基于Pro/Engineer的可視化裝配工藝的實現(xiàn)

朱兵強，張麗，索秀麗，劉婷

（1.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200；2.陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710200）

前言

裝配是汽車產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，也是所有生產(chǎn)過程中最能發(fā)現(xiàn)問題的工序步驟。同時，裝配也是工藝過程中較難實現(xiàn)的一步。在汽車制造過程中，裝配過程所需要的工時占制造總工時的50%左右。重型卡車的裝配過程主要包括小總成分裝、大總成分裝、總成裝配、管線束連接、加油加水、整車調(diào)試等工作內(nèi)容，在整個重型卡車的制造過程中占有非常重要的地位。

作為機械行業(yè)較為流行的ProE三維設計軟件，在汽車行業(yè)的應用也非常廣泛，其強大的三維設計功能比傳統(tǒng)的二維設計有了很大的提升，明顯提高了產(chǎn)品的設計效率。但是，三維設計軟件在提高產(chǎn)品設計效率的同時，給三維裝配工藝規(guī)劃提出了較高的挑戰(zhàn)。由于操作工人的知識水平、工作經(jīng)驗的不同，將直接影響產(chǎn)品的裝配效率，進而影響整個工廠的產(chǎn)銷量和利潤，因此對新近員工進行必要的裝配工藝培訓成為每個汽車生產(chǎn)企業(yè)非常重要的工作。

那么，要怎樣提高新員工的學習效率、怎樣使生產(chǎn)現(xiàn)場使用的工藝文件更具有指導作用，使員工能夠快速理解裝配過程、熟練操作、正確完成裝配工作，從而減少因為員工的裝配過程不熟練而給企業(yè)帶來的經(jīng)濟損失呢？企業(yè)內(nèi)部有一套完整的三維可視化動態(tài)裝配工藝文件供員工學習參閱，并在生產(chǎn)過程中能夠更形象地指導裝配，可謂非常不錯的解決辦法。

1 建立工藝模型

1.1 關鍵工藝過程確定

根據(jù)產(chǎn)品類型及產(chǎn)品需求，以銷量最好的車型為基準，按照整車裝配順序將裝配過程以工藝模塊的方式進行劃分，例如平衡軸分裝、散熱器中冷器分裝、發(fā)動機離合器變速器分裝、轉向軸分裝、驅動橋分裝、轉向器分裝、轉向器裝配、車架吊裝等，再根據(jù)工藝模塊的裝配工藝進行模型的建立、裝配過程仿真、可視化工藝設計等。

本文選擇較為典型的平衡軸分裝模塊進行可視化動態(tài)裝配工藝的設計。

1.2 建立零部件模型

利用ProE5.0三維設計軟件對所有零部件進行三維建模，零部件明細主要為以下25種：

表1 平衡軸分裝總成的25種主要零部件明細

根據(jù)ProE設計軟件新建“零件”的功能逐個建立零部件模型，并保證各個零部件的各項特征屬性與實物一致，如下圖：

圖1 平衡軸分裝總成的主要零部件模型

1.3 建立組件模型

根據(jù)ProE設計軟件新建“組件”的功能分別建立子組件和總成組件模型，如下圖：

圖2 平衡軸分裝總成的主要子組件及總成組件模型

在建立各個組件的過程中，需要對零部件之間的運動及約束關系進行分析，并嚴格按照實際相對運動或相對靜止的關系進行組件裝配，以保證后期機構仿真功能的順利進行。比如，平衡軸殼繞平衡軸能夠進行轉動就是本組件中的關鍵裝配約束。

2 機構仿真與動態(tài)裝配

2.1 設置機構運動

建立完成零部件模型、組件模型后，利用ProE設計軟件中的“應用程序”→“機構”功能，對平衡軸分裝總成在實際應用過程中的運動過程進行仿真。

比如，實際應用過程中，6×4、8×4等雙后橋車型都會有平衡軸機構，車輛行駛過程中會有不同程度的震動，導致汽車懸架系統(tǒng)的上下、前后位置變化，使鋼板彈簧與平衡軸殼一起繞著平衡軸進行轉動。因此，鋼板彈簧的形狀變化帶動平衡軸殼繞著平衡軸的轉動就是平衡軸分裝總成的一個需要仿真的運動。

利用ProE設計軟件中的“應用程序”→“機構”功能，定義“伺服電機”并選擇平衡軸殼裝配于平衡軸時所使用的軸約束，選擇“輪廓”，并設置“規(guī)范”為“位置”，設置“模”為“表”，最后在表格中增加四行表數(shù)據(jù)并分別設置對應的“時間”和“模”即可，如下圖。

圖3 伺服電機的位置定義

設置完成后，點擊“確定”，之后使用“機構分析”工具進行仿真效果預覽，預覽成功后使用“回放”功能“播放當前結果集”，并使用“捕獲”按鈕保存需要的機構仿真視頻文件，備用。

2.2 設置動態(tài)裝配

利用ProE設計軟件中的“應用程序”→“動畫”功能，對平衡軸分裝過程進行動態(tài)裝配仿真。

根據(jù)需要的效果，在右側工具欄中進行“定時視圖”、“定時透明”設置，并利用“關鍵幀序列”工具進行關鍵幀快照的編輯或創(chuàng)建，如下圖。

圖4 定時視圖、定時透明、關鍵幀序列設置

設置完成后，點擊“啟動”工具，進行動態(tài)裝配過程預覽，預覽成功后使用“回放”工具進行回放，并使用“捕獲”按鈕保存需要的動態(tài)裝配視頻文件，備用，如下圖。

圖5 動畫回放及視頻捕獲功能

3 編制可視化裝配工藝視頻

3.1 制作音頻

根據(jù)紙質(zhì)版工藝文件要求，利用計算機中的錄音機軟件或其他錄音設備，將相關裝配過程及擰緊力矩要求、涂膠要求、裝配方法等內(nèi)容分別進行錄制，并將音頻文件存儲在指定位置，備用。

3.2 導入視頻

采用Windows Movie Maker或VideoStudio等視頻編輯制作軟件，合成之前已經(jīng)保存好的機構仿真視頻、動態(tài)裝配視頻、工藝要求音頻等文件，并根據(jù)實際需求進行剪輯、編輯，添加必要的字幕說明，最后輸出標準化的可視化裝配工藝視頻文件，用于指導實際生產(chǎn)和新員工培訓等，如下圖。

圖6 編輯制作完成的動態(tài)裝配工藝文件（包含字幕、語音）

4 結論

本研究運用Pro/Engineer的建模、裝配、仿真技術，運用VideoStudio的視頻、音頻、文字編輯技術，結合產(chǎn)品圖紙、重卡裝配驗收技術條件、整車調(diào)試工藝等，建立企業(yè)內(nèi)部關鍵產(chǎn)品的零部件模型和可視化動態(tài)裝配工藝文件，工藝文件制作方法在國內(nèi)重卡行業(yè)處于領先。研究成果能夠很好的與目前紙質(zhì)版的工藝作業(yè)指導書配合使用，提升企業(yè)內(nèi)部職工的操作技能。可視化動態(tài)裝配工藝文件可作為售后服務的重要技術文件隨時使用，提升售后服務質(zhì)量；亦可作為宣傳素材嵌套于企業(yè)網(wǎng)站中，提升企業(yè)品牌的產(chǎn)品影響力。

[1] 武志明,姚涵珍.Pro/Engineer野火 5.0機械設計基礎及應用[M].北京:人民郵電出版社,2013.

[2] 張中偉,田錫天.機加工藝三維可視化表示與生成[J].制造業(yè)自動化,2013,35（2）:26-30.

[3] 嚴艦,虛擬制造技術在汽車裝配工藝中的應用研究[J].人工智能及識別技術,2013,20（5）:83-84.