虚拟分析技术在重卡装配工艺的应用

摘 要：现代汽车生产中重卡装配工艺要求不断提升，特别是新产品的研发与装配周期往往较长，采用虚拟分析技术，可以优化装配工艺，缩短新产品的研发周期，提高汽车企业的生产效率。虚拟分析作为重卡产品开发中的重要环节，能够降低新产品在实际设计装配过程中的风险，缩短产品开发周期，对汽车企业的发展具有重要意义与价值。文章对虚拟分析技术概念及类别进行阐述，指出虚拟分析技术建模方法与应用现状，分析了虚拟分析技术在重卡装配中应用优势，对于虚拟分析技术在重卡装配工艺中具体运用流程及需要注意的事项。

关键词：虚拟分析 重卡 装配 工艺

0 前言

随着我国汽车工业水平的快速发展，汽车市场竞争越来越激烈。重型卡车生产工艺复杂，可靠性要求高，对于装配工艺的要求十分严格。在重卡汽车生产环节，采用虚拟分析技术可以降低新产品开发周期，缩短新产品设计与装配周期，提高重卡汽车的生产研发实力，在激烈的市场竞争中取得领先。当前，虚拟分析技术已经广泛应用于重卡装配生产中，特别是在新产品设计与装配阶段，虚拟分析技术有效模拟了整个生产装配流程，及时发现生产环节可能存在的问题，保障了新产品的尽快投入生产对于汽车产业的发展具有重要价值。

1 虚拟分析技术的概念及类别

计算机技术的发展，特别是虚拟仿真技术借助计算机强大算力，对于生产流程与使用环境进行建模，模拟真实环境进行制造与试验，从而代替现实，达到加快生产制造进度的目标。虚拟分析技术作为虚拟仿真技术的一种，在重卡装配工艺中，对于新产品零部件生产与制造、装配进行模拟，对于新产品的性能及使用情况进行模拟，检测其中可能存在的问题，对于接下来生产流程与生产工艺优化。需要注意的是，虚拟分析技术的应用，需要将重卡产品设计与装配参数输入计算机系统中，并将各种影响因子综合考虑，才能真实模拟重卡装配的各个流程。此外，虚拟分析技术还可以广泛应用到重卡零部件生产制作环节，对于加工工艺与参数进行虚拟环境分析，从而更好评价新产品零部件装配问题。虚拟分析技术目前已经广泛应用于汽车装配中，特别是重卡生产与制造环节，对于装配工艺要求较高，且车辆在后续使用中面临恶劣的工作环境，要保证重卡汽车质量的可靠性与稳定性，对于装配工艺存在的缺陷与问题及时处理，不断优化装配工艺，提高产品的生产效率，解决重卡装配工艺中潜在的各种问题。

虚拟分析技术可以分为以产品设计为中心的虚拟分析技术、以过程为中心的虚拟分析技术、以仿真为中心的虚拟分析技术。以产品设计为中心虚拟分析技术，以设计为核心，在新产品的研发周期内，借助虚拟分析技术，对产品装配进行虚拟模拟分析，确保产品设计结构合理，功能完善。在产品设计阶段虚拟分析，可以降低产品的设计异常出现概率，及时发现设计中存在的问题。以过程为中心的虚拟分析技术，对产品总体设计进程进行控制，将产品从概念设计、整体设计、详细设计三个阶段，运用虚拟分析技术对各个阶段的设计进行控制，提高产品的装配效率。在产品总体设计中，主要体现在控制各个阶段的设计管理能力，优化产品设计流程。以仿真为中心的虚拟分析技术，将虚拟分析技术与产品装配设计相融合，可以形成以仿真为中心的虚拟分析技术，并通过可视化的仿真结果对虚拟装配情况进行评估，从而优化重卡装配过程，提高产品的可装配型。

2 虚拟分析技术建模方法与应用现状

2.1 虚拟分析技术建模方法

通过计算机仿真模型对产品功能进行预估，对产品的性能进行全面的分析，并对产品装配过程中可能遇到的问题进行预测，根据装配工艺数据分析其中可能存在的质量问题，优化装配工艺，降低生产制造环节故障，是虚拟仿真技术应用特点。目前，市场上流行的CAD制图软件及其产品数据交换标准主要是描述图形信息与材料特性等问题，难以满足虚拟分析技术要求。特别是在重卡装配中，涉及的生产设备、工艺标准、装配数据之间缺乏无缝衔接，部分装配工艺数据不精确等问题，导致在虚拟分析中无法准确反映装配细节，虚拟分析的作用无法完全体现其优越性。虚拟分析技术建模，基于产品物理特性，对于装配中的影响因子按照关联因素进行排序，在虚拟分析软件上按照权重建模，从而在装配工艺分析中发挥完整作用。

2.2 虚拟分析技术发展现状

随着人工智能、大数据技术的发展，虚拟分析技术目前已经广泛应用到机械制造中，特别是汽车、飞机等技术密集型行业，对于产品的可靠性要求高，且装配工艺复杂，如果沿用传统的装配分析方法，不仅耗时长，成本高，其应用场景也受限。目前，虚拟分析技术在应用中取得了良好的成果，且适用范围逐渐扩大。以飞机制造为例，波音公司从整机的设计到部件的测试以及整机的装配全部采用虚拟分析技术，部分环境下试飞工作也由虚拟分析技术完成，从而大幅缩短了整机的研发与生产流程。在我国，虚拟分析技术更多应用在汽车制造中，由于汽车作为耐用品，对于装配工艺要求高，传统分析方法无法满足我国汽车工业快速发展要求，采用虚拟分析技术，只需要将汽车装配工艺数据采集后输入计算机中，就可以模拟车辆的整个生产流程，提高汽车生产效率。虚拟分析技术对于企业的科研实力及资金要去较高，因此主要应用在大型制造企业中，中小企业应用虚拟分析技术还较少。

3 虚拟制造技术在重卡装配工艺应用优势

3.1 优化重卡装配工艺

重卡装配流程复杂，涉及的操作设备及人员众多，且随着自动化技术的发展，目前重卡装配环节大量应该工业机械人，虽然提升了装配效率，但是对于重卡装配产线布置与工艺优化提出了新的要求。传统汽车装配工艺从业者往往容易受到固定思维的影响，更多考虑人工与场地因素，无法发挥出自动化生产设备最大潜力，采用虚拟分析技术，可以忽略外在限制因素，最大程度利用现有产线产能。在采用虚拟分析技术中，对于场地、材料使用、工人数量等外在限制因素进行忽略，尽可能按照汽车装配理想工序投入生产。此外，重卡装配工艺试错成本高，一般重卡装配中很少会采用新的生产工艺与组装流程，而虚拟仿真技术则不存在成本问题，只要对新生产工艺输入相关参数，就可以真实模拟装配流程，大大降低了重卡装配创新成本，推动汽车装配行业不断进步与发展。

3.2 规避设计与操作失误，提升重卡生产质量

重卡作为技术密集型行业，对于装配的可靠性要求高。随着交通运输的快速发展，重卡在公路物流体系中发挥着重要作用，一旦在重卡装配环节出现质量问题，往往会造成巨大的经济损失与严重的人员伤亡。采用虚拟分析技术，能够对重卡装配工艺中的各种工序进行分析，对于其中潜在的质量问题及早发现。在重卡装配环节，由于设计等问题，往往会造成后期装配出现质量问题，或者由于装配人员操作失误，造成产品质量不合格，影响重卡质量稳定。通过虚拟分析技术，可以采用虚拟现实的方式展现现代重卡装配全过程，让装配人员熟悉整个生产流程，规避错误的生产方式，提高整个装配环节质量。此外，现代重卡装配中容易出现生产质量问题，虚拟分析技术可以通过对重卡装配流程进行分析，发现其中存在的生产问题，改进新的生产工艺，提高装配质量。

4 虚拟分析技术在重卡装配工艺中的具体应用

4.1 构建数据信息库

虚拟分析技术在重卡装配中应用，首先应当构建数据信息库，将重卡新产品生产中涉及的数据依照产品、资源及过程三种进行分类，为下一步数据库信息收集确定标准。在构建数据信息库过程中，应当依照虚拟分析技术的装配工艺流程，构建出各项零部件及生产工艺之间的数据关联，特别是组装生产线与单个零部件之间的关系，确定最合理的重卡装配生产线。重卡汽车涉及的零部件高度上万个，且各个零部件尺寸精度要求极高，组装之间的生产工艺要求严格，需要将零部件的名称、组好、尺寸、装配要求等基础信息纳入数据库中，从而为重卡新产品的装配工艺提供有效的数据辅助。将数据登记完成之后，还需依照着构建出的资源结构结合企业实际生产情况，对资源的数量与结构进行重新定义，从而实现重卡新产品的线上模拟组装。

4.2 输入资料信息

在完成构建数据库后，需要将虚拟分析中需要的各项数据输入数据库中，结合重卡装配工艺步骤，将装配过程中需要的资料与数据输入其中。对于新产品的研发与生产，涉及的数据可以通过统一引进，整合到数据库软件中，利用对应的接口程序，将新产品涉及的数据信息及资源统一传输到后台数据基文件当中进行储存，再利用脚本程序，将BOM 地图数据与信息资源一并传送到产品属性，如此方可对新产品的属性进行正确定义。在对数据信息输入过程中，可以考虑运用脚本程序，对于重卡产品装配中的各项工艺数据与数据标准自动抓取，获得需要的数据后，建立起符合企业实际生产情况的流程模块。对于重卡新产品装配工艺，在生产装配环节可能会涉及新的生产工艺与生产设备，这时就要根据生产工艺要求与新生产设备的数据进行信息更新，确保资料信息准确可靠。

4.3 计划加工工艺

在进行虚拟分析过程中，需要将重卡新产品各项数据信息资料整合存储，对信息按照数据库分类输入后，满足后续不同装配场景下的工艺生产要求，建立与新产品相适应的生产模块。在虚拟分析技术中，要利用计算机虚拟现实技术，对新产品的生产工艺与流程进行仿真模拟，按照实际生产要求与操作环境，对生产工序中存在的问题进行分析。在虚拟分析中，要注重数据保存，将新产品装配工艺原始数据进行备份，便于在后期产品生产、工艺改进与调整中能够模拟实际生产要求组装。利用虚拟分析技术，可以从模拟生产中获得的数据资源辅助重卡产品的生产制造，对于实际生产中存在的问题进行改进。除此之外，对加工工艺进行计划，还可提高重卡新产品生产质量，完成新产品装配过程中的验证与修改，强化新产品设计与规划的准确性。

4.4 调整初步线平衡

虚拟分析技术在重卡装配工艺中应用，可以从调整初步线平衡入手。虚拟分析技术可以对重卡生产线内部布线进行平衡计算，根据产品的生产组装设置，对现有的生产线进行平衡。在初步线平衡设置上，首先需要理顺现有的重卡生产环节，根据生产工序确定上下游生产关系，对重卡装配工艺流程与生产步骤进行优化，通过创新，降低重卡装配工序数量，提高装配工序的科学性。在虚拟分析技术应用于初步线平衡时，还要综合考虑实际生产条件，按照目前装配线实际产能，对装配流程与工序设计，确保后期实际生产中达到生产线预计产能。在调整初步线过程中，要预估重卡装配各个生产区域与工序之间的作业时间，在完成三点设置之后，可以借助数学方法获取平衡后的布线。

5 虚拟分析技术在重卡装配中注意因素

5.1 工序合理性

虚拟分析技术在重卡装配中应用，不仅要考虑技术的可行性，还要考虑是否符合新产品的工序要求。在重卡新产品装配中，往往需要建立新的生产线，这时与原有生产线就会产生重叠，这时就要综合考虑新生产线装配工艺会否与原有的装配流程产生冲突，应当尽量确保装配工艺环节工作量稳定，满足流水线生产规划节拍。考虑到当前重卡生产高度模块化，新产品生产往往会与原有的生产工艺保持高度相似性，零部件也有一定的通用性，这就要求新产品与现有车型混线生产时，所有的生产工序要与原重卡生产工序保持一致。当现有的生产工序与重卡新生产装配工序不一致时，需要辅助设备才可完成装配部件处理，提高工序的合理性。

5.2 工具设备通用性

为了降低重卡装配生产成本，在虚拟分析技术中，要保证新旧生产线主要生产设备具有高度通用性。一方面，新生产线工具设备与旧产线保持通用性，可以降低工人的培训成本，加快新生产线生产；另一方面，新生产线工具设备在早期故障率较高，如果与旧生产线工具设备高度通用，可以降低后期的装配产线维护成本。新产品产线与旧的生产线进行混线生产，在虚拟分析时，需要在不影响新产品性能及设计元素的基础之上，对工装定位、装夹、吊装结构进行优化保证其的一致性，或是借助改造等方法，令新产品与现有产品的工装、设备具有通用性。因此在新产品研发时，相关的工装、设备可选用统一的标准件，尽量保证规格统一化，提高工具设备的通用性。

5.3 模块总成合理性

现代汽车工业发展至今，广泛采用模块化装配，这样不仅可以提高产品生产线节拍，实现大规模化工业生产，还可以间接通过提高模块化质量水平，实现重卡装配质量的提升。在虚拟分析时，需要确保装配工艺能够实现模块化装配，保证模块化总成的合理性。首先，在虚拟分析时，要保证封装流程可行性，按照结构设计确定产品封装流程，确保封装环节各装配部件不会互相干涉，实现封装模块化；其次，主重卡装配环节，一些主要模块重量较大，需要考虑到辅助吊装设备，通过增加吊装点，使装配中能够利用专门的挂点辅助装配；最后，判断模块装配的位置是否准确，对于小型吊装模块，可以通过人工定位确保模块的准确位置，而对于重量较大的吊装模块，不仅考虑吊装定位，还要考虑设备的精度问题，避免盲装问题出现。利用虚拟分析技术，重卡模块在装配使出现对正困难，可以增加定位销的直径长度，并将定位销设计成锥销，从而提高定位的准确性，保证定位结构装配的可视性，避免盲装。

6 总结

虚拟分析技术应用于重卡装配工艺，可以优化重卡新产品开发与转配，解决装配工艺中存在的问题，缩短产品开发与生产周期，对于提高重卡装配水平具有重要意义。在虚拟分析中，要考虑新产品工序设计的合理性、设备通用性、模块总成、设备维修性等，全面分析重卡新产品装配工艺，提高汽车制造企业生产效益。

参考文献：

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