徐興有 王成龍 任國盈

中國重汽集團濟南卡車股份有限公司 山東省濟南市 250000

1 引言

隨著國民經(jīng)濟水平的不斷提升，汽車行業(yè)內的市場競爭越來越激烈，若能夠提高汽車裝配效率，則可擴大生產贏得市場。對于重卡新產品的開發(fā)工作而言，有效縮短新產品設計與裝配周期，可幫助汽車企業(yè)提高競爭實力，實現(xiàn)擴大市場的目標。裝配虛擬分析是產品開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，能夠降低新產品在實際設計裝配過程中的風險，縮短產品開發(fā)周期，對汽車企業(yè)的發(fā)展具有重要意義與價值。

2 虛擬分析技術的概念

計算機仿真技術是虛擬分析技術的理論核心，在使用的過程中，虛擬分析技術能夠借助計算機建模等功能對重卡新產品的設計及零件制造、裝配各項生產環(huán)節(jié)進行統(tǒng)一建模，并對新產品的全套裝配工藝進行模擬，從而預估新產品的實際使用情況及性能，檢測各環(huán)節(jié)內存在的問題，對工藝生產路線進行優(yōu)化。在重卡新產品設計的初始階段，需要將裝配過程中各項參數(shù)的變化情況，利用計算機進行模擬，才能分析出新產品設計與生產過程中存在的影響因素，并預測新產品的制造成本與各項性能水平。通過虛擬分析能夠提高新產品生產更加經(jīng)濟有效，對各項資源進行合理配置，從而達到生產成本周期最小化，產品品質最優(yōu)化，生產效率最高化。虛擬分析技術還可對重卡新產品的零部件制作過程、加工方法工序工藝過程與參數(shù)等環(huán)節(jié)進行虛擬環(huán)境的模擬，從而更好地分析與評價新產品零部件的可裝配性問題。

將虛擬分析技術應用于重卡新產品裝配工藝中，能夠更加利于新產品的研究，并有效處理復雜的產品裝配問題，預先發(fā)現(xiàn)裝配工藝過程內存在的缺陷與問題，及時探尋處理方法，優(yōu)化各項裝配過程，提高產品的生產效率。

3 虛擬分析技術的分類

3.1 以產品設計為中心的虛擬分析技術

在新產品研發(fā)的過程中，根據(jù)產品研發(fā)的實際情況，結合數(shù)據(jù)化三維模擬技術，完成以產品設計作為中心的虛擬分析技術，將產品作為設計的虛擬分析技術，主要以設計核心作為重點，具體的使用表現(xiàn)如下：

首先是面向裝配設計的虛擬分析技術，也就是在新產品研發(fā)的初期階段，借助虛擬分析技術，將設計與裝配兩過程進行結合，并以設計的角度對產品的可裝配性進行虛擬模擬分析，并通過虛擬分析等仿真操作，完成后續(xù)對產品裝配的檢驗工作，確保所設計的新產品結構良好。面向裝配設計的虛擬分析技術能夠協(xié)調設計部門與制造部門的關系，令二者可在產品研發(fā)的初期階段就可實現(xiàn)高效的協(xié)同工作。

其次則是至上而下的產品并行設計所使用的虛擬分析技術，虛擬分析技術可幫助產品進行設計的裝配，建立起分層次的產品設計動態(tài)虛擬樣機。產品在進行并行設計時，需要綜合地考慮到各項環(huán)節(jié)，因此，在設計的初期，需要對產品設計研發(fā)的周期進行集成并行設計，全面地考慮到相關因素，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題。

在產品研發(fā)過程中，虛擬分析技術可對不同階段構建出相關的模擬模型，建立起面向設計對象的裝配設計環(huán)境，令產品的設計具有一定的參考性，從而更好地突出產品設計思想。通過虛擬分析技術的輔助，可以將新產品設計的各個環(huán)節(jié)都控制在可裝配的范圍內，令產品設計的變化體現(xiàn)在裝配部件上，確保所設計的產品與整體裝配工藝相關聯(lián)，保證使用的設計數(shù)據(jù)具有一定集成性，從而避免重復設計。在此之中，還可將不同階段的模型作為虛擬分析的主要核心，從而確保各個研究階段的數(shù)據(jù)結構完整一致，提高研發(fā)部門之間的協(xié)同與合作，實現(xiàn)新產品裝配的高度集成，保證產品實際的可制造性與裝配性。

3.2 以過程為中心的虛擬分析技術

以過程作為中心的虛擬分析技術主要有以下兩個方面：

通過虛擬分析技術對產品總體設計進程實現(xiàn)控制。在新產品數(shù)字化定義的過程中，需要將產品的特點結合在一起，從而將虛擬分析技術應用于產品設計過程中。在此，可將虛擬分析技術的應用分為三個階段，分別是：概念設計階段、整體設計階段、詳細設計階段。后可使用虛擬分析技術對產品各個設計進程進行控制，從而有效規(guī)劃產品的裝配工藝順序，對裝配步驟進行統(tǒng)一，有效提高產品的裝配效率。

其次則是通過虛擬分析技術對裝配過程進行控制管理。通過虛擬分析可建立裝配過程模型，在模型中，包括了新產品開發(fā)的過程描述、過程內容的相互關系以及過程間協(xié)作等方面，在實際應用時，可提高對過程模型的管理，提高對新產品設計過程中各個階段設計結果的管理力度，加強加固工藝等相關信息的管理，從而優(yōu)化產品設計過程。

3.3 以仿真為中心的虛擬分析技術

將虛擬分析技術與產品裝配設計相融合，可以形成于仿真為中心的虛擬分析技術，并通過可視化的仿真結果對虛擬裝配情況進行評估，從而優(yōu)化重卡裝配過程，提高產品的可裝配型。在優(yōu)化裝配過程時，是對裝配單元進行合理的劃分，令產品能夠適應具體情況，提高產品的可裝配性。其次則是針對產品裝配的難易程度進行評價，再對裝配費用進行計算，并根據(jù)計算結果討論是否需要修改相關設計。

4 虛擬分析的一般過程

4.1 構建信息庫

針對重卡新產品裝配工藝過程，虛擬分析的應用首先需要構建大型信息庫?；谔摂M分析技術的特殊性，在分析過程中能夠對重卡新產品裝配過程中涉及的數(shù)據(jù)，依照產品、資源以及過程三種進行分類。針對汽車裝配工藝流程而言，虛擬分析信息庫可構建出基于重卡新產品的零件或標準零件數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)，理順生產線與零部件之間的邏輯關系，從而研究出基于實際基礎的最優(yōu)產品組裝生產線結構。構建信息庫時，需包含產品涉及的各項數(shù)據(jù)結構與模型，也就是需要將汽車零部件名稱、組號、說明及模型等重要信息納入系統(tǒng)，并與車企標準相對接，從而為重卡新產品的裝配工藝提供有效的數(shù)據(jù)輔助。將數(shù)據(jù)登記完成之后，還需依照著構建出的資源結構結合企業(yè)實際生產情況，對資源的數(shù)量與結構進行重新定義，從而實現(xiàn)重卡新產品的線上模擬組裝。

4.2 輸入資料信息

結合重卡裝配工藝各項步驟，在進行虛擬分析過程中，還需將裝配過程涉及到的資料與數(shù)據(jù)進行輸入。也就是在完成虛擬分析工作之前，將裝配工藝過程中涉及到的資料及大部分產品、工藝數(shù)據(jù)進行收集。在此之中，新產品涉及的數(shù)據(jù)可以通過統(tǒng)一引進、整合到軟件當中，也就是利用對應的接口程序，將新產品涉及到的數(shù)據(jù)信息及資源統(tǒng)一傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)基文件當中進行儲存，再利用腳本程序，將BOM 地圖數(shù)據(jù)與信息資源一并傳送到產品屬性，如此方可對新產品的屬性進行正確定義。輸入的數(shù)據(jù)及資料信息可以借助腳本程序，自動對重卡新產品裝配工藝過程中的各項標準與要求進行獲取，獲得標準與要求數(shù)據(jù)之后，就可建立起符合企業(yè)實際情況的流程模塊，從而對重卡新產品裝配工藝各環(huán)節(jié)的各個參數(shù)進行確定，如果一些工程或鏈接處理的設備過程涉及到新的機型，則需參閱該機型的組裝過程計劃，從而對信息資料進行更新。

4.3 計劃加工工藝

在進行虛擬分析的過程中，需要建立起一定的儲存空間，將重卡新產品裝配工藝涉及的各項數(shù)據(jù)及信息資料進行組合、連接及儲存，并通過對信息數(shù)據(jù)的分類與過濾，便于后續(xù)不同場合的應用需求。在此之后，還需建立新產品研究與生產對應模塊。而在虛擬分析過程中，要保證重卡新產品裝配的完整性，還需借助計算機及大數(shù)據(jù)服務器對新產品裝配工藝各個步驟環(huán)節(jié)進行仿真模擬，并對實際的裝配工序進行計劃。因此，需要在計算機內保存新產品裝配的原始過程，便于后續(xù)產品研發(fā)與組裝過程中按照實際需求調整與改進原始過程工序，從而實現(xiàn)重卡新產品的虛擬組裝。在這種情況之下，通過模擬分析獲取的相關數(shù)據(jù)資源，可以輔助重卡新產品完成實際的制造與組裝。除此之外，對加工工藝進行計劃，還可提高重卡新產品生產質量，完成新產品裝配過程中的驗證與修改，強化新產品設計與規(guī)劃的準確性。

5 虛擬分析的應用

5.1 調整初步線平衡

在重卡新產品裝配工藝虛擬分析過程中，還可調整產品的初步線平衡。虛擬分析技術能夠對汽車生產企業(yè)內部布線的平衡進行計算，但在計算前還需完成產品的組裝設置工作，也就是需要完成以下三點設置：第一，需要根據(jù)重卡新產品組裝各環(huán)節(jié)之間的邏輯關系，對汽車組裝步驟進行創(chuàng)新與優(yōu)化；第二，還需基于重卡生產企業(yè)的實際生產線，依照生產計劃，對裝配流程周期進行設計；第三，根據(jù)重卡新產品的真實組成部分，對裝配工藝涉及的各個部分及作業(yè)區(qū)域進行預估，同時估算裝配各項工序之間的合理作業(yè)時間。在完成三點設置之后，可以借助數(shù)學方法獲取平衡后的其實布線。

5.2 數(shù)據(jù)導入

通過虛擬分析技術可以將重卡新產品裝配工藝過程中涉及的基礎數(shù)據(jù)導入，該處所指的基礎數(shù)據(jù)主要是產品數(shù)據(jù)與工藝數(shù)據(jù)。產品數(shù)據(jù)的導入需要使用Teamcenter 軟件，并通過Teamcenter 軟件將產品數(shù)據(jù)傳輸至CATIA V5 當中，后使用對應的接口程序，令產品數(shù)據(jù)能夠傳送到后臺數(shù)據(jù)庫的文件中，同時腳本程序還可將產品數(shù)據(jù)傳送到BOM 表內，最后借助導入的產品數(shù)據(jù)完成產品屬性的定義。工藝數(shù)據(jù)也需要使用對應的腳本程序進行自動導入，而所導入的工藝數(shù)據(jù)可作為后續(xù)產品裝配過程中使用的標準版數(shù)據(jù)。在對新產品進行設計時，標準數(shù)據(jù)基礎則是重要的設計參考依據(jù)，可以優(yōu)化新產品的工藝，提高踵卡新產品裝配的生產效率。

5.3 工藝規(guī)劃的初步設計

借助虛擬分析技術，還可實現(xiàn)對工藝規(guī)劃的初步設計。通過將產品數(shù)據(jù)與工藝生產資源進行有效關聯(lián)，并利用數(shù)據(jù)庫中的標準工藝模板，實現(xiàn)對新產品的工藝規(guī)劃與設計。虛擬分析技術可基于標準裝配順序的操作，對新產品裝配工序進行優(yōu)化。在此過程中，首先需要利用CATIA V5 打開新產品數(shù)據(jù)，再使用DELMIA 軟件，按照設定好的裝配順序，自動完成新產品裝配工藝的仿真，通過此操作，可以完整地檢測新產品裝配工藝的仿真過程，深入判斷裝配工藝順序的可行性，及時找出其中存在的干擾項目或是錯誤的數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化重卡新產品的裝配工藝。

6 虛擬分析時考慮的因素

6.1 工序合理性

在重卡新產品裝配過程中，所進行的虛擬分析工作還需考慮新產品工序的合理性。若是研發(fā)的新產品需要重新建立生產線，在對裝配工序進行安排時要保證先后的裝配部件互不干涉，互不影響，確保公衛(wèi)工作量的均衡，滿足產線的規(guī)劃節(jié)拍。若是新產品與汽車企業(yè)現(xiàn)有的車型進行混線生產，所設計的工藝順序須與舊產品工藝順序保持一致，若出現(xiàn)不一致的部分還需進行優(yōu)化與變更，從而保持生產線一致。尤其是在需要設備輔助才可完成裝配的部件處，需保證工位的一致性，從而提高工序的合理性。

6.2 工具設備通用性

在進行模擬分析時，若是新產品需要建設全新的生產線，生產線的規(guī)劃及設計還需按照新產品的結構進行規(guī)劃，無需考慮到工具設備的通用性。若是新產品的生產與現(xiàn)有產品進行混線生產，那么在虛擬分析時，需要在不影響新產品性能及設計元素的基礎之上，對工裝定位、裝夾、吊裝結構進行優(yōu)化保證其的一致性，或是借助改造等方法，令新產品與現(xiàn)有產品的工裝、設備具有通用性。因此在新產品研發(fā)時，相關的工裝、設備可選用統(tǒng)一的標準件，盡量保證規(guī)格統(tǒng)一化，提高工具設備的通用性。

6.3 模塊總成合理性

模塊化裝配能夠有效提高產品生產線裝配節(jié)拍，是汽車企業(yè)提高產品生產產能的有效措施。能夠實現(xiàn)模塊化裝備，還可提高對模塊部件的質量控制水平，因此在進行虛擬分析時，需要確保所設計的結構能夠最大化地實現(xiàn)模塊化裝配，并保證模塊化總成的合理性。顧客從以下三個方面進行分析：

首先是需要通過虛擬分析，保證封裝流程的可行性，也就是按照設計結構確定產品封裝流程，同時確保在封裝過程中，各項裝配部件不會相互干涉，從而保證封裝的模塊化。

其次則是在模塊裝配時，判斷是否需要設計吊裝點，受到重卡自身特性的影響，新產品部分模塊重量若是大于7KG，而需考慮設置輔助裝配設備，同時設計好設備使用時的專用吊掛點位置。

最后則是判斷模塊裝配是否有定位措施，針對小型氫模塊的裝配過程，必須要通過定位措施確保痤瘡等問題不會出現(xiàn)，而在大型、重型模塊處，不僅需要考慮定位措施，還需考慮吊裝設備的精確程度，從而實現(xiàn)設計定位，避免盲裝等問題出現(xiàn)。例如通過虛擬分析可知，重卡定位銷在裝配時對正困難，因此可增加定位銷的直徑長度，并將定位銷設計成錐銷，從而提高定位的準確性，保證定位結構裝配的可視性，避免盲裝。

6.4 維修性分析

重卡產品的維修包括有易損部件的更換、零件部件的維護保養(yǎng)、設備的故障診斷與更換等，與其他部件會與此類零部件的裝配結構相搭接，因此在虛擬分析過程中，還需考慮此類裝配件后期更換的可行性，同時確保在零部件拆裝過程中，不會干擾到其他部件的使用。如保證零部件拆卸方便、減少需拆裝部件數(shù)量、縮短拆卸用時。除此之外，還應對維修過程中的空間、拆裝后部件的狀態(tài)進行虛擬分析，調整與優(yōu)化不滿足的設計結構，提高重卡新產品的維修性能。例如針對中央電器裝置板進行虛擬分析時，該部件容易出現(xiàn)故障，故可將該部件設置在副駕儀表板的下部，在維修時僅需按壓驗收蓋板卡接位置，不用通過其他輔助工具或拆卸檢修蓋板就可進行維修。

7 結束語

重卡新產品開發(fā)影響到汽車企業(yè)的經(jīng)營與發(fā)展，而虛擬分析技術能夠優(yōu)化重卡新產品的開發(fā)與裝配，解決裝配工藝涉及的相關問題，降低重卡新產品生產線的裝配風險，縮短產品開發(fā)周期與生產周期，促進重卡新產品的研究與開發(fā)，帶來的價值不可估量，具有可觀的應用價值。同時在虛擬分析技術實際應用時，還是考慮新產品工序設計的合理性、根據(jù)設備的通用性、模塊總成的合理性以及產品設備的維修性，從而更加系統(tǒng)、全面的分析重卡新產品裝配工藝，提高產品的經(jīng)濟回報。