淺析虛擬制造技術(shù)在汽車(chē)裝配環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

郭廣超

摘 要：汽車(chē)裝配作為汽車(chē)生產(chǎn)制造的最后一道流程，直接影響汽車(chē)的性能和銷(xiāo)售。為了達(dá)到最佳的裝配效果，虛擬制造技術(shù)逐漸應(yīng)用到汽車(chē)的裝配環(huán)節(jié)中。目前，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，同時(shí)也解決了在裝配環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，為汽車(chē)的最后組裝提供了安全保障。從虛擬制造技術(shù)的概念入手，分析汽車(chē)裝配環(huán)節(jié)中如何應(yīng)用虛擬制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)模擬裝配，從而減少汽車(chē)裝配環(huán)節(jié)的誤差，提升汽車(chē)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù)；汽車(chē)裝配；初步線平衡

近年來(lái)，虛擬制造技術(shù)逐漸興起，眾多行業(yè)紛紛開(kāi)始將其應(yīng)用到產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中，其中，汽車(chē)制造行業(yè)是應(yīng)用虛擬制造技術(shù)的重要行業(yè)，本研究主要分析汽車(chē)裝配環(huán)節(jié)中虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用[1-2]。

1 虛擬制造技術(shù)的相關(guān)概念

虛擬制造技術(shù)（Virtual Manufacturing Technology，VMT）主要是通過(guò)虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品生產(chǎn)全部環(huán)節(jié)的仿真建模，借助數(shù)字化的計(jì)算機(jī)技術(shù)，模擬出產(chǎn)品制造的全過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品性能、制造成本的預(yù)測(cè)，在仿真虛擬階段解決問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的高效組織以及車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)資源的合理配置，降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本，縮短產(chǎn)品的實(shí)際開(kāi)發(fā)周期，以達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最高化。

2 虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于虛擬制造技術(shù)在設(shè)計(jì)階段就可以預(yù)先模擬出產(chǎn)品的性能和制造過(guò)程，保證未來(lái)產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)，在眾多機(jī)械制造行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[3]。在國(guó)外，比如波音777公司，從整機(jī)的設(shè)計(jì)到部件的測(cè)試以及整機(jī)的裝配全部采用虛擬制造技術(shù)來(lái)完成，甚至各種環(huán)境下的試飛也是通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。正因?yàn)椴捎昧颂摂M制造技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開(kāi)發(fā)周期從8年縮短到5年。在國(guó)內(nèi)，關(guān)于虛擬制造技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)還比較少，一方面由于國(guó)內(nèi)企業(yè)創(chuàng)新意識(shí)還比較淡薄，應(yīng)用開(kāi)發(fā)的技術(shù)水平不高；另一方面該技術(shù)對(duì)資金方面的要求過(guò)高，存在技術(shù)供求矛盾，因此，中小企業(yè)在虛擬制造技術(shù)方面的應(yīng)用還處于空白。

3 汽車(chē)裝配環(huán)節(jié)虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用

作為大型企業(yè)的汽車(chē)生產(chǎn)制造企業(yè)，不管是人才需求，還是資金支持，都具備了應(yīng)用虛擬制造技術(shù)的條件，因此，虛擬制造技術(shù)在汽車(chē)生產(chǎn)制造中的應(yīng)用還是非常廣泛的。

3.1 構(gòu)建專業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)

要實(shí)現(xiàn)虛擬制造技術(shù)在汽車(chē)裝配環(huán)節(jié)的應(yīng)用，就需要構(gòu)建包含汽車(chē)裝配環(huán)節(jié)所需的所有零部件、相關(guān)配套資源以及安裝工藝等數(shù)據(jù)庫(kù)[4-5]。首先，所需零部件自身的相關(guān)參數(shù)信息及零部件與車(chē)身和其他標(biāo)準(zhǔn)件之間的參數(shù)信息，都需要輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。其次，安裝操作人員裝配各種零部件的順序銜接關(guān)系以及參與安裝環(huán)節(jié)的所有人員之間的配合邏輯關(guān)系也要全部輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。最后，將所有零部件裝配的具體詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)和要求即裝配工藝全部輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。汽車(chē)裝配環(huán)節(jié)目前可以構(gòu)建的通用數(shù)據(jù)資源庫(kù)有13種類型，具體包括設(shè)備的加注、檢測(cè)，料架的配置以及電動(dòng)工具的應(yīng)用等。這些設(shè)備也要按照實(shí)際裝配時(shí)的要求和標(biāo)準(zhǔn)將其三維模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，從而為汽車(chē)裝配工藝提供保障。

3.2 輸入汽車(chē)裝配的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)

構(gòu)建好初始數(shù)據(jù)庫(kù)以后，不僅需要輸入大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，還要將詳細(xì)的裝配工藝參數(shù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)[6]。其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)等詳細(xì)屬性，從而完成汽車(chē)虛擬裝配軟件對(duì)產(chǎn)品屬性的定義，為下一步的工藝參數(shù)應(yīng)用打好基礎(chǔ)。工藝參數(shù)則包括汽車(chē)裝配過(guò)程中所需零部件的全部裝配注意事項(xiàng)以及裝配順序等詳細(xì)描述，以此制定適合裝配環(huán)節(jié)的最優(yōu)化工藝模塊。此工藝參數(shù)的設(shè)置將對(duì)未來(lái)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)生非常重要的影響，甚至可以直接套用到實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，為新產(chǎn)品的誕生提供了創(chuàng)新的空間。另外，也可以通過(guò)靈活調(diào)整工藝參數(shù)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，從而提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

3.3 設(shè)置汽車(chē)裝配的工藝流程

除了工藝參數(shù)外，工藝的具體流程也很重要，其直接決定了汽車(chē)裝配的可能性或成功性。所以，工藝流程的設(shè)置在虛擬裝配環(huán)節(jié)非常重要，一定要保證汽車(chē)裝配能夠完整地組裝起來(lái)。

3.3.1 規(guī)劃汽車(chē)裝配工藝

首先，需要將數(shù)據(jù)庫(kù)中的各個(gè)零部件與裝配工藝資源關(guān)聯(lián)起來(lái)。其次，可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的模板工藝標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行工藝規(guī)劃。再次，按照汽車(chē)裝配的順序流程，初步設(shè)計(jì)各個(gè)零部件的裝配順序。最后，利用模擬仿真軟件按照事先設(shè)定的優(yōu)先順序?qū)θ科?chē)零部件進(jìn)行虛擬裝配。因此，在虛擬汽車(chē)零部件裝配之前要先規(guī)劃好汽車(chē)的裝配工藝[7]。

3.3.2 調(diào)試初步線平衡

在設(shè)計(jì)汽車(chē)裝配工藝流程的過(guò)程中，可以通過(guò)模擬仿真對(duì)全部裝配零部件進(jìn)行可行性的檢測(cè)和判斷，從而找出有問(wèn)題的裝配工藝或干擾項(xiàng)，實(shí)時(shí)反饋需要改進(jìn)的地方。在模擬裝配過(guò)程中，由于各個(gè)零部件之間存在多種錯(cuò)綜復(fù)雜的邏輯關(guān)系，裝配的順序需要根據(jù)實(shí)際虛擬裝配過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整[8]。只有反復(fù)多次地調(diào)整平衡后的起始布線，才能確保各個(gè)工序之間的裝配順序合理進(jìn)行，如果出現(xiàn)了問(wèn)題，則可以通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)里的大數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使這些裝配步驟符合實(shí)地裝配的要求。

3.3.3 確定具體的汽車(chē)裝配工藝

對(duì)于具體的汽車(chē)裝配工藝，則需要根據(jù)裝配設(shè)備的具體情況提前對(duì)裝配工位工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，對(duì)于工作周期的預(yù)估則需要根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)完成[9-10]。通過(guò)反復(fù)多次的改進(jìn)和調(diào)整，根據(jù)人工機(jī)械安裝流程和虛擬復(fù)現(xiàn)裝配流程兩個(gè)方面的吻合，確定最終的汽車(chē)裝配工藝，以保證裝配出來(lái)的汽車(chē)能夠投入使用，同時(shí)保證在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能得到及時(shí)的更正或優(yōu)化，從而保證虛擬制造技術(shù)在汽車(chē)裝配環(huán)節(jié)的有效性。

3.4 模擬汽車(chē)裝配的實(shí)踐過(guò)程

經(jīng)過(guò)多次模擬仿真，不僅可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)零部件的裝配模擬，也可以實(shí)現(xiàn)整車(chē)的裝配模擬，通過(guò)模擬出來(lái)的效果發(fā)現(xiàn)零部件存在的問(wèn)題，從而指導(dǎo)現(xiàn)有零部件的優(yōu)化或創(chuàng)新，也可以將其輸出為相關(guān)的工程文件，進(jìn)行存儲(chǔ)和備案，以便后續(xù)存檔和分析。模擬實(shí)踐也可以讓實(shí)際零部件的參數(shù)和工藝得到相關(guān)指標(biāo)的檢測(cè)，從而大大降低汽車(chē)裝配過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的概率。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬制造技術(shù)在汽車(chē)裝配工藝中的應(yīng)用，不僅縮短了汽車(chē)創(chuàng)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)使開(kāi)發(fā)成本得到較為明顯的降低。因此，不管是國(guó)外的車(chē)企，還是國(guó)內(nèi)的車(chē)企，對(duì)虛擬制造技術(shù)都表現(xiàn)出了濃厚的興趣，開(kāi)始紛紛投入資金研發(fā)。從目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)企業(yè)的研發(fā)情況來(lái)看，虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)悄然開(kāi)始，但是還需要加強(qiáng)推廣科研創(chuàng)新的新興思想，從而讓虛擬制造技術(shù)在汽車(chē)企業(yè)領(lǐng)域打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。多個(gè)汽車(chē)企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用能夠帶來(lái)巨大的優(yōu)勢(shì)和利益，但是由于這方面的研究創(chuàng)新才剛剛開(kāi)始，不可避免地存在大量比較棘手的問(wèn)題。由于時(shí)間、精力和知識(shí)水平有限，并未研究到比較深層次的科研攻關(guān)，因此，還需要加強(qiáng)自身的學(xué)習(xí)能力，為后續(xù)的持續(xù)分析研究提供知識(shí)儲(chǔ)備。

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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