基于虛擬裝配的汽車產品裝配性評審

潘志興

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 整車制造部總裝工程科，廣西 柳州 545007）

虛擬裝配，是評審汽車產品裝配性的重要組成部分。利用虛擬裝配，可以驗證裝配設計和操作的正確與否，以便及早的發現裝配中的問題，對模型進行修改。虛擬裝配能使評審數模在高效、高品質、短時間、低成本的環境下完成，根據產品設計的形狀特性與精度特性，真實地模擬產品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產品的三維真實模擬裝配過程，以檢驗產品的可裝配性。

利用虛擬裝配評審零件的裝配性，一般可分為6個步驟：檢查零件是否滿足相關MR；零件裝配順序的分析；零件裝配運動空間分析；工裝設備的空間分析；裝配工具的操作空間分析；操作工的操作空間分析。

下面就對每一步作詳細舉例說明。

1 檢查零件是否滿足相關MR（制造需求）

制造需求是在汽車開發的前期，制造區域向產品開發部門提出的、適應現有生產線及生產工藝的需求。

制造需求一般分為工裝設備、工藝流程、零件裝配工藝性這3個部分。在我們使用虛擬裝配檢對汽車零件進行評審時，首先就要檢查零件是否滿足當初所提的制造需求中的零件裝配工藝性。

下面用評審汽車的擋風玻璃為例來說明。

除了汽車擋風玻璃本身以外，對玻璃周圍的零件同樣有制造需求，例如有對窗框鈑金的要求：車身翻邊的搭接要符合要求，且玻璃粘接區域不能有超過0.8 mm的突起（如圖1）。

圖1 車身翻邊要求

只有當產品滿足了當初提的制造需求以后，才能對產品進行進一步的評審。

2 零件裝配順序的分析

對零件裝配順序的分析，是進行虛擬裝配評審的前提。因為在一個狹小的空間里，后裝上去的零件，一般都會將前一個零件的裝配空間完全占用，當我們對前一個零件進行虛擬裝配時，就要完全去除掉后面一個零件，而對后面的零件進行虛擬裝配時，不能忽略掉前面的零件，不然就會出現很容易裝配或不能裝配的誤判。

例如一個門系統，在門內外板的狹小空間里，要裝配的零件有門鎖體、內開手柄、外開手柄、門鎖拉桿、玻璃升降器、門玻璃、玻璃導槽、玻璃導槽密封條、車門限位器、車門線束、喇叭、扶手支架、防水薄膜、車門飾板、內水切及外水切等。這么多的零件，都是嚴格地按順序裝配的，我們在用虛擬裝配進行評審時，如果沒有弄清楚它們的裝配順序，最終得出的結果也是不正確的。

3 零件裝配運動空間分析

零件在裝配的過程中，是一個不斷運動的過程，零件與周邊的其他零件之間的間隙也是在不斷變化的，而對于裝配要求這一塊來說，對裝配空間的要求也會隨著零件的不同，裝配位置的不同而不同。所以我們進行虛擬裝配的時候。就要對特定的零件，定義好以多大的運動量為單位，一步一步地慢慢對操作空間進行詳細的分析。

下面以發動機總成的裝配和擋風玻璃的裝配為例來說明。

發動機總成，是在總裝車間的底盤線裝配的。在底盤線上，車輛是被抬起到一定的高度，發動機總成放在托盤上，由AGV小車將發動機總成慢慢的由下至上，將其頂到裝配位置，再由操作工打緊緊固螺栓來完成裝配。在這個過程中，發動機總成不能和周邊的零件干涉，如前大梁，前隔板，轉向管柱等零件，且要保證有一定的安全距離。而發動機和這些零件之間的間隙，又是不斷在變化的，為了方便分析，就要以一定的舉升高度為單位，逐步地分析發動機總成的裝配空間（如圖2）。

圖2 發動機總成裝配空間分析

汽車擋風玻璃有前后兩塊，往往后擋風玻璃的裝配空間，都是比較狹窄的。因為現在大多數三廂車為了造型的美觀，后擋風玻璃下面都有一截是插入到行李箱里，而行李箱和后擋風玻璃的間隙，又非常的小。造型工程師為了最求造型上的漂亮，就很容易忽略了產品的可裝配性。

擋風玻璃的裝配有點特殊。

首先，上面提到后擋風玻璃下面都有一截是插入到行李箱里的，而行李箱蓋也是可以活動的，所以后擋風玻璃的裝配涉及到兩個零件的運動，且后擋風玻璃與行李箱蓋，都是些不規則的弧面，這些都增大了判斷零件裝配空間的難度。

其次，擋風玻璃在裝配時，還要涂上一圈的黑色玻璃膠，這些玻璃膠如果碰到了其他零件，不僅會造成污染，影響客戶對車輛的感官，同時也會造成擋風玻璃粘貼不牢，影響汽車密封性。所以要給玻璃膠也留有足夠的安全空間。但往往玻璃膠是不體現在數模上的。上面這些原因，就需要我們采取一些特殊的方法，就是改動現有的產品數模，將玻璃增厚30 mm，并向四周擴大12 mm，這樣就將玻璃以及玻璃膠運動所需要的安全距離，都包含在這個修改過的玻璃數模里了（如圖3）。

圖3 后擋風玻璃裝配空間分析1

接下來就將玻璃以底部的一條邊為軸，以5°為單位向上旋轉20。因為一般擋風玻璃上邊都有2個定位銷，操作工都是以這樣的運動軌跡，來裝配擋風玻璃的。然后將行李箱蓋打開一定的角度來分析，只要行李箱蓋能打開到一個沒有產生干涉的角度，就能確定玻璃的裝配空間是符合要求的（如圖4）。

圖4 后擋風玻璃裝配空間分析2

4 工裝設備的空間分析

在汽車的裝配過程中，除了一些單個的、體積較小的零件以外，還有一些模塊化的，大件的零件。這些零件因為體積過大，或總質量過大，操作工無法直接徒手裝配，就要使用到助力機械進行裝配，如儀表板模塊總成、座椅、發動機總成、后橋總成等。

對于這些零件的裝配性分析，我們要求模塊及助力機械在裝配的路徑上，并在進入定位特征之前，保持與周邊零件通常最少需要有25 mm的間隙，以保證模塊在裝載的過程中有足夠的操作空間，并防止零件在裝配過程中被碰傷。下面我以裝配儀表板總成為例予以說明。

儀表板是車子最大體積的一個總成，它要從狹窄的門框進入到車身內進行裝配。在裝配的過程中，車輛是不斷的在勻速移動的，儀表板放在托架上，由助力機械臂推入車身。這是一個比較復雜的運動過程，我們要先按經驗制定運動路徑，然后進行仿真運動來分析，設定間隙距離小于25 mm時運動停止，就是當儀表板模塊總成和托架與翼子板、門框密封條、車身側圍外板等零件之間的間隙小于25 mm時，要重新設計運動路線，直到滿足裝配要求的空間距離為止。

5 裝配工具的操作空間分析

裝配工具是指用于裝配零件所使用到的電動扳手、氣動扳手以及相應的套筒。為了便于操作，同時防止氣動扳手在使用過程中產生振動而磨傷其他零件的表面，除了預留氣動扳手本身的空間尺寸要求之外，需要在氣動扳手與其他零件之間預留一定的空間，通常有2 mm以上的空間，如果氣動扳手周邊的零件為易磨損件（如內飾件，外飾件等），此空間應適當放大，通常為4 mm。如果是一些需要大扭力緊固的零件（如前懸掛，轉向管柱等），要預留出氣動扳手擺動的空間（如圖5）。

圖5 氣動扳手空間分析

不同大小的緊固螺栓，要使用不同大小的套筒。套筒還分為帶護套和不帶護套的兩種，帶護套一般用在內飾件和外飾件上，如儀表板，輪轂等，避免劃傷零件，影響外觀。套筒的空間，根據緊固件的大小決定。

6 操作工的操作空間分析

操作工操作空間的分析，要和人機工程結合起來。因為有的零件理論上是有足夠的空間裝配的，但實際的人工操作卻很難完成，甚至會對操作的員工造成傷害，這些都是不符合裝配性的表現。

如裝配發動機倉內的零件，如空調管、暖風機進出水管、車身線束、前隔板隔熱墊及隔熱墊卡扣等零件。因為在裝了發動機以后就無法裝配，所以就要在底盤線之前的內飾線裝配，一般操作員工都是在車身側進行操作（如圖6）。

圖6 發動機倉零件的裝配

我們可以通過表1來判斷是否符合要求，對應的數字越高，人機工程越差，數字達到3就是不能接受的裝配性。

表1 操作工操作位置要求表

在裝配底盤零件的時候，操作工的手會穿過一個狹窄的區域進行操作，如轉向中間軸與轉向軸連接點時，設計需要提供140 mm的管柱空間供手轉動或移動。這時我們可以通過建立圓柱體，來判斷操作的空間（如圖7）。

圖7 連接轉向中間軸與轉向軸

7 結束語

產品的裝配費用，占整個生產成本30%～50%乃至更高。因此對產品裝配工藝進行以提高品質和效率、降低成本為目標的改進和再規劃，是增強制造業競爭力的重要環節。準確的評審，可以獲得可行且較優的裝配工藝方案，指導實際裝配生產。這樣能減少生產線的適應性改造、避免重復投資，從而降低生產運行成本；避免因制造問題引起的設計變更；避免因此引起時間延誤和開發成本的增加，以提高產品的市場競爭力。

[1]朱文華，馬登哲.虛擬裝配技術的應用研究[J].機械設計與研究，2004.