基于Pro/Engineer的可视化装配工艺的实现

朱兵强，张丽，索秀丽，刘婷

（1.陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200；2.陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710200）

前言

装配是汽车产品生产过程中的重要环节，也是所有生产过程中最能发现问题的工序步骤。同时，装配也是工艺过程中较难实现的一步。在汽车制造过程中，装配过程所需要的工时占制造总工时的50%左右。重型卡车的装配过程主要包括小总成分装、大总成分装、总成装配、管线束连接、加油加水、整车调试等工作内容，在整个重型卡车的制造过程中占有非常重要的地位。

作为机械行业较为流行的ProE三维设计软件，在汽车行业的应用也非常广泛，其强大的三维设计功能比传统的二维设计有了很大的提升，明显提高了产品的设计效率。但是，三维设计软件在提高产品设计效率的同时，给三维装配工艺规划提出了较高的挑战。由于操作工人的知识水平、工作经验的不同，将直接影响产品的装配效率，进而影响整个工厂的产销量和利润，因此对新近员工进行必要的装配工艺培训成为每个汽车生产企业非常重要的工作。

那么，要怎样提高新员工的学习效率、怎样使生产现场使用的工艺文件更具有指导作用，使员工能够快速理解装配过程、熟练操作、正确完成装配工作，从而减少因为员工的装配过程不熟练而给企业带来的经济损失呢？企业内部有一套完整的三维可视化动态装配工艺文件供员工学习参阅，并在生产过程中能够更形象地指导装配，可谓非常不错的解决办法。

1 建立工艺模型

1.1 关键工艺过程确定

根据产品类型及产品需求，以销量最好的车型为基准，按照整车装配顺序将装配过程以工艺模块的方式进行划分，例如平衡轴分装、散热器中冷器分装、发动机离合器变速器分装、转向轴分装、驱动桥分装、转向器分装、转向器装配、车架吊装等，再根据工艺模块的装配工艺进行模型的建立、装配过程仿真、可视化工艺设计等。

本文选择较为典型的平衡轴分装模块进行可视化动态装配工艺的设计。

1.2 建立零部件模型

利用ProE5.0三维设计软件对所有零部件进行三维建模，零部件明细主要为以下25种：

表1 平衡轴分装总成的25种主要零部件明细

根据ProE设计软件新建“零件”的功能逐个建立零部件模型，并保证各个零部件的各项特征属性与实物一致，如下图：

图1 平衡轴分装总成的主要零部件模型

1.3 建立组件模型

根据ProE设计软件新建“组件”的功能分别建立子组件和总成组件模型，如下图：

图2 平衡轴分装总成的主要子组件及总成组件模型

在建立各个组件的过程中，需要对零部件之间的运动及约束关系进行分析，并严格按照实际相对运动或相对静止的关系进行组件装配，以保证后期机构仿真功能的顺利进行。比如，平衡轴壳绕平衡轴能够进行转动就是本组件中的关键装配约束。

2 机构仿真与动态装配

2.1 设置机构运动

建立完成零部件模型、组件模型后，利用ProE设计软件中的“应用程序”→“机构”功能，对平衡轴分装总成在实际应用过程中的运动过程进行仿真。

比如，实际应用过程中，6×4、8×4等双后桥车型都会有平衡轴机构，车辆行驶过程中会有不同程度的震动，导致汽车悬架系统的上下、前后位置变化，使钢板弹簧与平衡轴壳一起绕着平衡轴进行转动。因此，钢板弹簧的形状变化带动平衡轴壳绕着平衡轴的转动就是平衡轴分装总成的一个需要仿真的运动。

利用ProE设计软件中的“应用程序”→“机构”功能，定义“伺服电机”并选择平衡轴壳装配于平衡轴时所使用的轴约束，选择“轮廓”，并设置“规范”为“位置”，设置“模”为“表”，最后在表格中增加四行表数据并分别设置对应的“时间”和“模”即可，如下图。

图3 伺服电机的位置定义

设置完成后，点击“确定”，之后使用“机构分析”工具进行仿真效果预览，预览成功后使用“回放”功能“播放当前结果集”，并使用“捕获”按钮保存需要的机构仿真视频文件，备用。

2.2 设置动态装配

利用ProE设计软件中的“应用程序”→“动画”功能，对平衡轴分装过程进行动态装配仿真。

根据需要的效果，在右侧工具栏中进行“定时视图”、“定时透明”设置，并利用“关键帧序列”工具进行关键帧快照的编辑或创建，如下图。

图4 定时视图、定时透明、关键帧序列设置

设置完成后，点击“启动”工具，进行动态装配过程预览，预览成功后使用“回放”工具进行回放，并使用“捕获”按钮保存需要的动态装配视频文件，备用，如下图。

图5 动画回放及视频捕获功能

3 编制可视化装配工艺视频

3.1 制作音频

根据纸质版工艺文件要求，利用计算机中的录音机软件或其他录音设备，将相关装配过程及拧紧力矩要求、涂胶要求、装配方法等内容分别进行录制，并将音频文件存储在指定位置，备用。

3.2 导入视频

采用Windows Movie Maker或VideoStudio等视频编辑制作软件，合成之前已经保存好的机构仿真视频、动态装配视频、工艺要求音频等文件，并根据实际需求进行剪辑、编辑，添加必要的字幕说明，最后输出标准化的可视化装配工艺视频文件，用于指导实际生产和新员工培训等，如下图。

图6 编辑制作完成的动态装配工艺文件（包含字幕、语音）

4 结论

本研究运用Pro/Engineer的建模、装配、仿真技术，运用VideoStudio的视频、音频、文字编辑技术，结合产品图纸、重卡装配验收技术条件、整车调试工艺等，建立企业内部关键产品的零部件模型和可视化动态装配工艺文件，工艺文件制作方法在国内重卡行业处于领先。研究成果能够很好的与目前纸质版的工艺作业指导书配合使用，提升企业内部职工的操作技能。可视化动态装配工艺文件可作为售后服务的重要技术文件随时使用，提升售后服务质量；亦可作为宣传素材嵌套于企业网站中，提升企业品牌的产品影响力。

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