面向汽车零部件的虚拟装配技术的相关分析

刘晓洁 别玉娟

摘 要：虚拟装配是连接产品设计与生产制造的重要环节，其还是虚拟制造的主要构成部分，而且装配直接影响着产品的生产成本。在实践工程项目时，对于比较复杂的产品而言，装配主要以手工操作为主体，同时装配技术与产品的设计以及生产制造技术相比较也处于滞后。通过利用计算机的仿真技术作为基础，在一定程度上改进零部件的结构，可以有效提升装配工作效率，减小汽车零部件的装配难度。

关键词：汽车零部件；虚拟装配；仿真

虚拟装配作为虚拟制造的主要构成部分，充分运用虚拟装配能够对装配的系统自身性能进行优化，在一定程度上满足市场与客户要求，进而减小产品装配成本。一般状况下，对于单个零件难以实现的产品功能，唯有将许多零件进行组合，然后应用运动副与约束构成装配体，才可以实现相应功能。尽管有大量的方法能够提升产品工艺装配效率，可是实现存在一定难度，若果利用计算机系统的仿真技术，就能够在产品的设计时期充分考虑与模拟产品相应装配的可操作性，同时制定一项设计规则，就可以在一定程度上减小制造成本，提升装配效率。

1 虚拟装配概述

虚拟装配主要是以零部件的三维模型作为基础，然后利用计算机系统中的仿真模拟产品装配的所有过程，有效规划装配的具体路径，深入分析产品自身的可装配性。目前，虚拟装配和实践装配主要存在两方面关系。其中一方面是利用数字模型取代产品的实践模型，另外一方面是利用装配仿真有效模拟实践装配的过程。汽车零部件的装配存在的问题主要产品设计和装配建模、装配分析以及装配规划四个方面，其中产品设计主要是建立了产品结构和功能之间的关系，而装配建模指出零部件之间的具体位置关系，装配分析主要是对汽车零部件的装配性完成定量或是定性分析，另外装配规划一般是提出合理的装配工艺程序。这样设计人员能够依据装配分析的具体结果，对汽车零部件的装配工艺进行优化。

2 面向汽车零部件虚拟装配的设计

2.1 装配建模形式

在计算机技术的快速发展下，已经研发出计算机的集成制造和并行工程等相关技术，一系列新技术打破了以往的装配建模形式，目前已经形成了自顶向下的先进装配建模形式，如图所示。此种建模形式主要是将产品的功能作为出发点，要制定实现产品对应功能的初步设计方案与装配结构草图，然后获取产品的相应功能模型，同时将功能模型作为基础，设置约束与产品的装配结构，最终要对零部件与装配体完成具体的参数设计。另外，在进行设计时一定要不断对装配的设计方案完成深入分析以及优化，一直到满足相关功能需求位置。此种装配建模形式有许多特点。首先其满足产品设计需求，汽车零部件的设计过程主要是指完成装配模型从初期的抽象到最终的具体过程，初期的装配模型主要通过概念模型的状态呈现产品功能，将其作为基础，然后慢慢形成具备几何形状的相应装配体模型，从而获取产品具体设计模型。其次，利于完成并行设计以及协同设计。而自顶向下的装配建模方法一定要先明确产品的具体设计意图和关键功能与配合关系等，这样在分配任务的过程中可以把任务同步分配给所有的设计小组。

2.2 面向装配的设计技术

装配指把零件组合成为完整产品的过程，而面向装配设计就是在产品的开发初期综合考虑产品自身的可装配性，进而降低产品开发时出现的反复次数，有效缩短产品的研究开发周期，加强产品的质量，在一定程度减小产品的生产成本。同时面向装配设计制定的原则有运用标准零件和模块设计以及减少零件间调整等。另外，装配评价主要关系两个方面，主要有设计方案具备的可装配性分析与装配过程分析。以往的装配评价手段主要有以比较容易完成装配的原则完成分析，比如说零部件对称性和装配方向等，以及公理化方法，也就是运用设计指南与设计标准完成装配体的有效评价。

2.3 装配过程仿真

装配过程仿真就是吧装配序列与装配路径通过动态的模式在计算机中完成演示，这样客户就能够比较直观的连接部件装配规划的具体结果，进而便于更为深入的完成装配体相关装配方案的优化。另外，装配仿真还能够培训工作人员，使其能够对产品的装配有一个更为清晰与具体的认知，进而在一定程度上提升零部件的装配效率。一般情况下，装配仿真过程主要有三个层系。首先是比较简单的装配仿真，其能够直接从工艺规划中获得零部件相应的装配顺序以及装配路径，对零部件的具体装配过程实现模拟，同时有效指出各个路径是否存在干涉问题。其次是动态装配仿真，对于装配序列应该试试改进与调节初期的装配设计方案与控制节点的具体位置，可以检测出各个路径中是否存在相关干涉点与控制点间是否存在碰撞问题。最后是复合装配仿真，经过求解汽车零部件的相关拆卸顺序从而获取最优化的拆卸方案，利用反求拆卸方案能够获取装配方案与装配序列，同时以此作为基础实现产品的装配过程仿真。

3 结束语

虚拟装配技术具备良好的发展与应用前景，其已经成为产品研究与开发的主要环节，同时也是提升装配质量与降低装配成本的重要手段。通过对汽车零部件虚拟装配技术的分析，未来还应该进一步研究公差分析方法，从而保证零件装配的整体质量。

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作者简介：刘晓洁（1984—），女，河南三门峡人，硕士研究生，助教，研究方向：汽车装配与制造、新能源汽车。