礎(chǔ)之上，對工裝定位、裝夾、吊裝結(jié)構(gòu)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(shè)備具有通用性。因此在新產(chǎn)品研發(fā)時，相關(guān)的工裝、設(shè)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(shè)備的通用性。

5.3 模塊總成合理性

現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展至今，廣泛采用模塊化裝配，這樣不僅可以提高產(chǎn)品生產(chǎn)線節(jié)拍，實現(xiàn)大規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，還可以間接通過提高模塊化質(zhì)量水平，實現(xiàn)重卡裝配質(zhì)量的提升。在虛擬分析時，需要確保裝配工藝能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化裝配，保證模塊化總成的合理性。首先，在虛擬分析時，要保證封裝流程可行性，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計確定產(chǎn)品封裝流程，確保封裝環(huán)節(jié)各裝配部件不會互相干涉，實現(xiàn)封裝模塊化；其次，主重卡裝配環(huán)節(jié)，一些主要模塊重量較大，需要考慮到輔助吊裝設(shè)備，通過增加吊裝點，使裝配中能夠利用專門的掛點輔助裝配；最后，判斷模塊裝配的位置是否準確，對于小型吊裝模塊，可以通過人工定位確保模塊的準確位置，而對于重量較大的吊裝模塊，不僅考慮吊裝定位，還要考慮設(shè)備的精度問題，避免盲裝問題出現(xiàn)。利用虛擬分析技術(shù)，重卡模塊在裝配使出現(xiàn)對正困難，可以增加定位銷的直徑長度，并將定位銷設(shè)計成錐銷，從而提高定位的準確性，保證定位結(jié)構(gòu)裝配的可視性，避免盲裝。

6 總結(jié)

虛擬分析技術(shù)應用于重卡裝配工藝，可以優(yōu)化重卡新產(chǎn)品開發(fā)與轉(zhuǎn)配，解決裝配工藝中存在的問題，縮短產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)周期，對于提高重卡裝配水平具有重要意義。在虛擬分析中，要考慮新產(chǎn)品工序設(shè)計的合理性、設(shè)備通用性、模塊總成、設(shè)備維修性等，全面分析重卡新產(chǎn)品裝配工藝，提高汽車制造企業(yè)生產(chǎn)效益。

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