面向設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助汽車裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)

宋華　姚海蓉

摘 要：從汽車的概念設(shè)計(jì)階段就把裝配可行性考慮其中，并且一致持續(xù)到批產(chǎn)以后。首先，在概念設(shè)計(jì)階段，用專家系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證;然后，在設(shè)計(jì)開發(fā)階段，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行裝配評(píng)估，檢查是否滿足裝配的基本要求;裝配可行性分析，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行靜態(tài)檢查，裝配路徑生成，工具空間檢查，和人機(jī)工程驗(yàn)證;緊固件檢查，檢查緊固件是否和標(biāo)準(zhǔn)一致，以降低緊固件的種類和數(shù)量;接著開始整車虛擬裝配模擬，以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，及時(shí)改進(jìn)。最后生成裝配工藝文件和特殊工裝的設(shè)計(jì)要求。這樣的面向設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)，縮短了開發(fā)時(shí)間，降低了開發(fā)的成本，提高了開發(fā)的效率。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃;汽車裝配;虛擬裝配;專家系統(tǒng)中圖分類號(hào)：U466? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）01-157-03

Abstract： The assembly feasibility has been considered from the conceptual design stage of the automobile， and it will last until the batch production. First of all， in the conceptual design stage， the design is verified by expert system; then， in the design and development stage， the design is evaluated for assembly to check whether it meets the basic requirements of assembly; assembly feasibility analysis， static inspection of the design， assembly path generation， tool space inspection， and ergonomic verification; fastener inspection， check whether the fastener meets the standard one in order to reduce the type and quantity of fasteners. Then start the virtual assembly simulation of the whole vehicle to find the design errors and improve in time. Finally， the assembly process documents and special tooling design requirements are generated. Such a design-oriented computer-aided assembly process planning system shortens the development time， reduces the development cost and improves the development efficiency.Keywords： CAPP; Automobile Assembly; Virtual Assembly; Expert SystemCLC NO.： U466 ?Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）01-157-03

引言

CAPP（Computer Aided Process Planning）計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃的廣義就是包括工藝設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)過程和活動(dòng)的管理。

由于一輛汽車有一萬多個(gè)零件，因此汽車的裝配和維修一直是個(gè)大的工程。怎樣能夠快速和有效的裝配一輛汽車一直是個(gè)值得探索的問題。而計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)CAPP就可以有效的幫助和改進(jìn)這個(gè)問題。

CAPP可以將工藝設(shè)計(jì)人員從大量繁重、重復(fù)性的手工勞動(dòng)中解放出來，使他們能從事新產(chǎn)品開發(fā)、工藝裝備改進(jìn)及新工藝研究等創(chuàng)造性工作;節(jié)省工藝過程編制時(shí)間和編制費(fèi)用，可以大大地縮短工藝設(shè)計(jì)周期，保證工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量，提高產(chǎn)品在市場上的競爭能力;有助于將工藝設(shè)計(jì)人員的寶貴經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行集中、總結(jié)和繼承，提高工藝過程合理化的程度，從而實(shí)現(xiàn)工藝過程的計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì);較少依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，有利于實(shí)現(xiàn)工藝過程的標(biāo)準(zhǔn)化，提高相似或相同零件工藝過程的一致性。

1 裝配規(guī)劃從概念設(shè)計(jì)開始

從汽車概念設(shè)計(jì)開始就把裝配可行性考慮其中，并且一直保持到批產(chǎn)以后。這樣做的好處是，降低了工藝難度，減少了開發(fā)成本;及時(shí)修正設(shè)計(jì)缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量;縮短了開發(fā)周期，提高了開發(fā)效率。

2 本系統(tǒng)的基本的構(gòu)成

基于汽車設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助汽車裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本的流程如下圖：

其中：

批產(chǎn)之前（XX-XX）周，專家系統(tǒng)認(rèn)證

批產(chǎn)之前（XX-XX）周，裝配評(píng)估

批產(chǎn)之前（XX-XX）周，裝配可行性分析

批產(chǎn)之前（XX-XX）周，緊固件檢查

批產(chǎn)之前（XX-XX）周，整車虛擬裝配

批產(chǎn)之前（XX-XX）周，工藝卡生成和特殊工裝設(shè)計(jì)要求

包括：

2.1 零件裝配的專家系統(tǒng)認(rèn)證 批產(chǎn)之前（XX-XX）周

零件裝配的專家系統(tǒng)，主要是記錄了在以前的設(shè)計(jì)和制造過程中，該零件的設(shè)計(jì)在裝配方式，緊固件選擇，工裝，人機(jī)工程等方面的錯(cuò)誤的和成功的案例的總結(jié)。一般包括：1）過去該零件在裝配難易度，節(jié)省時(shí)間和人機(jī)工程等方面的成功的設(shè)計(jì)，以及失敗的案例。2）建議的該零件的裝配順序和裝配工位;3）建議的該零件的緊固方式，緊固應(yīng)該采用同樣的工具以節(jié)省換工具的時(shí)間;4）以前采用過的該零件的定位方式，盡量不需要采用夾具，緊固之前已經(jīng)定位;5）一般要求一個(gè)操作工就可以完成該零件的安裝;6）如果在同一款車上，對(duì)于不同的配置，同一個(gè)零件有不同的設(shè)計(jì)，對(duì)于零件種類的數(shù)量應(yīng)有所限制，應(yīng)該有防止混料的措施;7）沒有傷害工人的風(fēng)險(xiǎn)等等;

在整車設(shè)計(jì)的早期階段，應(yīng)該和零件設(shè)計(jì)工程師分享關(guān)于該零件的裝配的專家系統(tǒng)，讓工程師充分理解該零件的裝配要求和裝配的經(jīng)驗(yàn)。并在每個(gè)階段，利用裝配專家系統(tǒng)的問題清單，對(duì)零件的設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查和驗(yàn)證。

2.2 裝配評(píng)估：批產(chǎn)之前（XX-XX）周

在零件的設(shè)計(jì)階段，對(duì)零件進(jìn)行裝配評(píng)估。裝配評(píng)估是主要評(píng)估零件的設(shè)計(jì)是否滿足裝配的一些基本要求。例如：安裝工序，安裝工序是否已經(jīng)明確？環(huán)境件，在安裝該零件之前，環(huán)境件不需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理;零件安裝，安裝該零件之前或者之后，該零件不需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理，零件自身有防差錯(cuò);零件安裝過程視野開闊，無遮擋;零件固定，零件固定的安裝是按照一個(gè)軸線，在一個(gè)方向上被完成;固定件掉落時(shí)，撿回區(qū)域可視，用手容易撿回;人機(jī)工程，操作工不行克服障礙就能進(jìn)入其工作位置;操作姿態(tài)滿足正常坐姿，正常站立;工藝流程，操作循環(huán)時(shí)間滿足最大設(shè)計(jì)節(jié)拍。

2.3 裝配可行性分析：批產(chǎn)之前（XX-XX）周

在零件的設(shè)計(jì)階段，對(duì)零件進(jìn)行裝配可行性分析，一般使用Catia Assembly的DMU進(jìn)行。靜態(tài)檢查，首先是檢查零件是否在規(guī)定的位置上，當(dāng)零件在最后的位置上，該零件是否和周圍的零件有干涉，如果有，該干涉是否合理;裝配路徑生成檢查，用Catia 中的DMU模擬零件的裝配路徑，在零件移動(dòng)過程中，必須和周圍保持超過5mm的間隙，當(dāng)零件的重量超過8公斤，必須使用機(jī)械手;工具空間檢查，模擬工具操作，一般保持工具和周圍有3mm的空間;（特殊情況，特殊考慮）。人機(jī)工程檢查，沒有盲操作，符合人機(jī)工程的要求。設(shè)計(jì)工程師可以根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題，及時(shí)地改進(jìn)設(shè)計(jì)。

2.4 緊固件檢查：批產(chǎn)之前（XX-XX）周

為了便于裝配，應(yīng)在滿足裝配性能的情況下盡量減少緊固件的數(shù)量和種類，因此在多年的裝配的實(shí)踐中形成了對(duì)每個(gè)件的裝配的位置和所采用的緊固件都有具體的要求，并生成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此在設(shè)計(jì)中，必須檢查設(shè)計(jì)中所采用的緊固件是否與標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

2.5 整車虛擬裝配：批產(chǎn)之前（XX-XX）周

在設(shè)計(jì)完成80%以后，必須按照現(xiàn)場的裝配順序，通過軟件對(duì)整車進(jìn)行虛擬裝配模擬，并在這個(gè)過程中發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)地修正，以便現(xiàn)場的裝車的成功。

2.6 工藝卡生成和特殊工裝設(shè)計(jì)要求：批產(chǎn)之前（XX-XX）周

在設(shè)計(jì)基本固化以后，就可以完成工藝卡。

生成工藝卡，帶有一個(gè)零件裝配的所有的信息，包括安裝工位，安裝步驟，安裝示意圖，零件信息，緊固件信息，工裝信息，安裝特殊要求。

特殊工裝設(shè)計(jì)要求，有一些零件例如頂棚，玻璃，儀表盤，座椅，門的安裝必須要有特殊的工裝。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)采用了專家系統(tǒng)和虛擬技術(shù)，從汽車的裝配角度對(duì)汽車的設(shè)計(jì)進(jìn)行干預(yù)，并且一直延續(xù)到汽車設(shè)計(jì)的固化階段，形成的裝配工藝規(guī)劃大大的降低了裝配的問題的產(chǎn)生，提高了效率，降低了成本。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，汽車的設(shè)計(jì)和裝配會(huì)變得越來越高效。