莊薇 劉宇

（上汽通用汽車有限公司，上海 201201）

1 前言

虛擬評(píng)審是指綜合利用虛擬技術(shù)構(gòu)造虛擬環(huán)境及產(chǎn)品模型，在產(chǎn)品虛擬裝配中進(jìn)行交互分析，進(jìn)行產(chǎn)品裝配過程和結(jié)果的仿真評(píng)審[1]。它可以檢驗(yàn)產(chǎn)品的裝配可行性，能夠面向裝配過程提供直觀合理的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及裝配工藝方法，可以對(duì)整個(gè)裝配規(guī)劃過程進(jìn)行追蹤，有效地改善產(chǎn)品的裝配工藝，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，改進(jìn)產(chǎn)品裝配質(zhì)量，對(duì)于縮短產(chǎn)品研制周期，提高質(zhì)量，降低開發(fā)成本有重要意義[2-3]。

虛擬裝配不單單是將零件簡單的堆砌，而是在多零件約束及車間環(huán)境限定條件下完成零件裝配，如何在造車前利用有限的整車工藝開發(fā)時(shí)間，結(jié)合虛擬評(píng)審技術(shù)，在虛擬裝配時(shí)提前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造工藝問題成為工藝開發(fā)的重要任務(wù)。

2 整車工藝虛擬評(píng)審前期準(zhǔn)備

整車虛擬評(píng)審工作在虛擬計(jì)算機(jī)軟件上開展，評(píng)審過程如圖1所示，評(píng)審前需要準(zhǔn)備的工作內(nèi)容如下。

圖1 整車工藝虛擬評(píng)審過程

a.確定不同等級(jí)項(xiàng)目的虛擬評(píng)審需求。對(duì)于全新項(xiàng)目，工程至少需要搭建1款功能配置最高的虛擬樣車，制造對(duì)這款虛擬樣車做虛擬評(píng)審，包含對(duì)所有零件的評(píng)審；對(duì)于改型項(xiàng)目，若配置變化為動(dòng)力方式或驅(qū)動(dòng)方式的變化，則需對(duì)更改部分做虛擬評(píng)審；

b.制定虛擬評(píng)審開展的總體時(shí)間計(jì)劃，確定各工位評(píng)審時(shí)間、制造區(qū)域參與人員及評(píng)審報(bào)告完成時(shí)間，并確定對(duì)問題進(jìn)行跟蹤推動(dòng)解決的時(shí)間節(jié)點(diǎn)及問題上升途徑；

c.與工程確定產(chǎn)品開發(fā)流程中各節(jié)點(diǎn)的整車數(shù)模發(fā)布時(shí)間，虛擬評(píng)審的數(shù)據(jù)凍結(jié)及下載時(shí)間，并對(duì)下載的整車數(shù)模進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查；

d.確定初版零件制造順序清單，包括生產(chǎn)線各工位工序號(hào)、裝配內(nèi)容、限高，結(jié)合車間的裝配環(huán)境、機(jī)運(yùn)線布置及零件間的約束條件制定初版零件制造順序清單，若在虛擬評(píng)審過程中發(fā)現(xiàn)問題，裝配順序做適當(dāng)調(diào)整；

e.準(zhǔn)備工廠各工位使用的動(dòng)力工具數(shù)模及設(shè)備工裝夾具數(shù)模，并于評(píng)審時(shí)能及時(shí)調(diào)入；

f.根據(jù)制造順序清單，在虛擬計(jì)算機(jī)軟件中搭建整車結(jié)構(gòu)樹。結(jié)構(gòu)樹中數(shù)據(jù)要求正確，文件要輕量化，零件層次要清晰，車輛配置要正確。

3 整車工藝虛擬評(píng)審關(guān)注點(diǎn)

隨著汽車工業(yè)制造水平的迅速發(fā)展，汽車市場(chǎng)競(jìng)爭日益激烈，汽車裝配工藝水平受到更多地關(guān)注與重視。整車裝配工藝主要指整車結(jié)構(gòu)在裝配過程中使相互聯(lián)接的零件順利地配置起來，結(jié)合生產(chǎn)環(huán)境及設(shè)備，利用生產(chǎn)資源，合理安排裝配順序，減少勞動(dòng)量，縮短裝配周期，達(dá)到技術(shù)要求，保證裝配質(zhì)量，并有利于大規(guī)模批量生產(chǎn)，按時(shí)按質(zhì)制造出優(yōu)質(zhì)的汽車。

整車虛擬評(píng)審是指在整車工藝開發(fā)階段進(jìn)行工程化可行性分析，在工藝開發(fā)階段把后期制造過程中可能出現(xiàn)的問題提前暴露出來，通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更、工藝優(yōu)化技術(shù)手段解決制造隱患，避免后期制造的風(fēng)險(xiǎn)[4]。

虛擬評(píng)審可以從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝可行性上出發(fā)，產(chǎn)品上評(píng)估單零件設(shè)計(jì)和多零件配合的可行性及可優(yōu)化性，制造工藝上評(píng)估設(shè)備工裝夾具可執(zhí)行性及人機(jī)可行性。

3.1 單零件防錯(cuò)設(shè)計(jì)評(píng)審

在大批量生產(chǎn)制造的環(huán)境下，差錯(cuò)總是存在于制造和裝配過程中，常見的錯(cuò)誤有漏裝、錯(cuò)裝、裝不到位。針對(duì)各類失效模式，生產(chǎn)線根據(jù)產(chǎn)線節(jié)拍、勞動(dòng)力成本及失效等級(jí)制定防錯(cuò)策略，如人工目視檢查、工藝排序防錯(cuò)、自動(dòng)設(shè)備防錯(cuò)等。然而生產(chǎn)線過度的防錯(cuò)本身就是1種浪費(fèi)，若在產(chǎn)品開發(fā)過程的前期考慮設(shè)計(jì)防錯(cuò)，生產(chǎn)線就無需做額外的防錯(cuò)投入。

整車虛擬裝配過程考慮設(shè)計(jì)防錯(cuò)關(guān)注點(diǎn)如下，部分防錯(cuò)如圖2所示。

圖2 零件防錯(cuò)示意

a.左右對(duì)稱的零件，檢查零件上是否有標(biāo)記以區(qū)分左右向。如前蓋左右氣彈簧撐桿、翼子板左右隔振墊、前門左右側(cè)外后視鏡泡棉等用“L”和“R”標(biāo)記區(qū)分左右。

b.與同一量產(chǎn)工廠其它車型外形相似的零件，檢查零件上是否有標(biāo)記區(qū)分車型。如門外側(cè)水切、門喇叭、門防水膜等用項(xiàng)目號(hào)或零件號(hào)標(biāo)記區(qū)分項(xiàng)目。

c.安裝方向有要求的零件，檢查零件是否有標(biāo)記顯示安裝方向。如冷卻水管兩端標(biāo)識(shí)對(duì)手件零件名稱，IP（儀表板）到地板風(fēng)道的轉(zhuǎn)接風(fēng)道用“outer”標(biāo)識(shí)向外安裝，車身線束穿出鈑金的悶頭用“^”或“Top”標(biāo)記安裝方向。

d.零件有安裝對(duì)齊要求的，檢查零件是否有明顯的對(duì)齊特征或定位特征。如總裝粘貼的標(biāo)簽類零件粘貼位置用標(biāo)齊線對(duì)齊，銘牌及徽標(biāo)用定位孔定位，前風(fēng)擋設(shè)白色定位點(diǎn)安裝雨刮臂。

e.零件有高低配要求的，檢查零件是否有明顯的外形區(qū)分特征。若沒有明顯外形特征的，考慮在零件上加配置、顏色或零件號(hào)信息。

f.同一安裝位置的緊固件零件號(hào)及扭矩范圍，檢查零件是否與現(xiàn)有車型的一致，若與現(xiàn)有車型不一致的，考慮推動(dòng)工程更改統(tǒng)一。

3.2 單零件自定位及預(yù)掛功能評(píng)審

零件自定位指零件安裝時(shí)使用自帶的定位銷、定位卡、定位特征限制零件自由度，確保零件安裝后2個(gè)零件間相對(duì)位置的精度。

整車虛擬裝配過程考慮零件的自定位特征關(guān)注點(diǎn)如下，零件自定位如圖3所示。

圖3 零件自定位

a.內(nèi)外飾零件安裝匹配常采用定位銷形式定位，如車內(nèi)飾板、IP、前后風(fēng)擋玻璃、座椅導(dǎo)軌、大燈、天窗等安裝均用定位銷，虛擬裝配時(shí)需要檢查是否有定位銷或定位銷多出現(xiàn)過定位，檢查銷子是否穿入孔起到定位作用；

b.電器元器件常采用定位卡子形式定位，如鯊魚鰭天線底座，虛擬裝配時(shí)檢查定位卡子是否卡接到底并露出鈑金，檢查定位孔尺寸是否合適，不會(huì)過大或過小，檢查是否有過定位；

c.通過型面特征定位的零件，如字牌外側(cè)紙板與后蓋鈑金型面定位，前蓋隔振墊用前蓋鎖扣位置定位、進(jìn)氣管用凸臺(tái)定位。虛擬裝配時(shí)關(guān)注定位和被定位零件是否能有效定位且不串動(dòng)；

d.金屬支架常設(shè)有防轉(zhuǎn)特征，確保緊固時(shí)不會(huì)跟轉(zhuǎn)。如線束支架、線束接地端子、大燈支架的防轉(zhuǎn)特征結(jié)構(gòu)，虛擬裝配時(shí)關(guān)注這些零件是否有防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，且防轉(zhuǎn)特征是否卡到位；

e.體積大或有一定質(zhì)量的零件，且沒有工裝支持的零件常設(shè)有預(yù)掛功能，確保零件安裝時(shí)不掉落。如側(cè)氣囊、后防撞桿及后保險(xiǎn)杠均有預(yù)掛結(jié)構(gòu)，虛擬裝配時(shí)關(guān)注預(yù)掛結(jié)構(gòu)是否存在且自掛功能是否有效。

3.3 多零件間隙評(píng)審

多零件間隙評(píng)審包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)間隙檢查，靜態(tài)間隙檢查比較簡單，檢查靜態(tài)數(shù)模狀態(tài)下零件與零件之間是否存在干涉或間隙小的問題。動(dòng)態(tài)間隙檢查包括零件裝配時(shí)與周邊零件的間隙檢查和零件裝好后運(yùn)動(dòng)部件對(duì)周邊零件的影響檢查2部分。

對(duì)于裝配過程中的零件間隙檢查，要充分考慮零件進(jìn)廠級(jí)別、零件裝配順序、裝配路徑及裝配方式。在檢查總成零件裝配前要確定好子零件清單，子零件清單受零件安裝順序、制造工藝、生產(chǎn)節(jié)拍因素影響，對(duì)操作節(jié)拍、安裝空間及路徑有影響的要考慮零件集成策略。以副儀表板安裝為例，副儀表板一般包括副儀表板線束、側(cè)塑料架、后出風(fēng)道、蒙皮、托盤等，副儀表板安裝時(shí)需要關(guān)注以下幾點(diǎn)：底部關(guān)注副車架底部風(fēng)道、線束、支架等與車身地板的間隙，關(guān)注副儀表板自帶線束在總成安裝時(shí)是否與IP線束連接方便，前端關(guān)注與IP下中飾板的配合；后端關(guān)注副儀表板自帶風(fēng)道與總裝裝配的前地板風(fēng)道拼合時(shí)是否有被周邊零件阻擋。圖4為副儀表板安裝時(shí)考慮自帶線束與IP線束連接是否方便的示意，IP線束太短，副儀表板總成安裝時(shí)容易將IP線束插頭移到里側(cè)，導(dǎo)致兩線束插頭連接時(shí)不易操作，影響操作節(jié)拍。

圖4 裝配過程零件間隙檢查示意

裝配好后運(yùn)動(dòng)部件包絡(luò)面與周邊零件的間隙檢查，要充分考慮各工位運(yùn)動(dòng)部件清單，包括剎車加速踏板、舉升門、側(cè)門、前后蓋、轉(zhuǎn)向軸、氣彈簧、門限位器、撐桿、獨(dú)立座椅、搖窗機(jī)及玻璃、前后懸架等。以連接側(cè)門線束的車身主線束插頭安裝為例，裝配過程是車身主線束插頭要先穿過中柱內(nèi)側(cè)鈑金孔后固定在外側(cè)鈑金孔上，最后與門線束插頭對(duì)接，安裝過程要考慮內(nèi)側(cè)鈑金孔的手部空間大小，插頭固定到外側(cè)鈑金后，考慮側(cè)門打開過程門鈑金與該插頭的間隙，若有干涉需向工程師建議調(diào)整鈑金孔位置。

3.4 裝配資源可行性評(píng)審

裝配資源可行性評(píng)審是對(duì)實(shí)施裝配工作的設(shè)備、工裝夾具和工具的可實(shí)施性檢查。通常存在新架構(gòu)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目比架構(gòu)設(shè)計(jì)無變化的項(xiàng)目要更早的實(shí)施檢查，使用車間的工裝設(shè)備數(shù)模對(duì)于架構(gòu)零件進(jìn)行裝配性檢查，提出設(shè)備工裝夾具的改造清單，評(píng)審關(guān)注點(diǎn)如下。對(duì)工裝有改造要求的，需用改造后的工裝數(shù)模再次進(jìn)行虛擬分析，以驗(yàn)證其改造工裝是否符合要求。

a.檢查零件在安裝過程中使用的設(shè)備或輔助臂是否可兼容，如抱夾、舉升機(jī)、IP，輔助臂的定位和夾取點(diǎn)是否與新車型存在干涉等，如圖5a所示

b.檢查零件在安裝過程中是否需要定位工裝，對(duì)定位工裝需要研究及理解其定位要求及基準(zhǔn)一致性要求，小工裝如前后機(jī)蓋鎖扣定位工裝、擋風(fēng)玻璃定位工裝等，大工裝如前后橋定位工裝、電動(dòng)車的大電池定位工裝、動(dòng)力總成拼合定位工裝等，檢查零件的定位基準(zhǔn)是否與之前車型有差異，檢查零件是否為新設(shè)計(jì)的零件。

c.檢查零件在安裝過程中使用的動(dòng)力工具是否可操作，各工位槍是否覆蓋扭矩及角度的要求，是否需要特殊轉(zhuǎn)接頭滿足操作要求，如圖5b所示。

圖5 動(dòng)力工具及輔助臂可行性評(píng)估

3.5 人機(jī)可行性評(píng)審

人機(jī)工程是按照人的特點(diǎn)和能力優(yōu)化產(chǎn)品及工藝，以改善工作場(chǎng)所的安全健康并提高工作效率的科學(xué)。試制階段由于樣車數(shù)量少、樣車種類多的特點(diǎn)，往往會(huì)遺漏考慮人機(jī)問題，人機(jī)問題包括安裝力大、安裝空間小、裝配不可達(dá)及視線效果差，除安裝力大需要實(shí)物造車驗(yàn)證外，其余均可以在整車工藝開發(fā)階段評(píng)審，但需要充分考慮生產(chǎn)線環(huán)境，如線高、設(shè)備工裝等。

裝配空間評(píng)審，主要是檢查安裝零件時(shí)手部或工裝夾具與周邊零件有無干涉，確定裝配空間是否合理，通過人體手部模型仿真可以得到操作人員肢體以及裝配工具的運(yùn)動(dòng)軌跡、干涉情況以及干涉量。如線束和管路密集區(qū)域的前艙位置，在底盤拼合后連接線束或管路時(shí)需要特別關(guān)注此類問題。

裝配可達(dá)性評(píng)審，主要是檢查安裝零件時(shí)手臂可達(dá)性是否滿足人機(jī)要求，當(dāng)伸手的距離超過650 mm時(shí)，需要向人機(jī)工程師提出問題。如前艙或后備廂空間較大的車型，在內(nèi)飾工位安裝線束或隔振墊時(shí)需要特別關(guān)注此類問題，考慮是否需要使用輔助工具安裝。

裝配視線評(píng)審，主要檢查安裝零件時(shí)視線是否被零件或工裝阻擋，無法準(zhǔn)確獲取零部件位置，進(jìn)而影響裝配效果。

4 實(shí)例驗(yàn)證

以L車型的整車裝配虛擬評(píng)審為例，在虛擬評(píng)審前，按生產(chǎn)線的產(chǎn)線布置、車間環(huán)境、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及約束條件制定各工位零件制造順序清單，并按該清單在虛擬計(jì)算機(jī)軟件上搭建各配置的整車數(shù)模架構(gòu)，分內(nèi)飾、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)、門線工位搭建，同時(shí)準(zhǔn)備好車間使用的動(dòng)力工具及工裝夾具數(shù)模信息，便于評(píng)審時(shí)快速導(dǎo)入軟件中，并與整車制造生產(chǎn)線相關(guān)人員確定好參與時(shí)間。在虛擬評(píng)審過程中，參考以上虛擬評(píng)審關(guān)注點(diǎn)，檢查數(shù)據(jù)模型狀態(tài)、零件定位與防錯(cuò)可靠性、多零件間的相互位置及裝配關(guān)系、靜動(dòng)態(tài)零件間隙、裝配順序合理性、裝配過程的人機(jī)可行性及設(shè)備工具可操作性。

經(jīng)過一輪完整的L車型整車裝配虛擬評(píng)審共發(fā)現(xiàn)并解決了110個(gè)問題，其中零件間間隙小及干涉問題占45%，安裝空間、視覺及安裝距離遠(yuǎn)的人機(jī)問題占23%，設(shè)備不兼容、工具干涉、工裝夾具不可行需調(diào)整的問題占15%，零件缺防錯(cuò)、缺定位或預(yù)掛的問題占13%，其它如售后不易拆卸問題占4%。這些問題的發(fā)現(xiàn)及解決為項(xiàng)目順利推進(jìn)奠定良好基礎(chǔ)。對(duì)比未做虛擬評(píng)審的A項(xiàng)目，在試制階段整車裝配時(shí)間縮短了22%，造車過程發(fā)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)新問題的數(shù)量減少了83%，如表1所示，大部分設(shè)計(jì)問題在項(xiàng)目前期提前發(fā)現(xiàn)，為工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供了充裕的設(shè)計(jì)改進(jìn)時(shí)間，減少開發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)成本。

表1 虛擬評(píng)審前后效果對(duì)比

5 結(jié)束語

虛擬評(píng)審對(duì)整車裝配工藝開發(fā)的質(zhì)量和成本有很大的影響，是1種提升開發(fā)效率，提高開發(fā)質(zhì)量和降低開發(fā)成本的有效手段。本文提出了虛擬評(píng)審過程中開展的對(duì)產(chǎn)品制造工藝及制造資源評(píng)審的關(guān)注點(diǎn)和注意事項(xiàng)，并結(jié)合各關(guān)注點(diǎn)的小案例及完整車型評(píng)審案例證明其有效。虛擬評(píng)審是整車和零部件開發(fā)的有效技術(shù)，如何將虛擬評(píng)審技術(shù)更高效地與整車和零部件開發(fā)相結(jié)合將是不斷探索和開發(fā)的課題。