新能源试验室工装设计及测试能力提升浅析

乔雪，朱蕾，李静

新能源试验室工装设计及测试能力提升浅析

乔雪，朱蕾，李静

（陕西汽车集团有限责任公司，陕西 西安 710200）

随着新能源汽车技术的快速发展，新能源汽车试验测试技术需紧跟时代发展步伐，不断扩展提升测试能力。文章就试验工装设计方式方法及试验室测试能力提升等提出了部分看法。最后，对未来试验测试技术及试验室发展进行了展望。

试验工装；试验；测试能力；扩展提升

前言

随着新能源汽车技术的快速发展，新能源汽车零部件产品也得到了快速发展。设计人员越来越关注自己所设计的汽车零部件产品各项性能指标是否能够满足要求，随之而来的是对测试需求的不断攀升。

在一定程度上仿真软件可以代替试验测试，缩短产品设计周期，然而仿真计算的参数是通过测试得到的。也就是说仿真计算的准确性是离不开测试数据积累和数据验证的。为了满足不断增加的试验测试需求，试验测试需紧跟时代发展步伐，不断提升试验测试能力。

试验工装是试验室顺利开展试验测试不可或缺的部分，可以辅助完成多种类型产品的测试试验，扩展试验室的测试能力及测试范围。科学合理的试验工装设计，可以满足测试中需要的台架强度、刚度等需求并可实现工装的通用性、模块化、灵活性、多次可重复利用性等，从而实现试验成本的降低。

除通过试验工装外，亦有其它多种方式可扩展提升试验室测试能力，如增设试验设备、设备升级、多系统联合测试等。

1 试验工装设计

1.1 新能源试验室工装设计意义

随着新能源汽车技术的快速发展，试验室为适应快速的技术发展，需要通过多种方式不断提升自身的测试水平，扩展测试能力、测试范围。其中科学合理的试验工装设计，是最为经济、快速、灵活的实现方式。

1.2 设计工具

随着计算机辅助技术的快速发展，多款CAD软件及仿真分析软件作为工装设计及分析的辅助工具可供设计人员选用。功能强大、性能稳定成熟的CAD软件、仿真分析软件，如PROE、CATIA、HyperWorks、Ansys等主流软件，早已普遍应用于各行业工程设计及分析领域。

通过运用CAD类软件强大的三维建模能力，可对试验现场、待测件、试验工装等进行三维建模，搭建一个虚拟的测试平台，通过这种更直观的方式判断试验方案的可行性、试验工装设计的合理性等。通过运用仿真分析类软件强大的分析计算能力，不仅可对工装强度、刚度、寿命等进行分析计算，从而优化工装结构合理性，还可对被测试件进行仿真分析，对试验结果进行预测、分析、被测件性能优化。

1.3 试验工装设计注意事项

由于试验产品的多样性，因此试验工装大多是为满足特定试验或特定环境而设计的非标件，部分工装甚至仅适用于某件单一特定的试验产品，如果不能科学合理地进行工装设计，在造成浪费、增加试验成本的同时，甚至会拖延试验周期，造成产品开发周期的延长。

试验工装科学合理的设计需要遵循一定的注意事项。

（1）综合考虑试验要求及试验室环境因素，合理试验工装结构布局。试验室空间往往有限，特别是可用于试验的空间并不是无限大的，这受制于诸如场地大小、设备可测试范围、传感线允许的工作长度、待测试件工作特性、尺寸大小等的影响。

设计工装前，应充分理解试验要求，并对试验室的环境条件熟悉了解，充分理解待测件在试验测试时对工装的要求及相应的空间布局，设计工装时充分满足试验需求的同时，还应注意避让工装与其他设备、零部件等可能产生干涉的位置。可先简要分析试验室环境情况，如图1所示。通过评估试验可利用空间，对工装位置及尺寸大小等进行限制，避免盲目设计造成的浪费。这种综合考虑试验室环境因素设计工装的理念，也是一种验证待测件是否能够在试验室有限资源条件下进行试验的评估方式，如果不适合则可尽早更改试验方案或委托合适的试验室开展测试，从而节约时间成本。

图1 试验测试环境概况图

（2）标准化、模块化、通用化设计。试验工装一般情况大多为非标准件，并且部分工装仅仅适合单一的被测件，通用性不强，导致每次新的试验都需要专门定制工装，一定程度上增加了试验成本。当然，由于被测件的多样性，工装制作不可避免。为提高工装的可持续利用性，在设计工装时应遵循标准化、模块化、通用化设计理念，从根本上提高工装的通用性能。

设计中运用标准化、通用化设计理念，国家标准或企业标准中有相关规定的尽量优先遵循标准要求进行设计。遵循国标及企标设计的工装更加利于加工制作、成品购买及配套部件的匹配，当工装发生损坏时，甚至更容易更换部件。试验工装的通用性应强，除适用于当前试验要求外，应尽量考虑多场合、多用途的可适用性、工装间的可互换性等。通过合理设计，最大限度削弱非标工装的特异性。

模块化设计思想将工装设计抽象化、功能化。针对复杂工装的设计，可将复杂的工装抽象打散为多个不同的功能模块，模块间抽象为连接端口，将不同的功能模块分别安排于不同的设计人员开展设计，最终通过模块间共用的连接端口将各模块整合为完整统一体，如图2所示。通过这种“打散”再“整合”的设计思路，在面对复杂的试验工装设计时，可简化设计过程，减轻设计人员的工作负担，每位设计人员仅需专注于某块功能模块的设计即可，大大缩短了工装的设计周期及难度。并且模块化的设计方式，增加了工装使用的灵活性及可重复利用性，当试验内容发生变化时，可保留部分模块结构不变，仅针对变化模块进行适当的设计变动即可。

图2 模块化工装设计理念

（3）对工装性能合理分析验证，确保设计成品满足试验环境需求。试验工装的刚强度、寿命等性能优劣直接关系试验安全，因此需借助仿真分析软件对工装进行分析评价，从而识别设计缺陷，优化改进设计过程，提高工装设置质量和可靠性，进一步降低设计周期和成本，确保试验安全。

（4）成本合理。工装的使用寿命、设计制作难度、材料选用等都是构成工装成本的影响因素。针对工装的适用场合、使用频次、强度、刚度等的需求，可对工装进行合理分类科学设计。

针对强度、刚度要求高、使用频繁、不经常更换的试验工装，设计时应留有足够的安全裕量及寿命裕量，这类工装质量及寿命近于永久性使用。对于永久性使用工装，应确保工装不会出现频繁修复、损毁等现象，以高稳定性、合理的结构、足够长的使用寿命来体现对成本的优化，因而轻量化不应作为此类工装优先考虑的降成本方式。

对于使用频次低、强度刚度等要求不高的工装或损耗类工装，可通过选取更廉价、更常见的材料、合理的结构设计、轻量化设计等手段降低成本。

工装成本的降低除通过选用常见材料外，还应综合考虑工装制作的工艺成本，设计的工装应在满足功能的前提下合理图纸设计要求。如能够以简单工艺满足的制作尽量不提过高要求，图纸中各部件尺寸公差、形位公差应适度标注，工装各部件结构尽量简单易于制作。如图3所示，（a）的倒角比（b）的倒圆角工艺成本更低，更便于制作，且对使用功能无影响。

图3 工艺图

面对新能源汽车技术日新月异的发展变化，试验试验测试能力更是需要不断扩展。通过多方面、多因素的综合考虑设计工装以满足多元化的测试要求。既可以满足传统试验要求及新增试验要求，再配以相应的试验设备和人员，从而扩展试验室的测试能力及测试范围。

2 试验室测试能力扩展提升

2.1 试验室测试能力扩展方式方法

试验室的规划建设往往受制于当前的技术水平、规划目标、测试设备性能、资金限制、场地限制等因素，因此建设完成的试验室测试能力必然会有一定限制范围。随着新能源汽车技术的快速发展，测试需求的增加促使试验室急需扩展测试能力及测试领域范围，以满足不断发展的测试需求。扩展提升试验室测试能力的方式有很多，如利用工装设计改善测试条件、通过培训提升测试人员技术水平、购置新设备扩展测试能力、扩建试验室、规划新试验室等。

通过试验工装设计来提升试验室测试能力，是最为经济、快速、灵活的实现方式。在现有试验室条件较为成熟的前提下，如试验设备测试范围能够基本满足被测件需求、试验室环境仅需要略加改变等情况，即可通过试验工装设计改善试验条件，再配合以新设备购置、提升测试人员技术水平等，能够在较短时间内提升试验室测试能力、增加试验种类。

试验室的扩建、新试验室的规划等适用于时间及资金较充足条件下开展。通过引进新技术、新设备、更充裕的场地、更科学的设计等，从根本上提升试验室等级。当然，该过程中涉及资金申请、建设方案评审、设备评审、招标等繁杂流程，需要足够的时间及资金。

2.2 对未来试验测试、试验室发展的展望

试验室建设不易，耗费人力、物力、资源，能够一劳永逸拥有一个功能全面、适应性强、便于改造升级的试验室是任何组织单位所希望的。更加智能、试验平台搭建更加灵活多变、省时省力、场地适应性更强、试验结果可智能记录分析、便于升级、易于实现多系统联调等能力，成为了试验室越来越迫切的需求。

图4 智能化试验室测试构想

图4所示为一种智能化试验室测试构想。如图所示，在该试验室中，试验人员可仅通过计算机设备发送命令对试验现场进行控制，该控制不仅指对测试启停、数据记录等的控制，而是包含对设备移动、调用、测试台架连接安装等的智能控制。通过试验人员下达的命令，试验现场中的设备、被测件、传感器、工装等试验材料通过智能轨道运输至需要安装的位置，再通过智能自动机械手臂，最终完成被测件的台架安装。同时试验测试数据自动向试验计算机反馈，计算机根据试验需求自动记录、分析测试数据并输出结果，试验结果可与模拟仿真分析结果相对比分析，调整仿真状态，并将调整后状态反馈试验计算机，从而通过试验计算机完成对试验测试状态的调整，进而反复开展试验测试并记录、分析测试数据。此构想可使试验测试实现自动化、智能化，并且试验测试与仿真分析结合，快速优化仿真模型，试验测试不但得到了产品的实际测试数据，并且可获得可靠优质的仿真分析模型。通过该仿真分析模型，即可解决系列类似产品的准确分析结果，从而减少试验测试成本。

3 结束语

相信随着试验室设备、规划、技术、工装等的迅速发展，新能源试验室的测试能力、测试范围会不断扩展提升，越来越能够适应、匹配快速发展的新能源汽车技术。

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Analysis on Tool Design and Testing Ability Improvement of New Energy Laboratory

Qiao Xue, Zhu Lei, Li Jing

（Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

With the rapid development of new energy automobile technology,the test technology of new energy automobile needs to keep pace with the development of the times,and constantly expand and improve the test capability.This paper puts forward some opinions on the design method of test fixture and the improvement of test ability in laboratory.Finally,the future test technology and laboratory development are prospected.

Test tooling; Test; Testing ability; Extension and promotion

U467

A

1671-7988(2019)18-151-03

U467

A

1671-7988(2019)18-151-03

乔雪（1989-），女，助理工程师，就职于陕西汽车集团有限责任公司技术中心，从事新能源汽车动力电池系统、电机等零部件测试研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.050