虛擬裝配在汽車新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

    1 前言

    裝配不是簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)的汽車零部件機(jī)械加工水平迅速提高，而裝配水平相對(duì)滯后。組裝后的產(chǎn)品是否滿足設(shè)計(jì)要求，與制造過(guò)程相關(guān)，但更重要的是裝配的水平和質(zhì)量。只有經(jīng)過(guò)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(lái)的浪費(fèi)，在大批量生產(chǎn)過(guò)程中尤為關(guān)鍵。

    為了減少產(chǎn)品研發(fā)中的實(shí)物樣機(jī)試制次數(shù)，降低開(kāi)發(fā)成本，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，搶先占領(lǐng)市場(chǎng)，虛擬裝配應(yīng)運(yùn)而生。虛擬裝配即在虛擬的環(huán)境中，將設(shè)計(jì)產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行預(yù)裝配，保證滿足產(chǎn)品預(yù)設(shè)功能的前提下，通過(guò)分析、評(píng)價(jià)、規(guī)劃、仿真等手段來(lái)改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和裝配結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可裝配性、經(jīng)濟(jì)性一。零部件裝配性分析是虛擬裝配的一個(gè)重要組成部分，其目的是為了實(shí)現(xiàn)面向裝配的設(shè)計(jì)，在初步的裝配流程編制完成之后開(kāi)展，分析裝配過(guò)程中存在的問(wèn)題并對(duì)裝配后效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)錯(cuò)誤和缺陷進(jìn)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(shí)現(xiàn)

    在汽車新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，虛擬裝配的實(shí)現(xiàn)主要包含以下五個(gè)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(shí)現(xiàn)裝配體的高度集成，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求和總體參數(shù)，借助設(shè)計(jì)軟件(如NX，CATIA等)建立各組件的三維實(shí)體模型。

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

    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(jì)的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)流的有效管理是實(shí)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(shí)現(xiàn)自頂向下設(shè)計(jì)的前提。

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

    e．裝配運(yùn)動(dòng)仿真和干涉分析。裝配運(yùn)動(dòng)仿真就是以動(dòng)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(lái)，檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的干涉情況，并以此來(lái)對(duì)產(chǎn)品的性能和工藝進(jìn)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(jì)要求建立裝配體的三維實(shí)體模型，并進(jìn)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(duì)其三維實(shí)體模型進(jìn)行修改，直至通過(guò)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(guò)程中的零部件間隙和干涉情況，并對(duì)可行的工序和安裝路徑進(jìn)行記錄。

    c．對(duì)于不滿足要求的零部件，則可通過(guò)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(jìn)行零部件的可裝配性分析，它是虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的關(guān)鍵所在，必須針對(duì)其本身的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行虛擬裝配，如零部件間的相對(duì)位置、裝配關(guān)系、工具選擇及可達(dá)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(dá)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(dòng)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(dòng)態(tài)干涉檢查運(yùn)動(dòng)是否自如、靈活。整車由多個(gè)系統(tǒng)組成，系統(tǒng)又由多個(gè)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(xiàng)目始終，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到后期的驗(yàn)證，以及量產(chǎn)后的設(shè)計(jì)變更都需要做干涉檢查，并對(duì)分析的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，確認(rèn)是否已消除。干涉檢查結(jié)果以報(bào)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(jì)人員提供參考，虛擬裝配設(shè)計(jì)的優(yōu)越性得以體現(xiàn)。

    圖1 零部件干涉