重卡新产品装配工艺虚拟分析技术浅析

2023-02-22 15:23徐兴有王成龙任国盈
时代汽车 2023年2期
关键词:重卡产品设计工艺

徐兴有 王成龙 任国盈

中国重汽集团济南卡车股份有限公司 山东省济南市 250000

1 引言

随着国民经济水平的不断提升,汽车行业内的市场竞争越来越激烈,若能够提高汽车装配效率,则可扩大生产赢得市场。对于重卡新产品的开发工作而言,有效缩短新产品设计与装配周期,可帮助汽车企业提高竞争实力,实现扩大市场的目标。装配虚拟分析是产品开发过程中的重要环节,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。

2 虚拟分析技术的概念

计算机仿真技术是虚拟分析技术的理论核心,在使用的过程中,虚拟分析技术能够借助计算机建模等功能对重卡新产品的设计及零件制造、装配各项生产环节进行统一建模,并对新产品的全套装配工艺进行模拟,从而预估新产品的实际使用情况及性能,检测各环节内存在的问题,对工艺生产路线进行优化。在重卡新产品设计的初始阶段,需要将装配过程中各项参数的变化情况,利用计算机进行模拟,才能分析出新产品设计与生产过程中存在的影响因素,并预测新产品的制造成本与各项性能水平。通过虚拟分析能够提高新产品生产更加经济有效,对各项资源进行合理配置,从而达到生产成本周期最小化,产品品质最优化,生产效率最高化。虚拟分析技术还可对重卡新产品的零部件制作过程、加工方法工序工艺过程与参数等环节进行虚拟环境的模拟,从而更好地分析与评价新产品零部件的可装配性问题。

将虚拟分析技术应用于重卡新产品装配工艺中,能够更加利于新产品的研究,并有效处理复杂的产品装配问题,预先发现装配工艺过程内存在的缺陷与问题,及时探寻处理方法,优化各项装配过程,提高产品的生产效率。

3 虚拟分析技术的分类

3.1 以产品设计为中心的虚拟分析技术

在新产品研发的过程中,根据产品研发的实际情况,结合数据化三维模拟技术,完成以产品设计作为中心的虚拟分析技术,将产品作为设计的虚拟分析技术,主要以设计核心作为重点,具体的使用表现如下:

首先是面向装配设计的虚拟分析技术,也就是在新产品研发的初期阶段,借助虚拟分析技术,将设计与装配两过程进行结合,并以设计的角度对产品的可装配性进行虚拟模拟分析,并通过虚拟分析等仿真操作,完成后续对产品装配的检验工作,确保所设计的新产品结构良好。面向装配设计的虚拟分析技术能够协调设计部门与制造部门的关系,令二者可在产品研发的初期阶段就可实现高效的协同工作。

其次则是至上而下的产品并行设计所使用的虚拟分析技术,虚拟分析技术可帮助产品进行设计的装配,建立起分层次的产品设计动态虚拟样机。产品在进行并行设计时,需要综合地考虑到各项环节,因此,在设计的初期,需要对产品设计研发的周期进行集成并行设计,全面地考虑到相关因素,及时发现并解决潜在问题。

在产品研发过程中,虚拟分析技术可对不同阶段构建出相关的模拟模型,建立起面向设计对象的装配设计环境,令产品的设计具有一定的参考性,从而更好地突出产品设计思想。通过虚拟分析技术的辅助,可以将新产品设计的各个环节都控制在可装配的范围内,令产品设计的变化体现在装配部件上,确保所设计的产品与整体装配工艺相关联,保证使用的设计数据具有一定集成性,从而避免重复设计。在此之中,还可将不同阶段的模型作为虚拟分析的主要核心,从而确保各个研究阶段的数据结构完整一致,提高研发部门之间的协同与合作,实现新产品装配的高度集成,保证产品实际的可制造性与装配性。

3.2 以过程为中心的虚拟分析技术

以过程作为中心的虚拟分析技术主要有以下两个方面:

通过虚拟分析技术对产品总体设计进程实现控制。在新产品数字化定义的过程中,需要将产品的特点结合在一起,从而将虚拟分析技术应用于产品设计过程中。在此,可将虚拟分析技术的应用分为三个阶段,分别是:概念设计阶段、整体设计阶段、详细设计阶段。后可使用虚拟分析技术对产品各个设计进程进行控制,从而有效规划产品的装配工艺顺序,对装配步骤进行统一,有效提高产品的装配效率。

其次则是通过虚拟分析技术对装配过程进行控制管理。通过虚拟分析可建立装配过程模型,在模型中,包括了新产品开发的过程描述、过程内容的相互关系以及过程间协作等方面,在实际应用时,可提高对过程模型的管理,提高对新产品设计过程中各个阶段设计结果的管理力度,加强加固工艺等相关信息的管理,从而优化产品设计过程。

3.3 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,可以形成于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。在优化装配过程时,是对装配单元进行合理的划分,令产品能够适应具体情况,提高产品的可装配性。其次则是针对产品装配的难易程度进行评价,再对装配费用进行计算,并根据计算结果讨论是否需要修改相关设计。

4 虚拟分析的一般过程

4.1 构建信息库

针对重卡新产品装配工艺过程,虚拟分析的应用首先需要构建大型信息库。基于虚拟分析技术的特殊性,在分析过程中能够对重卡新产品装配过程中涉及的数据,依照产品、资源以及过程三种进行分类。针对汽车装配工艺流程而言,虚拟分析信息库可构建出基于重卡新产品的零件或标准零件数据之间的关联,理顺生产线与零部件之间的逻辑关系,从而研究出基于实际基础的最优产品组装生产线结构。构建信息库时,需包含产品涉及的各项数据结构与模型,也就是需要将汽车零部件名称、组号、说明及模型等重要信息纳入系统,并与车企标准相对接,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

结合重卡装配工艺各项步骤,在进行虚拟分析过程中,还需将装配过程涉及到的资料与数据进行输入。也就是在完成虚拟分析工作之前,将装配工艺过程中涉及到的资料及大部分产品、工艺数据进行收集。在此之中,新产品涉及的数据可以通过统一引进、整合到软件当中,也就是利用对应的接口程序,将新产品涉及到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。输入的数据及资料信息可以借助脚本程序,自动对重卡新产品装配工艺过程中的各项标准与要求进行获取,获得标准与要求数据之后,就可建立起符合企业实际情况的流程模块,从而对重卡新产品装配工艺各环节的各个参数进行确定,如果一些工程或链接处理的设备过程涉及到新的机型,则需参阅该机型的组装过程计划,从而对信息资料进行更新。

4.3 计划加工工艺

在进行虚拟分析的过程中,需要建立起一定的储存空间,将重卡新产品装配工艺涉及的各项数据及信息资料进行组合、连接及储存,并通过对信息数据的分类与过滤,便于后续不同场合的应用需求。在此之后,还需建立新产品研究与生产对应模块。而在虚拟分析过程中,要保证重卡新产品装配的完整性,还需借助计算机及大数据服务器对新产品装配工艺各个步骤环节进行仿真模拟,并对实际的装配工序进行计划。因此,需要在计算机内保存新产品装配的原始过程,便于后续产品研发与组装过程中按照实际需求调整与改进原始过程工序,从而实现重卡新产品的虚拟组装。在这种情况之下,通过模拟分析获取的相关数据资源,可以辅助重卡新产品完成实际的制造与组装。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。

5 虚拟分析的应用

5.1 调整初步线平衡

在重卡新产品装配工艺虚拟分析过程中,还可调整产品的初步线平衡。虚拟分析技术能够对汽车生产企业内部布线的平衡进行计算,但在计算前还需完成产品的组装设置工作,也就是需要完成以下三点设置:第一,需要根据重卡新产品组装各环节之间的逻辑关系,对汽车组装步骤进行创新与优化;第二,还需基于重卡生产企业的实际生产线,依照生产计划,对装配流程周期进行设计;第三,根据重卡新产品的真实组成部分,对装配工艺涉及的各个部分及作业区域进行预估,同时估算装配各项工序之间的合理作业时间。在完成三点设置之后,可以借助数学方法获取平衡后的其实布线。

5.2 数据导入

通过虚拟分析技术可以将重卡新产品装配工艺过程中涉及的基础数据导入,该处所指的基础数据主要是产品数据与工艺数据。产品数据的导入需要使用Teamcenter 软件,并通过Teamcenter 软件将产品数据传输至CATIA V5 当中,后使用对应的接口程序,令产品数据能够传送到后台数据库的文件中,同时脚本程序还可将产品数据传送到BOM 表内,最后借助导入的产品数据完成产品属性的定义。工艺数据也需要使用对应的脚本程序进行自动导入,而所导入的工艺数据可作为后续产品装配过程中使用的标准版数据。在对新产品进行设计时,标准数据基础则是重要的设计参考依据,可以优化新产品的工艺,提高踵卡新产品装配的生产效率。

5.3 工艺规划的初步设计

借助虚拟分析技术,还可实现对工艺规划的初步设计。通过将产品数据与工艺生产资源进行有效关联,并利用数据库中的标准工艺模板,实现对新产品的工艺规划与设计。虚拟分析技术可基于标准装配顺序的操作,对新产品装配工序进行优化。在此过程中,首先需要利用CATIA V5 打开新产品数据,再使用DELMIA 软件,按照设定好的装配顺序,自动完成新产品装配工艺的仿真,通过此操作,可以完整地检测新产品装配工艺的仿真过程,深入判断装配工艺顺序的可行性,及时找出其中存在的干扰项目或是错误的数据,从而优化重卡新产品的装配工艺。

6 虚拟分析时考虑的因素

6.1 工序合理性

在重卡新产品装配过程中,所进行的虚拟分析工作还需考虑新产品工序的合理性。若是研发的新产品需要重新建立生产线,在对装配工序进行安排时要保证先后的装配部件互不干涉,互不影响,确保公卫工作量的均衡,满足产线的规划节拍。若是新产品与汽车企业现有的车型进行混线生产,所设计的工艺顺序须与旧产品工艺顺序保持一致,若出现不一致的部分还需进行优化与变更,从而保持生产线一致。尤其是在需要设备辅助才可完成装配的部件处,需保证工位的一致性,从而提高工序的合理性。

6.2 工具设备通用性

在进行模拟分析时,若是新产品需要建设全新的生产线,生产线的规划及设计还需按照新产品的结构进行规划,无需考虑到工具设备的通用性。若是新产品的生产与现有产品进行混线生产,那么在虚拟分析时,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。

6.3 模块总成合理性

模块化装配能够有效提高产品生产线装配节拍,是汽车企业提高产品生产产能的有效措施。能够实现模块化装备,还可提高对模块部件的质量控制水平,因此在进行虚拟分析时,需要确保所设计的结构能够最大化地实现模块化装配,并保证模块化总成的合理性。顾客从以下三个方面进行分析:

首先是需要通过虚拟分析,保证封装流程的可行性,也就是按照设计结构确定产品封装流程,同时确保在封装过程中,各项装配部件不会相互干涉,从而保证封装的模块化。

其次则是在模块装配时,判断是否需要设计吊装点,受到重卡自身特性的影响,新产品部分模块重量若是大于7KG,而需考虑设置辅助装配设备,同时设计好设备使用时的专用吊挂点位置。

最后则是判断模块装配是否有定位措施,针对小型氢模块的装配过程,必须要通过定位措施确保痤疮等问题不会出现,而在大型、重型模块处,不仅需要考虑定位措施,还需考虑吊装设备的精确程度,从而实现设计定位,避免盲装等问题出现。例如通过虚拟分析可知,重卡定位销在装配时对正困难,因此可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。

6.4 维修性分析

重卡产品的维修包括有易损部件的更换、零件部件的维护保养、设备的故障诊断与更换等,与其他部件会与此类零部件的装配结构相搭接,因此在虚拟分析过程中,还需考虑此类装配件后期更换的可行性,同时确保在零部件拆装过程中,不会干扰到其他部件的使用。如保证零部件拆卸方便、减少需拆装部件数量、缩短拆卸用时。除此之外,还应对维修过程中的空间、拆装后部件的状态进行虚拟分析,调整与优化不满足的设计结构,提高重卡新产品的维修性能。例如针对中央电器装置板进行虚拟分析时,该部件容易出现故障,故可将该部件设置在副驾仪表板的下部,在维修时仅需按压验收盖板卡接位置,不用通过其他辅助工具或拆卸检修盖板就可进行维修。

7 结束语

重卡新产品开发影响到汽车企业的经营与发展,而虚拟分析技术能够优化重卡新产品的开发与装配,解决装配工艺涉及的相关问题,降低重卡新产品生产线的装配风险,缩短产品开发周期与生产周期,促进重卡新产品的研究与开发,带来的价值不可估量,具有可观的应用价值。同时在虚拟分析技术实际应用时,还是考虑新产品工序设计的合理性、根据设备的通用性、模块总成的合理性以及产品设备的维修性,从而更加系统、全面的分析重卡新产品装配工艺,提高产品的经济回报。

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