潘志興

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 整車制造部總裝工程科，廣西 柳州 545007）

虛擬裝配，是評(píng)審汽車產(chǎn)品裝配性的重要組成部分。利用虛擬裝配，可以驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配中的問(wèn)題，對(duì)模型進(jìn)行修改。虛擬裝配能使評(píng)審數(shù)模在高效、高品質(zhì)、短時(shí)間、低成本的環(huán)境下完成，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性與精度特性，真實(shí)地模擬產(chǎn)品三維裝配過(guò)程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過(guò)程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性。

利用虛擬裝配評(píng)審零件的裝配性，一般可分為6個(gè)步驟：檢查零件是否滿足相關(guān)MR；零件裝配順序的分析；零件裝配運(yùn)動(dòng)空間分析；工裝設(shè)備的空間分析；裝配工具的操作空間分析；操作工的操作空間分析。

下面就對(duì)每一步作詳細(xì)舉例說(shuō)明。

1 檢查零件是否滿足相關(guān)MR（制造需求）

制造需求是在汽車開(kāi)發(fā)的前期，制造區(qū)域向產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部門提出的、適應(yīng)現(xiàn)有生產(chǎn)線及生產(chǎn)工藝的需求。

制造需求一般分為工裝設(shè)備、工藝流程、零件裝配工藝性這3個(gè)部分。在我們使用虛擬裝配檢對(duì)汽車零件進(jìn)行評(píng)審時(shí)，首先就要檢查零件是否滿足當(dāng)初所提的制造需求中的零件裝配工藝性。

下面用評(píng)審汽車的擋風(fēng)玻璃為例來(lái)說(shuō)明。

除了汽車擋風(fēng)玻璃本身以外，對(duì)玻璃周圍的零件同樣有制造需求，例如有對(duì)窗框鈑金的要求：車身翻邊的搭接要符合要求，且玻璃粘接區(qū)域不能有超過(guò)0.8 mm的突起（如圖1）。

圖1 車身翻邊要求

只有當(dāng)產(chǎn)品滿足了當(dāng)初提的制造需求以后，才能對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)審。

2 零件裝配順序的分析

對(duì)零件裝配順序的分析，是進(jìn)行虛擬裝配評(píng)審的前提。因?yàn)樵谝粋€(gè)狹小的空間里，后裝上去的零件，一般都會(huì)將前一個(gè)零件的裝配空間完全占用，當(dāng)我們對(duì)前一個(gè)零件進(jìn)行虛擬裝配時(shí)，就要完全去除掉后面一個(gè)零件，而對(duì)后面的零件進(jìn)行虛擬裝配時(shí)，不能忽略掉前面的零件，不然就會(huì)出現(xiàn)很容易裝配或不能裝配的誤判。

例如一個(gè)門系統(tǒng)，在門內(nèi)外板的狹小空間里，要裝配的零件有門鎖體、內(nèi)開(kāi)手柄、外開(kāi)手柄、門鎖拉桿、玻璃升降器、門玻璃、玻璃導(dǎo)槽、玻璃導(dǎo)槽密封條、車門限位器、車門線束、喇叭、扶手支架、防水薄膜、車門飾板、內(nèi)水切及外水切等。這么多的零件，都是嚴(yán)格地按順序裝配的，我們?cè)谟锰摂M裝配進(jìn)行評(píng)審時(shí)，如果沒(méi)有弄清楚它們的裝配順序，最終得出的結(jié)果也是不正確的。

3 零件裝配運(yùn)動(dòng)空間分析

零件在裝配的過(guò)程中，是一個(gè)不斷運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，零件與周邊的其他零件之間的間隙也是在不斷變化的，而對(duì)于裝配要求這一塊來(lái)說(shuō)，對(duì)裝配空間的要求也會(huì)隨著零件的不同，裝配位置的不同而不同。所以我們進(jìn)行虛擬裝配的時(shí)候。就要對(duì)特定的零件，定義好以多大的運(yùn)動(dòng)量為單位，一步一步地慢慢對(duì)操作空間進(jìn)行詳細(xì)的分析。

下面以發(fā)動(dòng)機(jī)總成的裝配和擋風(fēng)玻璃的裝配為例來(lái)說(shuō)明。

發(fā)動(dòng)機(jī)總成，是在總裝車間的底盤線裝配的。在底盤線上，車輛是被抬起到一定的高度，發(fā)動(dòng)機(jī)總成放在托盤上，由AGV小車將發(fā)動(dòng)機(jī)總成慢慢的由下至上，將其頂?shù)窖b配位置，再由操作工打緊緊固螺栓來(lái)完成裝配。在這個(gè)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)總成不能和周邊的零件干涉，如前大梁，前隔板，轉(zhuǎn)向管柱等零件，且要保證有一定的安全距離。而發(fā)動(dòng)機(jī)和這些零件之間的間隙，又是不斷在變化的，為了方便分析，就要以一定的舉升高度為單位，逐步地分析發(fā)動(dòng)機(jī)總成的裝配空間（如圖2）。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)總成裝配空間分析

汽車擋風(fēng)玻璃有前后兩塊，往往后擋風(fēng)玻璃的裝配空間，都是比較狹窄的。因?yàn)楝F(xiàn)在大多數(shù)三廂車為了造型的美觀，后擋風(fēng)玻璃下面都有一截是插入到行李箱里，而行李箱和后擋風(fēng)玻璃的間隙，又非常的小。造型工程師為了最求造型上的漂亮，就很容易忽略了產(chǎn)品的可裝配性。

擋風(fēng)玻璃的裝配有點(diǎn)特殊。

首先，上面提到后擋風(fēng)玻璃下面都有一截是插入到行李箱里的，而行李箱蓋也是可以活動(dòng)的，所以后擋風(fēng)玻璃的裝配涉及到兩個(gè)零件的運(yùn)動(dòng)，且后擋風(fēng)玻璃與行李箱蓋，都是些不規(guī)則的弧面，這些都增大了判斷零件裝配空間的難度。

其次，擋風(fēng)玻璃在裝配時(shí)，還要涂上一圈的黑色玻璃膠，這些玻璃膠如果碰到了其他零件，不僅會(huì)造成污染，影響客戶對(duì)車輛的感官，同時(shí)也會(huì)造成擋風(fēng)玻璃粘貼不牢，影響汽車密封性。所以要給玻璃膠也留有足夠的安全空間。但往往玻璃膠是不體現(xiàn)在數(shù)模上的。上面這些原因，就需要我們采取一些特殊的方法，就是改動(dòng)現(xiàn)有的產(chǎn)品數(shù)模，將玻璃增厚30 mm，并向四周擴(kuò)大12 mm，這樣就將玻璃以及玻璃膠運(yùn)動(dòng)所需要的安全距離，都包含在這個(gè)修改過(guò)的玻璃數(shù)模里了（如圖3）。

圖3 后擋風(fēng)玻璃裝配空間分析1

接下來(lái)就將玻璃以底部的一條邊為軸，以5°為單位向上旋轉(zhuǎn)20。因?yàn)橐话銚躏L(fēng)玻璃上邊都有2個(gè)定位銷，操作工都是以這樣的運(yùn)動(dòng)軌跡，來(lái)裝配擋風(fēng)玻璃的。然后將行李箱蓋打開(kāi)一定的角度來(lái)分析，只要行李箱蓋能打開(kāi)到一個(gè)沒(méi)有產(chǎn)生干涉的角度，就能確定玻璃的裝配空間是符合要求的（如圖4）。

圖4 后擋風(fēng)玻璃裝配空間分析2

4 工裝設(shè)備的空間分析

在汽車的裝配過(guò)程中，除了一些單個(gè)的、體積較小的零件以外，還有一些模塊化的，大件的零件。這些零件因?yàn)轶w積過(guò)大，或總質(zhì)量過(guò)大，操作工無(wú)法直接徒手裝配，就要使用到助力機(jī)械進(jìn)行裝配，如儀表板模塊總成、座椅、發(fā)動(dòng)機(jī)總成、后橋總成等。

對(duì)于這些零件的裝配性分析，我們要求模塊及助力機(jī)械在裝配的路徑上，并在進(jìn)入定位特征之前，保持與周邊零件通常最少需要有25 mm的間隙，以保證模塊在裝載的過(guò)程中有足夠的操作空間，并防止零件在裝配過(guò)程中被碰傷。下面我以裝配儀表板總成為例予以說(shuō)明。

儀表板是車子最大體積的一個(gè)總成，它要從狹窄的門框進(jìn)入到車身內(nèi)進(jìn)行裝配。在裝配的過(guò)程中，車輛是不斷的在勻速移動(dòng)的，儀表板放在托架上，由助力機(jī)械臂推入車身。這是一個(gè)比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，我們要先按經(jīng)驗(yàn)制定運(yùn)動(dòng)路徑，然后進(jìn)行仿真運(yùn)動(dòng)來(lái)分析，設(shè)定間隙距離小于25 mm時(shí)運(yùn)動(dòng)停止，就是當(dāng)儀表板模塊總成和托架與翼子板、門框密封條、車身側(cè)圍外板等零件之間的間隙小于25 mm時(shí)，要重新設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)路線，直到滿足裝配要求的空間距離為止。

5 裝配工具的操作空間分析

裝配工具是指用于裝配零件所使用到的電動(dòng)扳手、氣動(dòng)扳手以及相應(yīng)的套筒。為了便于操作，同時(shí)防止氣動(dòng)扳手在使用過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)而磨傷其他零件的表面，除了預(yù)留氣動(dòng)扳手本身的空間尺寸要求之外，需要在氣動(dòng)扳手與其他零件之間預(yù)留一定的空間，通常有2 mm以上的空間，如果氣動(dòng)扳手周邊的零件為易磨損件（如內(nèi)飾件，外飾件等），此空間應(yīng)適當(dāng)放大，通常為4 mm。如果是一些需要大扭力緊固的零件（如前懸掛，轉(zhuǎn)向管柱等），要預(yù)留出氣動(dòng)扳手?jǐn)[動(dòng)的空間（如圖5）。

圖5 氣動(dòng)扳手空間分析

不同大小的緊固螺栓，要使用不同大小的套筒。套筒還分為帶護(hù)套和不帶護(hù)套的兩種，帶護(hù)套一般用在內(nèi)飾件和外飾件上，如儀表板，輪轂等，避免劃傷零件，影響外觀。套筒的空間，根據(jù)緊固件的大小決定。

6 操作工的操作空間分析

操作工操作空間的分析，要和人機(jī)工程結(jié)合起來(lái)。因?yàn)橛械牧慵碚撋鲜怯凶銐虻目臻g裝配的，但實(shí)際的人工操作卻很難完成，甚至?xí)?duì)操作的員工造成傷害，這些都是不符合裝配性的表現(xiàn)。

如裝配發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)內(nèi)的零件，如空調(diào)管、暖風(fēng)機(jī)進(jìn)出水管、車身線束、前隔板隔熱墊及隔熱墊卡扣等零件。因?yàn)樵谘b了發(fā)動(dòng)機(jī)以后就無(wú)法裝配，所以就要在底盤線之前的內(nèi)飾線裝配，一般操作員工都是在車身側(cè)進(jìn)行操作（如圖6）。

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)零件的裝配

我們可以通過(guò)表1來(lái)判斷是否符合要求，對(duì)應(yīng)的數(shù)字越高，人機(jī)工程越差，數(shù)字達(dá)到3就是不能接受的裝配性。

表1 操作工操作位置要求表

在裝配底盤零件的時(shí)候，操作工的手會(huì)穿過(guò)一個(gè)狹窄的區(qū)域進(jìn)行操作，如轉(zhuǎn)向中間軸與轉(zhuǎn)向軸連接點(diǎn)時(shí)，設(shè)計(jì)需要提供140 mm的管柱空間供手轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)。這時(shí)我們可以通過(guò)建立圓柱體，來(lái)判斷操作的空間（如圖7）。

圖7 連接轉(zhuǎn)向中間軸與轉(zhuǎn)向軸

7 結(jié)束語(yǔ)

產(chǎn)品的裝配費(fèi)用，占整個(gè)生產(chǎn)成本30%～50%乃至更高。因此對(duì)產(chǎn)品裝配工藝進(jìn)行以提高品質(zhì)和效率、降低成本為目標(biāo)的改進(jìn)和再規(guī)劃，是增強(qiáng)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要環(huán)節(jié)。準(zhǔn)確的評(píng)審，可以獲得可行且較優(yōu)的裝配工藝方案，指導(dǎo)實(shí)際裝配生產(chǎn)。這樣能減少生產(chǎn)線的適應(yīng)性改造、避免重復(fù)投資，從而降低生產(chǎn)運(yùn)行成本；避免因制造問(wèn)題引起的設(shè)計(jì)變更；避免因此引起時(shí)間延誤和開(kāi)發(fā)成本的增加，以提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]朱文華，馬登哲.虛擬裝配技術(shù)的應(yīng)用研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2004.