面向汽車零部件的虛擬裝配技術的相關分析

劉曉潔 別玉娟

摘 要：虛擬裝配是連接產品設計與生產制造的重要環(huán)節(jié)，其還是虛擬制造的主要構成部分，而且裝配直接影響著產品的生產成本。在實踐工程項目時，對于比較復雜的產品而言，裝配主要以手工操作為主體，同時裝配技術與產品的設計以及生產制造技術相比較也處于滯后。通過利用計算機的仿真技術作為基礎，在一定程度上改進零部件的結構，可以有效提升裝配工作效率，減小汽車零部件的裝配難度。

關鍵詞：汽車零部件；虛擬裝配；仿真

虛擬裝配作為虛擬制造的主要構成部分，充分運用虛擬裝配能夠對裝配的系統(tǒng)自身性能進行優(yōu)化，在一定程度上滿足市場與客戶要求，進而減小產品裝配成本。一般狀況下，對于單個零件難以實現(xiàn)的產品功能，唯有將許多零件進行組合，然后應用運動副與約束構成裝配體，才可以實現(xiàn)相應功能。盡管有大量的方法能夠提升產品工藝裝配效率，可是實現(xiàn)存在一定難度，若果利用計算機系統(tǒng)的仿真技術，就能夠在產品的設計時期充分考慮與模擬產品相應裝配的可操作性，同時制定一項設計規(guī)則，就可以在一定程度上減小制造成本，提升裝配效率。

1 虛擬裝配概述

虛擬裝配主要是以零部件的三維模型作為基礎，然后利用計算機系統(tǒng)中的仿真模擬產品裝配的所有過程，有效規(guī)劃裝配的具體路徑，深入分析產品自身的可裝配性。目前，虛擬裝配和實踐裝配主要存在兩方面關系。其中一方面是利用數(shù)字模型取代產品的實踐模型，另外一方面是利用裝配仿真有效模擬實踐裝配的過程。汽車零部件的裝配存在的問題主要產品設計和裝配建模、裝配分析以及裝配規(guī)劃四個方面，其中產品設計主要是建立了產品結構和功能之間的關系，而裝配建模指出零部件之間的具體位置關系，裝配分析主要是對汽車零部件的裝配性完成定量或是定性分析，另外裝配規(guī)劃一般是提出合理的裝配工藝程序。這樣設計人員能夠依據(jù)裝配分析的具體結果，對汽車零部件的裝配工藝進行優(yōu)化。

2 面向汽車零部件虛擬裝配的設計

2.1 裝配建模形式

在計算機技術的快速發(fā)展下，已經研發(fā)出計算機的集成制造和并行工程等相關技術，一系列新技術打破了以往的裝配建模形式，目前已經形成了自頂向下的先進裝配建模形式，如圖所示。此種建模形式主要是將產品的功能作為出發(fā)點，要制定實現(xiàn)產品對應功能的初步設計方案與裝配結構草圖，然后獲取產品的相應功能模型，同時將功能模型作為基礎，設置約束與產品的裝配結構，最終要對零部件與裝配體完成具體的參數(shù)設計。另外，在進行設計時一定要不斷對裝配的設計方案完成深入分析以及優(yōu)化，一直到滿足相關功能需求位置。此種裝配建模形式有許多特點。首先其滿足產品設計需求，汽車零部件的設計過程主要是指完成裝配模型從初期的抽象到最終的具體過程，初期的裝配模型主要通過概念模型的狀態(tài)呈現(xiàn)產品功能，將其作為基礎，然后慢慢形成具備幾何形狀的相應裝配體模型，從而獲取產品具體設計模型。其次，利于完成并行設計以及協(xié)同設計。而自頂向下的裝配建模方法一定要先明確產品的具體設計意圖和關鍵功能與配合關系等，這樣在分配任務的過程中可以把任務同步分配給所有的設計小組。

2.2 面向裝配的設計技術

裝配指把零件組合成為完整產品的過程，而面向裝配設計就是在產品的開發(fā)初期綜合考慮產品自身的可裝配性，進而降低產品開發(fā)時出現(xiàn)的反復次數(shù)，有效縮短產品的研究開發(fā)周期，加強產品的質量，在一定程度減小產品的生產成本。同時面向裝配設計制定的原則有運用標準零件和模塊設計以及減少零件間調整等。另外，裝配評價主要關系兩個方面，主要有設計方案具備的可裝配性分析與裝配過程分析。以往的裝配評價手段主要有以比較容易完成裝配的原則完成分析，比如說零部件對稱性和裝配方向等，以及公理化方法，也就是運用設計指南與設計標準完成裝配體的有效評價。

2.3 裝配過程仿真

裝配過程仿真就是吧裝配序列與裝配路徑通過動態(tài)的模式在計算機中完成演示，這樣客戶就能夠比較直觀的連接部件裝配規(guī)劃的具體結果，進而便于更為深入的完成裝配體相關裝配方案的優(yōu)化。另外，裝配仿真還能夠培訓工作人員，使其能夠對產品的裝配有一個更為清晰與具體的認知，進而在一定程度上提升零部件的裝配效率。一般情況下，裝配仿真過程主要有三個層系。首先是比較簡單的裝配仿真，其能夠直接從工藝規(guī)劃中獲得零部件相應的裝配順序以及裝配路徑，對零部件的具體裝配過程實現(xiàn)模擬，同時有效指出各個路徑是否存在干涉問題。其次是動態(tài)裝配仿真，對于裝配序列應該試試改進與調節(jié)初期的裝配設計方案與控制節(jié)點的具體位置，可以檢測出各個路徑中是否存在相關干涉點與控制點間是否存在碰撞問題。最后是復合裝配仿真，經過求解汽車零部件的相關拆卸順序從而獲取最優(yōu)化的拆卸方案，利用反求拆卸方案能夠獲取裝配方案與裝配序列，同時以此作為基礎實現(xiàn)產品的裝配過程仿真。

3 結束語

虛擬裝配技術具備良好的發(fā)展與應用前景，其已經成為產品研究與開發(fā)的主要環(huán)節(jié)，同時也是提升裝配質量與降低裝配成本的重要手段。通過對汽車零部件虛擬裝配技術的分析，未來還應該進一步研究公差分析方法，從而保證零件裝配的整體質量。

參考文獻：

[1]王恒，寧如新.面向虛擬裝配的產品公差模型[J].計算機集成制造系統(tǒng) ，2011（07）：961-968.

[2]李建廣，夏平均.虛擬裝配技術研究現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].航空制造技術，2010（03）：34-38.

[3]劉振宇，譚建榮.面向過程的虛擬環(huán)境中產品裝配建模研究[J].機械工程學報，2012，40（03）：93-99.

[4]常劍峰，鐘約先，韓贊東.轎車車身沖壓生產線虛擬制造系統(tǒng)的研究[J].塑性工程學報，2013，11（04）： 61-66.

作者簡介：劉曉潔（1984—），女，河南三門峽人，碩士研究生，助教，研究方向：汽車裝配與制造、新能源汽車。