淺析虛擬制造技術在汽車裝配環節中的應用

郭廣超

摘 要：汽車裝配作為汽車生產制造的最后一道流程，直接影響汽車的性能和銷售。為了達到最佳的裝配效果，虛擬制造技術逐漸應用到汽車的裝配環節中。目前，此項技術已經比較成熟，同時也解決了在裝配環節中出現的各種問題，為汽車的最后組裝提供了安全保障。從虛擬制造技術的概念入手，分析汽車裝配環節中如何應用虛擬制造技術實現汽車模擬裝配，從而減少汽車裝配環節的誤差，提升汽車企業的核心競爭力。

關鍵詞：虛擬制造技術；汽車裝配；初步線平衡

近年來，虛擬制造技術逐漸興起，眾多行業紛紛開始將其應用到產品的生產和設計中，其中，汽車制造行業是應用虛擬制造技術的重要行業，本研究主要分析汽車裝配環節中虛擬制造技術的應用[1-2]。

1 虛擬制造技術的相關概念

虛擬制造技術（Virtual Manufacturing Technology，VMT）主要是通過虛擬仿真技術實現從產品設計到產品生產全部環節的仿真建模，借助數字化的計算機技術，模擬出產品制造的全過程，從而實現對產品性能、制造成本的預測，在仿真虛擬階段解決問題，最終實現生產制造的高效組織以及車間、倉庫資源的合理配置，降低產品的開發成本，縮短產品的實際開發周期，以達到產品質量的最優化、生產效率的最高化。

2 虛擬制造技術的應用現狀

由于虛擬制造技術在設計階段就可以預先模擬出產品的性能和制造過程，保證未來產品的質量達到最優，在眾多機械制造行業得到廣泛應用[3]。在國外，比如波音777公司，從整機的設計到部件的測試以及整機的裝配全部采用虛擬制造技術來完成，甚至各種環境下的試飛也是通過虛擬現實技術來實現的。正因為采用了虛擬制造技術以及虛擬現實技術，開發周期從8年縮短到5年。在國內，關于虛擬制造技術應用的相關文獻還比較少，一方面由于國內企業創新意識還比較淡薄，應用開發的技術水平不高；另一方面該技術對資金方面的要求過高，存在技術供求矛盾，因此，中小企業在虛擬制造技術方面的應用還處于空白。

3 汽車裝配環節虛擬制造技術的應用

作為大型企業的汽車生產制造企業，不管是人才需求，還是資金支持，都具備了應用虛擬制造技術的條件，因此，虛擬制造技術在汽車生產制造中的應用還是非常廣泛的。

3.1 構建專業的數據庫

要實現虛擬制造技術在汽車裝配環節的應用，就需要構建包含汽車裝配環節所需的所有零部件、相關配套資源以及安裝工藝等數據庫[4-5]。首先，所需零部件自身的相關參數信息及零部件與車身和其他標準件之間的參數信息，都需要輸入數據庫。其次，安裝操作人員裝配各種零部件的順序銜接關系以及參與安裝環節的所有人員之間的配合邏輯關系也要全部輸入數據庫。最后，將所有零部件裝配的具體詳細標準和要求即裝配工藝全部輸入數據庫。汽車裝配環節目前可以構建的通用數據資源庫有13種類型，具體包括設備的加注、檢測，料架的配置以及電動工具的應用等。這些設備也要按照實際裝配時的要求和標準將其三維模型導入數據庫，從而為汽車裝配工藝提供保障。

3.2 輸入汽車裝配的基礎數據及工藝參數

構建好初始數據庫以后，不僅需要輸入大量基礎數據，還要將詳細的裝配工藝參數錄入數據庫[6]。其中，基礎數據主要包括產品的各項參數指標等詳細屬性，從而完成汽車虛擬裝配軟件對產品屬性的定義，為下一步的工藝參數應用打好基礎。工藝參數則包括汽車裝配過程中所需零部件的全部裝配注意事項以及裝配順序等詳細描述，以此制定適合裝配環節的最優化工藝模塊。此工藝參數的設置將對未來的產品設計產生非常重要的影響，甚至可以直接套用到實際的生產過程中，為新產品的誕生提供了創新的空間。另外，也可以通過靈活調整工藝參數縮短產品設計的周期，從而提升產品的生產效率。

3.3 設置汽車裝配的工藝流程

除了工藝參數外，工藝的具體流程也很重要，其直接決定了汽車裝配的可能性或成功性。所以，工藝流程的設置在虛擬裝配環節非常重要，一定要保證汽車裝配能夠完整地組裝起來。

3.3.1 規劃汽車裝配工藝

首先，需要將數據庫中的各個零部件與裝配工藝資源關聯起來。其次，可以根據數據庫的模板工藝標準對各個零部件進行工藝規劃。再次，按照汽車裝配的順序流程，初步設計各個零部件的裝配順序。最后，利用模擬仿真軟件按照事先設定的優先順序對全部汽車零部件進行虛擬裝配。因此，在虛擬汽車零部件裝配之前要先規劃好汽車的裝配工藝[7]。

3.3.2 調試初步線平衡

在設計汽車裝配工藝流程的過程中，可以通過模擬仿真對全部裝配零部件進行可行性的檢測和判斷，從而找出有問題的裝配工藝或干擾項，實時反饋需要改進的地方。在模擬裝配過程中，由于各個零部件之間存在多種錯綜復雜的邏輯關系，裝配的順序需要根據實際虛擬裝配過程中出現的問題進行相應的調整[8]。只有反復多次地調整平衡后的起始布線，才能確保各個工序之間的裝配順序合理進行，如果出現了問題，則可以通過后臺數據庫里的大數據進行優化和調整，使這些裝配步驟符合實地裝配的要求。

3.3.3 確定具體的汽車裝配工藝

對于具體的汽車裝配工藝，則需要根據裝配設備的具體情況提前對裝配工位工藝進行設計規劃，對于工作周期的預估則需要根據數據庫中產品的實際結構完成[9-10]。通過反復多次的改進和調整，根據人工機械安裝流程和虛擬復現裝配流程兩個方面的吻合，確定最終的汽車裝配工藝，以保證裝配出來的汽車能夠投入使用，同時保證在出現問題時能得到及時的更正或優化，從而保證虛擬制造技術在汽車裝配環節的有效性。

3.4 模擬汽車裝配的實踐過程

經過多次模擬仿真，不僅可以實現汽車零部件的裝配模擬，也可以實現整車的裝配模擬，通過模擬出來的效果發現零部件存在的問題，從而指導現有零部件的優化或創新，也可以將其輸出為相關的工程文件，進行存儲和備案，以便后續存檔和分析。模擬實踐也可以讓實際零部件的參數和工藝得到相關指標的檢測，從而大大降低汽車裝配過程中出現問題的概率。

4 結語

虛擬制造技術在汽車裝配工藝中的應用，不僅縮短了汽車創新產品的開發周期，同時使開發成本得到較為明顯的降低。因此，不管是國外的車企，還是國內的車企，對虛擬制造技術都表現出了濃厚的興趣，開始紛紛投入資金研發。從目前國內汽車企業的研發情況來看，虛擬制造技術的應用已經悄然開始，但是還需要加強推廣科研創新的新興思想，從而讓虛擬制造技術在汽車企業領域打下堅實的基礎。多個汽車企業已經意識到虛擬制造技術的應用能夠帶來巨大的優勢和利益，但是由于這方面的研究創新才剛剛開始，不可避免地存在大量比較棘手的問題。由于時間、精力和知識水平有限，并未研究到比較深層次的科研攻關，因此，還需要加強自身的學習能力，為后續的持續分析研究提供知識儲備。

[參考文獻]

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[10]何軍慶.現代機械工程設計領域虛擬制造技術融合路徑研究[J].山東工業技術，2018（20）：68.

Application of virtual manufacturing technology in automobile assembly

Guo Guangchao

（Xinxiang Vocational and Technical College， Xinxiang 453006， China）

Abstract：As the last process of automobile production and manufacturing， automobile assembly directly affects the functions and sales of automobile. In order to achieve the best assembly effect， virtual manufacturing technology has gradually been applied to automobile assembly. At present， this technology only has been relatively mature， but also solved various problems in the automobile assembly process， providing security for the final automobile assembly. Starting from the concept of virtual manufacturing technology， how to use virtual manufacturing technology to realize the simulation assembly of automobile in the process of automobile assembly was analyzed， so as to reduce the errors in the process of automobile assembly and improve the core competitiveness of automobile enterprises.

Key words：virtual manufacturing technology； automobile assembly； preliminary line balance