虛擬制造在汽車覆蓋件模具制造中的應用

摘 要：近年來汽車行業呈井噴式發展，這使得汽車模具發揮著越來越重要的作用。虛擬制造技術在汽車產品研發中具有很高的實用價值，該技術在汽車行業具有巨大潛力。文章介紹了虛擬制造技術的技術特點，以及其在實際應用中的流程，最后對應用中的技術難點進行了詳細介紹。

關鍵詞：覆蓋件 虛擬工藝 汽車模具 機械制造

中圖分類號：TG386 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0114-02

1 虛擬制造技術概述

虛擬制造是上世紀八十年代由國外專家在融合了仿真、計算機和信息等技術的基礎上總結出來的一種新的制造技術，完全模擬了生產制造過程中機器和人之間的信息交流，這樣可以及時的發現制造過程中存在的問題，并在問題還沒有產生重大影響時采取有效的措施，從而使產品一次合格，實現降低成本、提高效率和減少產品開發時間的目標。在進行虛擬制造時，生產產品的外形設計、生產流程的建模、仿真、裝配以及質檢都在計算機上完成，因而可以不用啟動機床來生產出實際產品，再來檢驗其是否合格，大大降低了風險，避免發生模具反復整改乃至報廢的情況，從而縮短模具開發周期，提高成品率。虛擬制造為模具制造三要素質量、成本、交期提供了理論支撐，其主要有以下三方面關鍵技術的融合：

1.1 產品的虛擬設計技術

產品的虛擬設計技術是一種面向數字化的將產品的原理、結構和性能等參數輸入計算機，然后通過計算機來完成產品的設計，并驗證產品在理論數值情況下的成型性，模擬板件成型過程，對成型過程缺陷反復修改模擬計算，直至成型合格后下發到結構設計。并驗證產品的結構性能和裝配互換性，預估產品設計效果。經過不斷的仿真調試，可以優化產品設計和工藝流程，規避制造風險，達到降低成本的目的。

1.2 產品的虛擬制造技術

產品的虛擬制造技術借助計算機仿真技術，根據企業現有的資源、環境和產能，合理選用加工方法、加工參數。在計算機上建立合適的模型，并且對加工過程和裝配過程的工藝性、配件的運動特性等特征參數進行數字的仿真分析。通過分析仿真結果，提早發現加工過程存在的缺陷和裝配不合適等問題，進而及時作出結構及工藝修改，優化產品的設計。產品的虛擬制造技術融合材料熱加工、裝配工藝、模具調試制造技術等。

1.3 虛擬制造系統

虛擬制造系統將仿真技術應用到數控模型，對機器控制模型進行仿真，可以使企業根據車間的具體情況進行不同的優化控制，從而使得生產過程得到優化，得到更好的綜合制造系統。

2 汽車覆蓋件模具虛擬制造的開發流程

圖1描述的是汽車覆蓋件模具的虛擬制造開發流程。先對產品需求進行分析和概念設計，然后開發需要的軟件在計算機虛擬的環境中進行產品模型的構造，完成產品優化設計和系統集成。這個過程環環相扣，根據產品的不同需求，利用仿真分析工具分析產品性能，完全模擬虛擬模型行為。最后根據仿真結果，藉由反復建模→仿真分析→模型完善，到虛擬制造生產出來的模具達到了要求，然后著手生產。

3 汽車覆蓋件模具虛擬制造中的關鍵技術

3.1 數學模型建立

為了盡可能貼近實際工況，建立一個簡單而又不至于太過粗糙的數學模型是模具虛擬制造的關鍵。如果數學建模誤差過大，虛擬環境下的仿真結果就會與實際出入很大，就無法指導生產、優化模具設計。在進行數學模型的建立時應充分考慮覆蓋件模具的不同特點，結合模具需要實現的功能和制造目標，確定關鍵系數，提出合適的假設。上一步所確立的數學模型必須能包含模具的制造工序，能對模具受力改變和沖壓件受力形變作出描述，進而仿真出實際生產關系，預測生產制造中的可能出現的問題。

3.2 系統集成與方案評估

系統集成的過程是達到最優化統籌設計的過程，牽扯多種技術，包括軟硬件、操作系統、數據庫技術、通信以及協同管理系統等。因此要著眼全局，綜合考慮不同系統間數據的同步與接口問題。系統集成可以使設備的整機性能達到最好，也就是所有的零件可以高效低成本工作，并具有較好的可維護性和擴展性。但是，齊全的仿真軟件造價昂貴，而且，需要大量專業人員，才能最大程度發揮軟件功用。

3.3 仿真分析和數據處理

汽車模具虛擬制造的難點就在于對模型進行仿真和處理分析。仿真分析的過程需要多種技術協調，必須有專業人員來處理和龐大的數據庫，并對數據庫相應數據加以分析運用。但是由于大部分的企業不可能達到這么高的要求標準，沒有大量的專業技術人才，所以很難實現，汽車模具虛擬制造技術也沒有得到廣泛的應用。

日本豐田公司曾經依靠虛擬制造技術開發出了AVALON系統。雖然在生產的前期就發現了問題，但是由于及時的修正了設計方案，降低了企業的風險。這得益于虛擬制造的幫助，AVALON的開發周期縮短了十個月，少生產了70%的樣機，成本也縮減了35%，同時顯著提高了轎車質量。

4 結語

汽車模具在汽車工業中扮演著重要角色，汽車工業又是制造業的重頭戲。在過去，一個新車型的研發需要近三年時間；在CAD/CAM/CAE技術日漸成熟的今天，汽車開發時間縮短了一半，也大大降低了企業的研發成本。虛擬制造技術前景廣闊，但受到多方面客觀條件約束，應用范圍還很小。在以后的研究中，應力求將數字技術與虛擬制造技術相結合，利用計算機互聯網，將虛擬制造技術的優勢得到最大限度的發揮。

參考文獻

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