虛擬裝配在汽車新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用

    1 前言

    裝配不是簡單地將零件組合在一起，而是優(yōu)化組合、控制、檢查三方面的完美組合。目前，國內(nèi)的汽車零部件機械加工水平迅速提高，而裝配水平相對滯后。組裝后的產(chǎn)品是否滿足設(shè)計要求，與制造過程相關(guān)，但更重要的是裝配的水平和質(zhì)量。只有經(jīng)過嚴(yán)格的裝配工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，才能保證零件質(zhì)量的合格率，降低不合格產(chǎn)品帶來的浪費，在大批量生產(chǎn)過程中尤為關(guān)鍵。

    為了減少產(chǎn)品研發(fā)中的實物樣機試制次數(shù)，降低開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，搶先占領(lǐng)市場，虛擬裝配應(yīng)運而生。虛擬裝配即在虛擬的環(huán)境中，將設(shè)計產(chǎn)品的三維模型進行預(yù)裝配，保證滿足產(chǎn)品預(yù)設(shè)功能的前提下，通過分析、評價、規(guī)劃、仿真等手段來改進產(chǎn)品設(shè)計和裝配結(jié)構(gòu)，最終實現(xiàn)產(chǎn)品的可裝配性、經(jīng)濟性一。零部件裝配性分析是虛擬裝配的一個重要組成部分，其目的是為了實現(xiàn)面向裝配的設(shè)計，在初步的裝配流程編制完成之后開展，分析裝配過程中存在的問題并對裝配后效果進行評價，通過錯誤和缺陷進行產(chǎn)品性能和工藝優(yōu)化從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

    2 虛擬裝配的實現(xiàn)

    在汽車新產(chǎn)品的設(shè)計過程中，虛擬裝配的實現(xiàn)主要包含以下五個環(huán)節(jié)。

    a．建立新產(chǎn)品裝配體的主模型。保證各零部件數(shù)據(jù)的完整性，以實現(xiàn)裝配體的高度集成，并根據(jù)設(shè)計要求和總體參數(shù)，借助設(shè)計軟件(如NX，CATIA等)建立各組件的三維實體模型。

    b．虛擬裝配區(qū)域分層、劃分裝配層次。按設(shè)計要求對已建好的組件三維實體模型分配裝配區(qū)域，并進一步劃分裝配層次即所謂的模塊化設(shè)計。

    c．裝配數(shù)據(jù)管理。汽車產(chǎn)品的多功能性決定了其設(shè)計的復(fù)雜性，設(shè)計數(shù)據(jù)流的有效管理是實現(xiàn)虛擬裝配的重要環(huán)節(jié)。采用統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，保證數(shù)據(jù)源的唯一性是實現(xiàn)自頂向下設(shè)計的前提。

    d．建立虛擬裝配約束。設(shè)計約束是由產(chǎn)品的功能和設(shè)計者意圖轉(zhuǎn)化而來的，當(dāng)某一特征發(fā)生改變，虛擬模型能夠根據(jù)設(shè)計約束關(guān)系發(fā)生相應(yīng)變化，保證整個數(shù)據(jù)流的一致性。

    e．裝配運動仿真和干涉分析。裝配運動仿真就是以動畫的形式將零部件的空間位置和具體的裝配路徑演示出來，檢測其運動過程中的干涉情況，并以此來對產(chǎn)品的性能和工藝進行優(yōu)化。

    3 虛擬裝配的工作流程

    虛擬裝配的工作流程如下。

    a．根據(jù)設(shè)計要求建立裝配體的三維實體模型，并進行靜態(tài)的干涉檢查，以保證零部件的有效性。若零部件存在干涉現(xiàn)象，則需對其三維實體模型進行修改，直至通過靜態(tài)干涉檢查。

    b．按照模塊化的思路，建立基于工序的裝配模型，依據(jù)安裝的要求建立安裝路徑，檢查安裝過程中的零部件間隙和干涉情況，并對可行的工序和安裝路徑進行記錄。

    c．對于不滿足要求的零部件，則可通過改變安裝次序加以修正，若仍不滿足，則只能修改零部件的三維模型，直至符合裝配要求。

    d．最后進行零部件的可裝配性分析，它是虛擬設(shè)計技術(shù)的關(guān)鍵所在，必須針對其本身的結(jié)構(gòu)和設(shè)計特點進行虛擬裝配，如零部件間的相對位置、裝配關(guān)系、工具選擇及可達性等方面。若不能滿足則需更改安裝的工具、次序，甚至更改產(chǎn)品的三維模型，直至達到裝配要求。

    4 虛擬裝配的工作內(nèi)容

    4.1 數(shù)據(jù)檢查

    數(shù)據(jù)檢查主要包括干涉檢查和間隙檢查。其中干涉檢查分為兩種，靜態(tài)干涉檢查和動態(tài)干涉檢查。靜態(tài)干涉檢查是判斷零部件間是否存在干涉(圖1)；而動態(tài)干涉檢查運動是否自如、靈活。整車由多個系統(tǒng)組成，系統(tǒng)又由多個零件組成，因此干涉檢查包括系統(tǒng)之間的檢查、系統(tǒng)與零件之間的檢查以及系統(tǒng)內(nèi)部零件間的檢查。干涉檢查貫穿項目始終，從產(chǎn)品設(shè)計到后期的驗證，以及量產(chǎn)后的設(shè)計變更都需要做干涉檢查，并對分析的結(jié)果進行實時跟蹤，確認(rèn)是否已消除。干涉檢查結(jié)果以報告的形式輸出，一般包括干涉部件的位置、零部件的名稱、干涉量的大小等，為產(chǎn)品設(shè)計人員提供參考，虛擬裝配設(shè)計的優(yōu)越性得以體現(xiàn)。

    圖1 零部件干涉