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在整车研发中虚拟装配技术的应用

  0 引言

  虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节,在虚拟技术领域和仿真领域中得到广泛的应用研究。本文结合汽车研发的特点,将虚拟装配定义为:无需汽车产品或支撑过程的物理实现,通过分析、先验模型、可视化和数据表达等手段,利用计算机工具来安排或辅助进行与整车装配有关的工程决策。

  虚拟装配的应用背景包括:3D开发软件的应用;同步开发流程的应用;制造工程的早期介人。当今计算机技术在汽车设计和制造中发挥着重要的作用,多种设计开发软件在汽车研发的各个方面得到了广泛的应用。计算机技术的飞速发展为汽车的制造装配集成化和智能化发展创造了条件,特别是虚拟现实技术的应用将汽车制造工艺过程可视化变为了可能。同步开发流程一般是将专业软件与产品数据管理系统进行集成,使产品开发在企业内部实现并行工程,并易于进行信息交流和共享。制造工程的早期介人可以为虚拟装配工作提供必需的数据及装配顺序、装配工具等。

  1 虚拟装配工作流程

  

  图1 虚拟装配工作流程图

  首先,在装配模式下对基于系统的三维实体模型进行静态干涉检查,以确定零部件的有效性;对于未能通过干涉检查的零部件,将返回到三维实体模式,并对其进行修改,直到所有零部件均能通过静态干涉检查为止。然后建立基于工序的装配模型,根据工序和安装要求建立安装路径,并进行动态间隙和干涉的检查,在建立安装路径的过程中,记录下可行的安装路径和工序;对于不能满足间隙要求以及发生干涉的零部件,修改其安装工序,使零部件的装配过程符合动态间隙和干涉检查的要求,如果不能修改安装工序,或修改后还是未能达到要求,则要返回到三维实体模式,对零部件进行修改,直到其符合装配要求为止。最后进行可装配性分析,包括对零部件之间的相互位置及装配关系、装配顺序进行检查验证,对安装工具的可达性,装配空间的可操作性进行检查验证,对制造要求的实施,安装过程的人机工程以及售后要求的实施等方面进行检查验证;对于不能满足要求的零部件进行安装工序或者三维实体模型的修改,直到满足可装配性的要求为止。

  2 虚拟装配工作内容

  2.1 数据干涉检查

  数据于涉检查包括静态和动态两种,通过检查来判断汽车各个零部件之间有无干涉,运动是否自如、灵活。静态干涉检查是整车设计中最重要的部分之一,干涉检查根据项目周期可以分为设计过程中、后期进行验证以及后期发生设计变更后的干涉检查。对于设计过程中的干涉检查需要对分析的结果进行实时的跟踪,并检查所关注的干涉是否已经消除。

  干涉检查从整车角度也可以分为系统内部零件的干涉检查,系统与系统之间的干涉检查。整车可以分为若干系统,如车身、底盘、内饰、外饰、动力总成、开闭件以及线束等。也可以根据企业的设计情况来进行分类。

  对于零件更新后,零部件的干涉检查又分为单个零件与系统之间的干涉检查和一组零件与周围零件的干涉检查。在产品设计过程中,设计变更是不可避免的,适合应用单个零件或一组零件更新后的干涉检查。

  干涉检查后要出检查报告,报告中包括:干涉件所属位置、涉及干涉的零部件名称、干涉量的大小、干涉过滤和干涉解决状态等,进而帮助设计人员返回对零部件模型进行必要的修改,真正体现虚拟装配设计的优越性。

  2.2 零部件之间的相互位置及装配关系

  零部件之间的相互位置及装配关系十分重要,只有确认了零部件之间具有正确的位置关系及装配关系,才能进行下一步工作。根据制造部门提供的零件清单及零件清单的工序表,结合相关工作经验,对零部件之间的相互位置及装配关系进行检查和验证,确认其正确性及可行性。

  2.3 确认装配顺序

  装配顺序对于整车装配至关重要,不合理的装配顺序可能会导致后续装配工作无法开展,或者导致工具空间的不足以及恶劣的人机工程。因此对装配顺序的检查及确认十分必要。根据制造部门提供的零件清单及零件清单的工序表、相关工位的数据模型等进行装配顺序的检查,确认装配顺序的正确性、方便性及可行性。

  2.4 零部件的安装路径

  建立零部件的安装路径,可以检查安装过程是否顺利,零部件有无干涉情况等。以装配顺序为基础,建立零部件的安装路径,检查各条装配路径上零件在装配过程中是否存在干涉,动态间隙是否满足要求等,如果发生干涉或者动态间隙不能满足要求,则要对初始路径及其关键点位置进行实时交互修改与调整,使零部件的安装路径达到可装配性的目标要求。

  2.5 确认工具空间

  以装配顺序为基础,根据提供的相关工位的工具及数据模型,在装配相关零件时,应用相关工具,进行装配仿真,确认工具空间是否充足,在装配过程中,工具及零件是否存在干涉等问题。

  2.6 确认制造要求的实施

  制造要求的虚拟实现,也是虚拟装配中的重要内容,对制造要求进行虚拟仿真,及时发现制造中可能会发生的问题并进行改进,为后续的造车做好准备,提高工作效率。在检查过程中首先输人制造要求,包括工位的高度,工时的要求、定位、防错、共用要求等,然后确认制造要求实施的正确性、方便性及可行性。

  2.7 安装过程的人机工程

  安装过程的人机工程的目标是让人在安装机械的过程中感到“安全、健康、舒适、高效”。良好的人机工程不但可以提高工作效率,而且还可以提高工作质量。因此有必要对整车安装过程中涉及到人机工程的地方进行预测和分析,确认人机工程是否达到相应要求。

  2.8 确认售后要求的实施

  根据售后需要单独拆装的零件清单,对这些零部件进行单独拆装的仿真分析,校核物体在拆装过程中是否同周围零部件存在数模上的干涉情况,并确认拆装过程的正确性、方便性及可行性,如果出现干涉情况,拆装模拟过程会有什么样的动作。另外,可以通过模拟试验来定量地检查干涉出现的位置以及干涉大小的变化。

  2.9 交互式装配顺序规划

  对虚拟环境中的装配模型进行交互拆卸,基于“可拆即可装”的假定,通过拆卸得到可行序列;对于可能的装配序列,根据装配操作的稳定性、零部件的定位和定向次数及装配序列的并行度等进行优化及选择。

  3 虚拟装配实施要求及规范

  虚拟装配必须与整车的研发流程紧密结合,并且需要多种资源的支持,以及严格的操作规范来保证。

  (1)虚拟装配需要企业相关网络和产品数据管理系统的支持。这样可以有助于实现产品开发的并行工程,保证虚拟装配人员和产品设计人员及时有效地进行信息传递和交流。产品数据在研制中的合理管理和流动是实现虚拟装配的基础。

  (2)虚拟装配必须融人公司整车的研发流程中。在整车研发流程中,明确虚拟装配的工作时间,对于新车型的开发,必须留给虚拟装配足够的时间,确保虚拟装配起到检验设计质量的作用,并保证后续工作的顺利进行和开展。

  (3)虚拟装配的输人要求。对虚拟装配所需数据的完整性、准确性、装配基准、外来数据的导人进行明确的约定。

  (4)相关工作的角色定义。确认相关设计人员和专业虚拟装配人员所应承担的职责和权限,为后续工作打下基础。

  4 结语

  虚拟装配工作可以实现同步开发,在数据发布前验证装配可行性,有助于减少后续的模具及零件修改,降低开发成本和缩短开发周期,提高设计质量;早期模拟装配顺序,为后续的造车做好充分准备,提高工艺的合理性;虚拟装配工作可以验证数据的完整性和准确性,为后续的改型工作提供良好的基础;优化装配规划,提高装配规划的灵活性;有利于企业装配工艺的规范化和标准化。因此,虚拟装配技术的应用能真正解决企业的实际问题,为企业带来实际效益。在实用性的前提下考虑其先进性,最终生成符合企业需要的产品装配工艺,虚拟装配技术是汽车企业产品研制质量、成本、设计周期等方面最有利的保证。

发布时间:   来源:智造网  作者:匿名
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