對汽車覆蓋件模具虛擬制造開發技術的探討

摘要：隨著國民經濟的高速發展，人民生活水平的大幅提高，人們對汽車的需求量越來越大，汽車模具的市場競爭也越來越激烈。虛擬制造技術是一種軟件技術，它能在計算機上實現模具從設計到制造到檢驗的全過程，根據虛擬模型的仿真過程，可以在計算機上根據“實際”的加工情況來修改模具的設計，避免了在模具制造過程中可能出現的問題，從而達到縮短模具的開發周期、降低開發成本、提高生產效率的目的，因而是汽車模具開發最有潛力最實用最有效的技術之一。本文針對虛擬制造在汽車模具制造的應用進行簡要的探討。

關鍵詞：虛擬制造 汽車 模具 應用

0 引言

汽車覆蓋件模具的開發要受到可靠性、美觀性、經濟性、可制造性及可維護性等多方面的制約。在虛擬現實環境下，設計和制造汽車不需要建造實體模型，工程師可以利用虛擬的“自然”環境的可視化優勢，把汽車模具的結構分析、虛擬設計、部件裝配和性能優化等融合在計算機虛擬制造系統中進行，在綜合考慮汽車車身件的外觀總體布局及零部件之間的相互銜接相互作用等因數基礎上，對模具幾何尺寸、技術性能、生產和制造等方面進行交互式的快速建模和仿真分析，從而避免了反復修模，保證了模具的精度要求：而且因為生成的仿真模型可被直接操縱與修改，數據可以反復利用，因而大大縮短了模具開發的周期，大大降低了模具的廢品率，減少企業的開發成本。

1 汽車覆蓋件模具虛擬制造的開發流程

汽車覆蓋件模具的虛擬制造開發流程首先從產品需求分析開始，然后進行概念設計，再從優化設計到系統集成，通過使用相關開發軟件，在虛擬環境中，構造產品的虛擬模型。這是一個循環漸進的過程，基于產品的開發需求，采用相應的仿真分析工具對虛擬模型的功能和性能進行仿真分析，對虛擬模型的行為進行模擬分析，并基于仿真分析的結果，通過反復建模－仿真分析－模型的改進，直到虛擬制造出的模具滿足預期設計的目標，才開始進行實物制造。汽車覆蓋件模具在投入生產前就已經通過了虛擬的“實際環境”的檢驗，把實際制造中可能遇到的困難和設計上的不合理全部檢驗出來，再讓設計工作人員進行修改或者重新設計，直到整個制造過程能夠完全合理、順利的完成。這樣不但能縮短產品的研發周期，降低企業的研發成本，還可以提高產品的質量。

2 汽車覆蓋件模具虛擬制造中的關鍵技術

在汽車覆蓋件模具虛擬制造過程中，涉及的相關技術非常多，任何一項技術應用的好壞都會影響模具的最后質量，這也是虛擬制造技術應用進展緩慢的原因之一。只有每項技術都掌握應用的很好，虛擬制造出的產品才能和實際制造出的產品達成一致，才能達到減少開發成本、縮短開發周期、提高模具質量的目的。其中比較難于掌握而又非常關鍵的技術：

2.1 數學模型的建立 建立一個簡單而又能反映動態制造過程的數學模型是虛擬制造技術在汽車覆蓋件模具中應用的關鍵。數學模型建立的不合理，那么虛擬環境下仿真出來的制造過程就會與實際制造過程不一樣，起不到優化模具設計的作用，從而達不到縮短開發周期和減少開發費用的目的。因此，在使用虛擬制造技術來開發汽車覆蓋件模具的時候，必須建立一套合理的數學模型。在建立數學模型的時候，要認真分析汽車覆蓋件模具的特征，根據模具功能和制造需求，找出其中主要的影響因數，提出合理的假設。建立的模型必須能反映模具全部的功能和制造關系，包括工作時模具型面受力的變化關系和沖壓件受力形狀的變化關系等，這樣才能仿真出實際的生產關系，才能預測生產中可能產生的問題，達到優化設計和制造的目的。

2.2 系統集成與方案評估 系統集成就是一個最優化的綜合統籌設計，需要諸多的技術支持，包括計算機軟件、硬件、操作系統技術、數據庫技術、網絡信息等，需要從全局出發考慮各子系統之間的關系，研究各子系統之間的接口關系。系統集成所要達到的目標一整體性能最優，即所有部件和成分合在一起后不但能工作，而且全系統是低成本的、高效率的、性能勻稱的、可擴充和可維護的系統。但是對于一般企業來說，購置齊全仿真分析的軟件系統是一個高成本的投人，而且，沒有專業的人員是無法讓這些軟件發揮淋漓盡致的作用的。

在計算機虛擬制造系統提供的良好的擬實環境下，工作人員可以對建立起的虛擬模型進行評價與修改。在這個階段，可以模擬模具的制造過程，解決各部件制造的可行性和難易性：可以模擬模具的裝配過程，解決各部件之間的連接性和裝備性及操作的難易程度：可以進行虛擬測試，通過測試檢驗模具的生產能力和生產質量。在多種方案中評定各方案的執行難易度、耗費成本高低度、花費時間長短度等，選擇最適合生產條件的最優生產方案。

2.3 并行工程實質 并行工程實質就是集成地、并行地設計產品及其零部件和相關各種過程的一種系統方法。這種方法要求產品開發人員與其他人員一起共同工作，在設計～開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢處理的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶的要求等。并行工程強調的是所有工作人員的所有工作同時進行，強調的是團隊工作精神，因而工作鏈上的每一個人都有權利對設計的產品進行審查，力求讓設計的產品更便于加工、便于裝配、便于維修，制造成本更低，制造周期更短。汽車模具的虛擬制造工程在進行初期也必須從汽車模具的總體結構和功能出發，考慮構成虛擬模型各部分之間的相互連接關系和相互作用關系，將他們看作一個有機的整體，實現內部數據和資源的共享，才能使生產出的模具達到預期的效果。汽車模具虛擬制造過程中，每個部分的工作均由不同的工作人員并行進行，但各部分的功能活動又存在著大量的相互依賴關系，要保證各部分工作人員間的工作協同順利的進行，實現在分布環境中群體活動的信息交換與共享，就必須對設計過程進行動態調整和監控，提供并行設計的工作環境，保證并行設計的順利進行，這是虛擬制造模具縮短開發周期的關鍵。并行工程實施的條件就是要有支持各方面人員并行工作、甚至異地工作的計算機網絡系統和監控調解人員，才可以實時、在線地在各個設計人員之間溝通信息、發現并調解沖突。一個適當的管理調解人員是并行工程中的重要軟件，也是并行工程能否順利進行的關鍵。

2.4 仿真分析與數據處理是汽車模具虛擬制造中一個難點，也是阻礙虛擬制造技術在企業中大規模使用的一個重要因素。

仿真分析需要多方面的技術支持，數據處理需要龐大的數據庫和有專業知識的人才，需要從全局出發考慮各個子系統之間的關系，研究各個子系統之間的接口問題。這一技術需要多領域的專業仿真軟件協同工作，需要專業人員共同研究探討，然而多數的企業難以配置齊全所需的仿真分析軟件及具備所需的專業人員。

汽車模具在整個汽車工業中占了相當重要的地位，而汽車工業在整個制造業中又占了相當重要的地位。過去一個汽車從最初構想到完成生產，需要兩三年甚至更多的時間：而在計算機業高度發達的今天，在CAD／CAM／CAE技術日漸成熟的基礎上，利用虛擬制造技術可以大大縮短汽車的開發周期，還可以降低企業的開發成本。虛擬制造技術在汽車模具制造中具有很好的應用前景，但是在我國，由于受到多方面的約束，虛擬技術用在汽車模具中的還比較少，大多數研究還只是處在理論方面：在以后的研究中，我們應在實際應用這方面多作研究，把虛擬制造技術和其他數字技術集合起來，利用計算機和因特網，把虛擬制造技術的優勢更好的應用起來。