基于CATIA的汽车虚拟装配分析

2020-09-10宋华

内燃机与配件 2020年2期

宋华

摘要：随着计算机计算速度的不断增加，虚拟装配分析（Virtual Assembly Analysis ）也在汽车设计的初期阶段起到了越来越大的作用，对提高汽车设计的效率，提早发现设计的问题，以及提高现场装配的效率起到了很好的作用，所以越来越被应用到汽车行业的整车和零部件的设计中。本文主要介绍了虚拟装配分析的基础，和几种常用的虚拟装配分析的方式，以及现在的虚拟装配所存在的局限性，和对未来的对这个问题的展望。

关键词：CATIA;汽车装配;虚拟装配分析;专家系统

0 引言

随着计算机计算速度的不断增加，虚拟装配分析（Virtual Assembly Analysis）也在汽车设计的初期阶段起到了越来越大的作用，对提高汽车设计的效率，提早发现设计的问题，以及提高现场装配的效率起到了很好的作用，所以越来越被应用到汽车行业的整车和零部件的设计中。

本文根据工作中的实践，探讨了在汽车设计中虚拟装配分析的几种使用的方式。

1 虚拟装配分析的基础

①完全的产品数据，包括所有的零件，周围环境件。数据的完备是非常重要的，因为虚拟装配是建立在数据的基础上的，如果数据不全，就不能完全的模拟现场装配的效果。通常是用CATIA 和SAP，把汽车上的所有的零件根据模块用途分类分层放到一个结构树上，以便可以随时找到所需要的数据。就是在设计阶段的早期，当数字不是很全面的时候，也必须对几个重要的零件进行三维验证。

②完整的3D标准件库，其中必须包括各种螺钉，螺帽，夹子，等标准件。汽车的标准件，必须提前根据种类，建立三维数据库。为了装配的方便，一般会根据用途，尽量缩小螺钉的种类。

③完整的3D工具库，包括各种装配工具，套筒，连杆和手部，以及机械手，机器人，人体模型等等。

装配汽车的工具，标准工装，机械手，人体模型必须建立三维数据。以便随时调用。

④建立装配件的专家系统数据库，由于每个件的用途，安装顺序和安装要求都是不一样的，每次装车后所遇到的问题也是不一样的，所以有必要建立一个专门的文件，记录下该零件的一般的要求和特殊要求，和以往的经验总结。

⑤软件基础 CATIA DMU，CATIA DMU中的轨迹，动态模拟，干涉检查等功能是虚拟装配分析的基础。

⑥明确的装配顺序，由于每个总装厂的产线基本是固定的，所以一般的装配顺序也是事先确定的。在做虚拟装配分析之前必须对该件与周围环境件的装配的先后顺序有一个明确的认识，并且找出装配之前所有的环境件，这是一个虚拟装配分析成功的基础。

2 虚拟装配分析的几种类型

①进行距离或者界面的距离测量，对比专家系统数据库，进行关键的工艺相关的尺寸检查。

一般的专家系统数据库都会记录与该零件装配相关的重要尺寸。因此必须在3D数据中找到，并且检查是否满足要求。例如：玻璃的胶的搭接处的胶水的长度和宽度。

②进行切割或者截面观察（动态或静态），进行数据干涉检查，主要是检查当零件到达最终位置后，与其他零件不存在干涉，或者干涉在合理的范围内。例如：调出大灯数据及周围环境，选中待检查零件用DMU中的干涉检查，检查干涉情况。使用测量图标，确认干涉量。

③创建路径进行模拟产品安装，判断装配的可行性。装配路径检查中应该遵守的原则是：周围环境不影响被装零件的动态运动，且操作可见;零件动态运动中应与周围环境保持至少5mm间隙，以减少装配过程中零件划伤的可能;被装零件的重量应不超过8kg，否则需要使用机械手辅助操作工装配;被装零件需要提供抓取点以避免工人误抓取损伤零件;被装零件需要有导向和预挂功能。

因为一般零件都已经在位置上了，所以一般采取拆装的方式，用计算机模拟拆装零件从目标位置到离开车身的路径，查看是否由干涉和其他的问题。

例如：门的玻璃升降器，首先应该在最终的位置上，然后通过软件来模拟把它移动出门洞的过程，创建路径，来判断它的设计是否可装配。

④使用数字化工具（参数：人，当地人口，百分比=50），人机工程分析，判断装配的容易程度。

装配原则的总体人机工程原则：不要盲目操作;不要用手当作工具;设计零件时要避免引起受伤情况（比如对于隔热板来说在线边上掉落……）;取消需要身体挤压来完成的布置工作;尽量通过卡紧而不是通过拧紧来设计固定件;根据唯一的一个轴确保零件的固定;设计时尽量让一个操作工进行零件装配;对于同一个多样化的零件，要保证目视的区分（比如：主线束段的颜色区分）;避免在车辆光线昏暗区进行黑色固定件或零件的装配：比如行李箱，仪表盘下部区域;对于同一个零件，提前考虑一个相同的装配顺序。

另外对于工人的工作的姿态：消除车身下部进行的操作：通过使用自动拧紧移除机械部件;消除在车辆轴线上进行的操作;消除在车辆上进行的操作，或者消除对姿势有要求的操作;当进行装配的结构件设计时，考虑操作工的接触程度;合装后为了实现车身和其他部件連接处的操作，要保持足够的接触程度（变速箱操作，暖风管，制动槽，电瓶……）。

对于大灯来说，主要是：

1）检查左前大灯插接是否可见，空间是否足够。模拟手的位置，检查手部的操作空间是否足够。2）检查在插接的时候，插接是否是可见的，不是盲操作。同样用DMU里的视觉功能可以实现。

⑤创建路径模拟工艺工具的可使用空间（进入，拧紧开始和结束），工具空间检查，判断装配的可行性。

工具的位置：

在某些情况下，手提式工具会进入一些对空间有限制的区域（比如：仪表板固定），这时就需要保证在装配环境中这些工具的使用空间）;在进行装配分析的时候，遵循保证规则;进入和取出时与环境间隙10mm，拧紧时与环境间隙5mm （拧紧开始到结束）;

例如：对于轮罩来说，首先调出工具和紧固件的数据，并且装配到一起，然后将工具和紧固件一起移动到紧固的螺纹孔的位置，模拟实际的安装过程，并观察工具移动过程中是否和周围环境件有干涉，或者空间比较小，有干涉的风险。

⑥在数字化框架中定位并使用工装和工业化设备。

在汽车装配的过程中，很多地方会应用到机械手，如仪表盘，门，备胎，座椅，前玻璃等等。所以在机械手的数据的帮助下，可以提前对装配的可行性进行分析。带机械手的零件进入车身时需保证与周围环境有足够的空间，且操作可见;机械手退出时需保证与周围环境有足够的空间。

例如仪表盘的安装，必须检查仪表盘进入车内和离开车身时，与周围环境的空隙。

3 虚拟装配分析的局限性

①对于软性的材料，还不能准确的判断。例如座椅，隔音棉，地毯等等。

②对于有的安装路径，例如门锁，如果只是使用DMU来做，效率很低，需要一步步的移动。可以开发一个二次开发来解决这个问题。