朱兵強，張麗，索秀麗，劉婷

（1.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200；2.陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710200）

前言

裝配是汽車產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，也是所有生產(chǎn)過程中最能發(fā)現(xiàn)問題的工序步驟。同時，裝配也是工藝過程中較難實現(xiàn)的一步。在汽車制造過程中，裝配過程所需要的工時占制造總工時的50%左右。重型卡車的裝配過程主要包括小總成分裝、大總成分裝、總成裝配、管線束連接、加油加水、整車調(diào)試等工作內(nèi)容，在整個重型卡車的制造過程中占有非常重要的地位。

作為機械行業(yè)較為流行的ProE三維設(shè)計軟件，在汽車行業(yè)的應(yīng)用也非常廣泛，其強大的三維設(shè)計功能比傳統(tǒng)的二維設(shè)計有了很大的提升，明顯提高了產(chǎn)品的設(shè)計效率。但是，三維設(shè)計軟件在提高產(chǎn)品設(shè)計效率的同時，給三維裝配工藝規(guī)劃提出了較高的挑戰(zhàn)。由于操作工人的知識水平、工作經(jīng)驗的不同，將直接影響產(chǎn)品的裝配效率，進而影響整個工廠的產(chǎn)銷量和利潤，因此對新近員工進行必要的裝配工藝培訓(xùn)成為每個汽車生產(chǎn)企業(yè)非常重要的工作。

那么，要怎樣提高新員工的學(xué)習(xí)效率、怎樣使生產(chǎn)現(xiàn)場使用的工藝文件更具有指導(dǎo)作用，使員工能夠快速理解裝配過程、熟練操作、正確完成裝配工作，從而減少因為員工的裝配過程不熟練而給企業(yè)帶來的經(jīng)濟損失呢？企業(yè)內(nèi)部有一套完整的三維可視化動態(tài)裝配工藝文件供員工學(xué)習(xí)參閱，并在生產(chǎn)過程中能夠更形象地指導(dǎo)裝配，可謂非常不錯的解決辦法。

1 建立工藝模型

1.1 關(guān)鍵工藝過程確定

根據(jù)產(chǎn)品類型及產(chǎn)品需求，以銷量最好的車型為基準(zhǔn)，按照整車裝配順序?qū)⒀b配過程以工藝模塊的方式進行劃分，例如平衡軸分裝、散熱器中冷器分裝、發(fā)動機離合器變速器分裝、轉(zhuǎn)向軸分裝、驅(qū)動橋分裝、轉(zhuǎn)向器分裝、轉(zhuǎn)向器裝配、車架吊裝等，再根據(jù)工藝模塊的裝配工藝進行模型的建立、裝配過程仿真、可視化工藝設(shè)計等。

本文選擇較為典型的平衡軸分裝模塊進行可視化動態(tài)裝配工藝的設(shè)計。

1.2 建立零部件模型

利用ProE5.0三維設(shè)計軟件對所有零部件進行三維建模，零部件明細主要為以下25種：

表1 平衡軸分裝總成的25種主要零部件明細

根據(jù)ProE設(shè)計軟件新建“零件”的功能逐個建立零部件模型，并保證各個零部件的各項特征屬性與實物一致，如下圖：

圖1 平衡軸分裝總成的主要零部件模型

1.3 建立組件模型

根據(jù)ProE設(shè)計軟件新建“組件”的功能分別建立子組件和總成組件模型，如下圖：

圖2 平衡軸分裝總成的主要子組件及總成組件模型

在建立各個組件的過程中，需要對零部件之間的運動及約束關(guān)系進行分析，并嚴(yán)格按照實際相對運動或相對靜止的關(guān)系進行組件裝配，以保證后期機構(gòu)仿真功能的順利進行。比如，平衡軸殼繞平衡軸能夠進行轉(zhuǎn)動就是本組件中的關(guān)鍵裝配約束。

2 機構(gòu)仿真與動態(tài)裝配

2.1 設(shè)置機構(gòu)運動

建立完成零部件模型、組件模型后，利用ProE設(shè)計軟件中的“應(yīng)用程序”→“機構(gòu)”功能，對平衡軸分裝總成在實際應(yīng)用過程中的運動過程進行仿真。

比如，實際應(yīng)用過程中，6×4、8×4等雙后橋車型都會有平衡軸機構(gòu)，車輛行駛過程中會有不同程度的震動，導(dǎo)致汽車懸架系統(tǒng)的上下、前后位置變化，使鋼板彈簧與平衡軸殼一起繞著平衡軸進行轉(zhuǎn)動。因此，鋼板彈簧的形狀變化帶動平衡軸殼繞著平衡軸的轉(zhuǎn)動就是平衡軸分裝總成的一個需要仿真的運動。

利用ProE設(shè)計軟件中的“應(yīng)用程序”→“機構(gòu)”功能，定義“伺服電機”并選擇平衡軸殼裝配于平衡軸時所使用的軸約束，選擇“輪廓”，并設(shè)置“規(guī)范”為“位置”，設(shè)置“?！睘椤氨怼?，最后在表格中增加四行表數(shù)據(jù)并分別設(shè)置對應(yīng)的“時間”和“?！奔纯桑缦聢D。

圖3 伺服電機的位置定義

設(shè)置完成后，點擊“確定”，之后使用“機構(gòu)分析”工具進行仿真效果預(yù)覽，預(yù)覽成功后使用“回放”功能“播放當(dāng)前結(jié)果集”，并使用“捕獲”按鈕保存需要的機構(gòu)仿真視頻文件，備用。

2.2 設(shè)置動態(tài)裝配

利用ProE設(shè)計軟件中的“應(yīng)用程序”→“動畫”功能，對平衡軸分裝過程進行動態(tài)裝配仿真。

根據(jù)需要的效果，在右側(cè)工具欄中進行“定時視圖”、“定時透明”設(shè)置，并利用“關(guān)鍵幀序列”工具進行關(guān)鍵幀快照的編輯或創(chuàng)建，如下圖。

圖4 定時視圖、定時透明、關(guān)鍵幀序列設(shè)置

設(shè)置完成后，點擊“啟動”工具，進行動態(tài)裝配過程預(yù)覽，預(yù)覽成功后使用“回放”工具進行回放，并使用“捕獲”按鈕保存需要的動態(tài)裝配視頻文件，備用，如下圖。

圖5 動畫回放及視頻捕獲功能

3 編制可視化裝配工藝視頻

3.1 制作音頻

根據(jù)紙質(zhì)版工藝文件要求，利用計算機中的錄音機軟件或其他錄音設(shè)備，將相關(guān)裝配過程及擰緊力矩要求、涂膠要求、裝配方法等內(nèi)容分別進行錄制，并將音頻文件存儲在指定位置，備用。

3.2 導(dǎo)入視頻

采用Windows Movie Maker或VideoStudio等視頻編輯制作軟件，合成之前已經(jīng)保存好的機構(gòu)仿真視頻、動態(tài)裝配視頻、工藝要求音頻等文件，并根據(jù)實際需求進行剪輯、編輯，添加必要的字幕說明，最后輸出標(biāo)準(zhǔn)化的可視化裝配工藝視頻文件，用于指導(dǎo)實際生產(chǎn)和新員工培訓(xùn)等，如下圖。

圖6 編輯制作完成的動態(tài)裝配工藝文件（包含字幕、語音）

4 結(jié)論

本研究運用Pro/Engineer的建模、裝配、仿真技術(shù)，運用VideoStudio的視頻、音頻、文字編輯技術(shù)，結(jié)合產(chǎn)品圖紙、重卡裝配驗收技術(shù)條件、整車調(diào)試工藝等，建立企業(yè)內(nèi)部關(guān)鍵產(chǎn)品的零部件模型和可視化動態(tài)裝配工藝文件，工藝文件制作方法在國內(nèi)重卡行業(yè)處于領(lǐng)先。研究成果能夠很好的與目前紙質(zhì)版的工藝作業(yè)指導(dǎo)書配合使用，提升企業(yè)內(nèi)部職工的操作技能?？梢暬瘎討B(tài)裝配工藝文件可作為售后服務(wù)的重要技術(shù)文件隨時使用，提升售后服務(wù)質(zhì)量；亦可作為宣傳素材嵌套于企業(yè)網(wǎng)站中，提升企業(yè)品牌的產(chǎn)品影響力。

[1] 武志明,姚涵珍.Pro/Engineer野火 5.0機械設(shè)計基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2013.

[2] 張中偉,田錫天.機加工藝三維可視化表示與生成[J].制造業(yè)自動化,2013,35（2）:26-30.

[3] 嚴(yán)艦,虛擬制造技術(shù)在汽車裝配工藝中的應(yīng)用研究[J].人工智能及識別技術(shù),2013,20（5）:83-84.