虛擬制造技術在汽車裝配工藝中的應用

劉從興

摘要：近年來，隨著汽車工業的不斷發展，全球競爭也在不斷增大，汽車生產行業及零部件制造業的行業內部競爭日益激烈，給傳統制造行業造成了嚴峻的考驗。因此，為了適應市場飛快的變化發展，滿足汽車生產行業與消費者的高品質、多功能要求，汽車裝配行業對零部件的精度、可靠性、技術含量和節能環保等各項性能的技術標準把控愈加嚴格，零部件制造企業需要創新材料開發與制備技術，在裝配環節對產品設計、模具設計與實施流程都提出更高的標準，才能滿足生產發展對產品質量的追求。在汽車裝配工藝中引入虛擬制造技術，可以對裝配產品流程與實際效果進行模擬，以便檢測問題并及時解決，提高產品質量，為汽車裝配行業及汽車制造業帶來了全新的發展方向。

關鍵詞：虛擬制造技術;汽車裝配工藝;應用;

引言

虛擬制造基于模擬技術和虛擬模型，在汽車生產領域結合模型，優化產品設計，改變汽車零部件地一些缺點，實現產品的低廉成本制。在目前虛擬制造的實際應用中，實現虛擬制造在汽車工業地大力支持下，有效提高汽車組裝過程的效率和質量，實現了汽車組裝的優化設計。目前虛擬制造在汽車制造領域仍然具有較強的應用優勢，加強虛擬制造的研究和應用在中國對促進汽車產業全面發展起著重要作用。

1虛擬制造技術

虛擬制造技術（簡稱VMT）是以計算機仿真技術為理論核心，通過計算機建模技術對產品設計及零件制造等各項生產過程統一建模，模擬全套生產加工過程，從而預估產品的實際使用情況、技術性能，檢測技術問題，優化工藝生產路線。在設計初始階段，首先利用計算機模擬出制造過程中各項參數的變化趨勢，并分析其對產品設計產生的影響，再預測產品制造成本和各項性能，有利于更加經濟、有效地組織生產加工步驟，使資源得以合理配置，最終達到產品制造成本與生產周期最小化，設計品質最優化，生產效率最高化。計算機仿真技術對零部件的制造過程、加工方法、加工工序、工裝過程、工藝參數的選用、加工工藝和裝配工藝性等操作步驟均可進行建模仿真。尤其是在裝配工藝中，操作者可通過虛擬環境對虛擬零件觀察、操作，進一步分析、評價產品的可裝配性問題，操作技術問題及工程學問題。因而將虛擬制造技術應用于汽車裝配工藝，有利于研究、處理復雜的產品裝配問題，同時能提前發現加工缺陷與裝配過程中的問題，及時探尋處理方法，優化加工過程，提高生產效率。

2虛擬制造技術應用

2.1建立數據庫

利用虛擬技術軟件中的PTS（設備類型集），將汽車裝配工藝中的各項信息分為產品、資源和工藝三類。產品是指汽車裝配中所有零部件的相關信息，一般包括標準件、裝配件、車身數據等，以及各部件之間所存在的內部聯系;資源是指為生產加工過程提供的全套操作設備和技術人員，一般包括車間、工廠、工位等，同時還有他們之間存在的內部邏輯關系;工藝是指關于零部件安裝方法、工藝過程、問題反饋等內容的具體描述。在汽車裝配工藝中建立數據庫，就是對以上三類信息進行定義，并充分按照不同企業的實際要求與流程規范，制定出相應的結構。產品結構定義是根據企業當前數據標準中包含的產品數據模板和結構，制定出符合企業產品屬性的操作界面。工藝元素定義主要針對企業實際工藝流程的結構樹與操作界面并包括部分特定的對象。資源結構定義是根據企業的現有資源，全面定義資源結構和資源數。在汽車裝配工藝中，可以建立13個不同類型的資源數據庫，將各個設備的3D模型導入數據庫里，以便于后期裝配工藝規劃的進行。

2.2輸入資料信息

通過對汽車裝配步驟地觀察，采取該項技術得到的資料大部分為產品數據及工藝數據。其中，產品數據大體可以是將一些參數及數據統一引進到整合軟件中，通過相應的接口程序將所有數據信息和資源傳送到后臺數據基文件，并利用一些腳本程序將整個BOM地圖的數據和信息資源傳送到產品屬性，最終正確定義產品屬性。這些數據可以通過腳本程序自動獲取與汽車組裝過程中的各種相關的標準和要求，再進一步獲取過程數據后，通過建立流程模塊，用于符合企業實際情況的標準，確定實際的汽車組裝流程的各個參數，如有一定的工程或鏈接處理的設備相關過程，需要參閱新的機型組裝過程計劃，如未來的汽車組裝工序中有類似的或有類似的產品設計。該工程計劃模塊可以直接應用于新產品地設計及計劃，繼續這些工序地實踐情況及使用規則，把這些步驟及工藝進行創新及改良，可以把汽車零部件生產地時間壓縮到最短，增強汽車零部件地生產效率。

2.3工藝規劃的初步設計

一開始，先將上述導入的產品數據與生產工藝資源進行有效關聯，然后利用數據庫中的標準工藝模板對新產品進行工藝規劃，根據標準裝配順序操作，對新產品裝配進行初步的順序確定。在此之后，利用CATIAV5軟件打開新產品的各項數據，DELMIA軟件會自動按照預定的裝配順序對裝配過程進行仿真。這一操作可以全面檢測完整的仿真過程，深入判斷裝配順序的可行性，并具體分析出其中存在的數據錯誤或干擾項，有利于裝配問題的及時反饋與后期完善。

2.4調整初步線平衡

我們把該項技術使用在汽車內部布線地平衡計算時，必須完成整車組裝過程的設置工作。第一步，基于汽車組裝步驟互相地所有邏輯關系，優化及創新汽車組裝步驟。第二步，企業真實地生產線，基于計劃及設計裝配步驟，第三步基于汽車地真實組成，預估裝配過程的各個部分和作業區域，并對各工序之間的合理作業時間進行估算，完成上述設置后，采取該項技術構建地生產線，通過數學方法得到平衡后的起始布線，然后思考起始線路地優點及問題，基于經驗及實踐內容把這些步驟優化，抽查這些步驟地問題，然后復現汽車裝配步驟，如有問題，還可以通過后臺服務器里的大數據，優化這些步驟之間地關系。

2.5優化線平衡并輸出工藝文檔

首先，利用MTM法對裝配工藝進行工時分析，獲取較為準確的工時數據信息。此后完成優化線平衡工作，以增強線平衡可行性。利用對應的腳本程序對上述結果實現文檔的自動輸出，能夠有效地減少相關技術人員的工作量，提高整體工作效率。

結束語

虛擬技術是以計算機技術為基礎而創建而出的新技術，將虛擬技術應用于車輛工程中，可有效降低設計成本與設計周期。虛擬機制備技術在汽車裝配工藝中的應用，可以有效縮短新型汽車產品的開發周期，并降低開發成本。與國外模擬制造技術相比，中國的模擬制造技術相對較差。與國內相關企業和產品不緊密，許多企業仍然采用傳統的制造方法，因此我們的競爭優勢與外國企業相比并不明顯，但這給我們提供了機會，面對如此廣闊的市場，相關技術者應該高度重視技術研究，不斷結合虛擬制造技術和汽車組裝工序，實現效率最大化，提高企業生產效益。

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