數字樣機在汽車電器系統上的應用

伍 昆， 陳 晶

（奇瑞汽車股份有限公司， 安徽蕪湖 241009）

1 數字樣機的概念

數字樣機 （DMU： Digital Mock-Up） 技術被很多人片面地理解為就是通過三維模型將零部件裝配在一起， 其實， 實現三維裝配是實現數字樣機最基本的一步。 根據歐洲高級信息化技術組織的定義：“數字樣機DMU是對產品的真實化計算機模擬， 滿足各種各樣的功能， 提供用于工程設計、 加工制造、 產品拆裝維護的模擬環境； 是支持產品和流程、 信息傳遞、 決策制定的公共平臺； 覆蓋產品從概念設計到維護服務的整個生命周期。” 由此可見，數字樣機技術主要是指在計算機平臺上， 通過三維CAD／CAE／CAM軟件， 建立完整的產品數字化樣機， 組成電子化樣機的每個部件除了準確定義三維幾何圖形外， 還賦有相互間的裝配關系、 技術關聯、 工藝、 公差、 人力資源、 材料、 制造資源、 成本等信息。

2 數字樣機的特點和功能

數字樣機應具有從產品設計、 制造到產品維護各階段所需的所有功能， 為產品和流程開發以及從產品概念設計到產品維護整個產品生命周期的信息交流和決策提供一個平臺。 數字樣機技術， 不只是單純的3D裝配， 具有以下的功能和特點。

1） 協同設計中提供的大量工具 （如添加注釋、超級鏈接、 制作動畫、 發布及網絡會議功能）， 使得所有涉及數字樣機檢查的團隊成員可以很容易地進行協同工作。

2） 優化設計能夠生成零部件或裝配件的幾何描述替代體， 以減少模型數據量， 或更好地滿足特定應用的特殊要求。

3） 裝配模擬設計用來定義、 模擬和分析裝配過程和拆卸過程， 通過模擬維護修理過程的可行性（安裝／拆卸） 來校驗原始設計的合理性。

4） 數字樣機運動機構模擬設計。 通過運動干涉檢驗和校核最小間隙來進行機構運動分析。

5） 空間分析設計使用先進的干涉檢查與分析工具、 測量工具和三維幾何對比工具等進行最佳的數字樣機校驗。 空間分析模塊可以進行設計的有效性評價。 它提供豐富的空間分析手段， 包括產品干涉檢查、 剖面分析和3D幾何尺寸比較等。 它可以進行碰撞、 間隙及接觸等計算， 并得到更為復雜和詳盡的分析結果。

總之， 它能夠處理數字樣機審核及產品總成過程中經常遇到的問題， 能夠對產品的整個生命周期（從設計到維護） 進行考察。 數字樣機在電器上的應用主要分為零部件的設計 （如線束布置）， 以及電器的常規檢查 （大致包括以下幾個方面： 汽車前刮水器的運動分析、 蓄電池的人機操作分析、 全車燈具和儀表的視野法規分析以及開關等可操作便利性分析）。 數字樣機電器功能圖如圖1所示。

3 功能實現解析

隨著電子技術在汽車上的應用越來越廣泛， 連接電器的線束也隨之不斷增多， 線束布置日趨復雜， 傳統二維線束布置圖已很難將布線信息完整、準確地表達出來。 電器分布在整個車身的各個地方， 線束分支多， 線束長度尺寸誤差大， 綁扎美觀性， 常因綁扎不合理埋下安全隱患。 三維布線是現在國內汽車廠和設計公司普遍應用的一種布線方式， 其特點是： 方便、 簡單、 快捷。 主要功能是：電器系統功能定義， 電器導線布置， 電器零部件設計， 電器線束布置， 電器線束展平， 線束二維圖。圖2為線束模塊結構示意圖。

數據模型中， 應對插件、 扎帶、 保護套等有明確的定義， 線束長度合理盡量體現裝車的狀態， 并且具有電器的屬性。 完成整車布置圖后對其整體布局合理性進行評審和優化。 線束布置和三維數據的示意圖如圖3所示。

對于穿過橡膠件線束， 可以經開門和關門的任意角度的校核， 通過定義2個起止點自動改變線束的長度， 做運動的干涉校核和應力分析的校核。 圖4為門開啟和關閉時橡膠的變形狀態， 圖5為數字樣機模擬門運動后的界面， 圖6為關門后線束長度測算狀態。

數字樣機對線束的布置有非常大的幫助， 首先相對于傳統的制圖軟件， 它能直接進行三維制圖，對于前期的空間布置和分析， 以及動態的干涉分析而言， 隨時保持圖紙根據方案修改變動， 關聯性強。在運動、 分析、 仿真設計產品開發過程中， 可以不斷完善， 直到最佳的配合狀態， 或者說線束最理想的狀態。 這些都為以后的實車布線驗證工作帶來方便，同時節約了成本和整個車型開發的工作周期。 并且需要主機廠的布置工程師具備較強的自主研發能力。

4 結束語

目前許多世界先進汽車企業， 如戴姆勒－克萊斯勒、 寶馬、 三菱和本田等汽車公司， 先后實施數字樣機技術， 加強了設計過程中最為關鍵的空間和尺寸控制之間的集成， 在產品開發過程中不斷對數字樣機進行驗證， 大部分的設計錯誤都能被發現或避免， 從而大大減少實物樣機的制作與驗證， 提高了產品開發水平和市場競爭力。

［1］ 施火結， 張翔. 虛擬樣機技術在產品全生命周期中的應用［C］／ ／福建省科協第五屆學術年會數字化制造及其它先進制造技術專題學術年會論文集. 2005.

［2］ 熊光楞， 李伯虎， 柴旭東. 虛擬樣機技術［J］. 系統仿真學報， 2001 （1）： 114-117.

［3］ 李原， 余劍峰， 邵毅， 等. 基于設計和裝配過程的裝配模型研究［J］. 西北工業大學學報， 2000 （4）： 7-11.