馬志剛

摘要：近些年來(lái)隨著中國(guó)制造向中國(guó)智造的轉(zhuǎn)變，我國(guó)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化領(lǐng)域的突破速度不斷提高，而在汽車制造行業(yè)領(lǐng)域如何有效應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化的相關(guān)技術(shù)可對(duì)該行業(yè)發(fā)展起重要的積極影響。本文深入探討提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的有效途徑，詳細(xì)介紹汽車制造的相關(guān)技術(shù)，就其中的虛擬化技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)精確維修過程中的應(yīng)用開展探討，分析汽車精密定位技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，希望以此促進(jìn)我國(guó)汽車制造行業(yè)尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)制造的進(jìn)一步發(fā)展。

Abstract： In recent years， with the transformation from made in China to intelligent manufacturing in China， China's breakthrough speed in the field of mechanical design， manufacturing and automation has been increasing. How to effectively apply the relevant technologies of mechanical design， manufacturing and automation in the field of automobile manufacturing industry can have an important positive impact on the development of this industry. This paper deeply discusses the effective ways to improve mechanical design， manufacturing and automation， introduces the relevant technologies of automobile manufacturing in detail， discusses the application of virtualization technology in the accurate maintenance of automobile engine， and analyzes the practical application of automobile precise positioning technology， hoping to promote the further development of China's automobile manufacturing industry， especially engine manufacturing.

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造;自動(dòng)化技術(shù);汽車制造;發(fā)動(dòng)機(jī)

Key words： mechanical design and manufacturing;automation technology;automobile manufacturing;engine

中圖分類號(hào)：TH16 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）05-0232-03

1 ?汽車制造的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用

1.1 精密定位技術(shù)

據(jù)相關(guān)研究可知，在汽車加工車間中精密定位技術(shù)具有較高的應(yīng)用率，應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)可發(fā)現(xiàn)在加工過程中自動(dòng)化控制系統(tǒng)可能存在的問題，例如參數(shù)錯(cuò)誤。除此之外，應(yīng)用精密定位技術(shù)時(shí)必須對(duì)汽車關(guān)鍵零部件產(chǎn)品的加工工序進(jìn)行調(diào)研與分析并明確動(dòng)力設(shè)備是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以此形成精密定位技術(shù)在汽車制造過程中的應(yīng)用保障。除此之外，在汽車制造的過程中應(yīng)用精密定位技術(shù)還可對(duì)汽車制造的整體效率與自動(dòng)化加工效率產(chǎn)生重要影響。

1.2 虛擬化技術(shù)

現(xiàn)階段隨著虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其在汽車制造領(lǐng)域也有了全新發(fā)展，在應(yīng)用虛擬化技術(shù)時(shí)需將計(jì)算機(jī)技術(shù)與交互設(shè)備相結(jié)合，應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域時(shí)，則以汽車制造工作平臺(tái)為基礎(chǔ)形成全新的網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境，在該虛擬環(huán)境中可將汽車制造各環(huán)節(jié)的核心關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行機(jī)動(dòng)化分析與整合，從而對(duì)汽車零部件實(shí)際生產(chǎn)效果與加工效果進(jìn)行快速模擬，并且還可對(duì)整車產(chǎn)品的實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)測(cè)模擬。除此之外，還可利用虛擬化技術(shù)中的AR、VR技術(shù)對(duì)汽車性能進(jìn)行模擬分析，一定條件下還可進(jìn)行測(cè)試，從而明確目前在生產(chǎn)過程中存在的技術(shù)問題與弊端，由此可進(jìn)一步提高汽車在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化過程中的科學(xué)性與合理性。

2 ?虛擬化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用——開發(fā)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)AR檢修系統(tǒng)

2.1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)AR檢修系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，選擇SolidWorks對(duì)整體模型所需的組件進(jìn)行建模和組裝，使用3dsMax進(jìn)行動(dòng)畫和渲染的開發(fā)。結(jié)合SolidWorks和3dsMax完成模型的搭建和其他模型的開發(fā)，利用PhotoShop等軟件對(duì)模型素材進(jìn)行貼圖處理和紋理顯示，從而更好地完成模型和圖形的表達(dá)。本系統(tǒng)以維修原理和維修輔助使用的初學(xué)者為重點(diǎn)，借助Unity3D在移動(dòng)使用上的明顯優(yōu)勢(shì)和Vuforia在移動(dòng)上的優(yōu)秀兼容性，開發(fā)了Unity3D與Vuforia接入的集成。說到視頻文件，由于Unity3D自帶的模式只能識(shí)別OGG和OGV格式，因此可以使用AE（AdobeAfterEffects）來(lái)制作需要顯示的視頻格式。結(jié)合腳本擴(kuò)展，系統(tǒng)識(shí)別后可以播放AVI、MP4等格式的視頻文件。通過C#腳本語(yǔ)言進(jìn)行關(guān)鍵性能開發(fā)，選擇VisualStudio編程工具完成整個(gè)軟件系統(tǒng)的順利開發(fā)和優(yōu)化。最后，安裝安卓手機(jī)系統(tǒng)及相關(guān)插件，進(jìn)一步調(diào)試后完成開發(fā)。具體開發(fā)路線如圖1所示。

2.2 開發(fā)平臺(tái)及 AR 識(shí)別類型

在本文中對(duì)AR場(chǎng)景進(jìn)行開發(fā)時(shí)，所應(yīng)用的軟件為Unity3d+Vuforia。Unity 3D 是由 Unity Technologies 研發(fā)并創(chuàng)建推出的多平臺(tái)綜合型平臺(tái)，在該軟件平臺(tái)中包含具備全面整合功能的專業(yè)化引擎。

具體而言，在該汽車發(fā)動(dòng)機(jī)AR檢修系統(tǒng)的開發(fā)過程中涉及以下識(shí)別類型：

圖像：這種方法是檢測(cè)目標(biāo)圖像，從而實(shí)現(xiàn)三維物體的渲染。該功能涵蓋多目標(biāo)跟蹤和識(shí)別，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備中數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí)激活和加載，激活擴(kuò)展跟蹤，管理相機(jī)中的連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦和閃光燈。

多目標(biāo)：檢測(cè)長(zhǎng)方體形狀的三維動(dòng)畫和周圍形狀的三維目標(biāo)。它可以實(shí)現(xiàn)三維跟蹤，激活擴(kuò)展跟蹤，執(zhí)行遮擋處理，管理擴(kuò)展跟蹤激活和相機(jī)中的連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦和閃光燈。

圓柱體跟蹤：檢測(cè)圓柱體目標(biāo)和圓柱體周圍的動(dòng)畫3D對(duì)象。在該系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圓柱體等目標(biāo)的檢測(cè)和跟蹤、相機(jī)中的連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦和閃光燈管理。

自定義目標(biāo)：當(dāng)用戶使用的視頻幀正在運(yùn)行或被捕獲時(shí)，建立圖像目標(biāo)。您可以創(chuàng)建和管理用戶定義的圖像目標(biāo)，并在擴(kuò)展跟蹤激活的相機(jī)中管理連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦和閃光燈。

虛擬按鈕：開發(fā)可以在攝像頭視圖被遮擋、事件被觸發(fā)時(shí)，實(shí)現(xiàn)圖像矩形區(qū)域的目標(biāo)定義。處理按鈕遮擋事件，激活多個(gè)虛擬按鈕，相機(jī)中的連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦和閃光燈管理。

2.3 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)應(yīng)用安卓系統(tǒng)手機(jī)進(jìn)行交互應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，從而完成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢修功能的實(shí)現(xiàn)，具體情況如圖2所示。

3 ?汽車精密定位技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用——車輛高精度定位功能

3.1 車聯(lián)網(wǎng)精密定位技術(shù)需要

21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)各地區(qū)的汽車數(shù)量均呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，這使得城市的交通擁堵情況更為嚴(yán)重，并且?guī)?lái)了更多的交通安全問題。為了有效緩解汽車增長(zhǎng)所帶來(lái)的城市交通負(fù)擔(dān)及壓力，我國(guó)對(duì)此進(jìn)行了全方位的努力，不僅對(duì)道路規(guī)劃及交通設(shè)施建設(shè)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，同時(shí)還制定了更為嚴(yán)格的交通管理措施，盡管各舉措均有一定的效果，但是我國(guó)的交通擁堵情況仍然較為嚴(yán)重。為了有效解決這一問題車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。應(yīng)用車聯(lián)網(wǎng)可有效緩解城市中的交通擁堵壓力，并且對(duì)系列性的交通問題可起到有效解決作用。具體而言，車聯(lián)網(wǎng)是一種新型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)以車內(nèi)網(wǎng)、車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與車際網(wǎng)為發(fā)展基礎(chǔ)，通過相關(guān)有限技術(shù)與無(wú)線技術(shù)在車與車之間，車與網(wǎng)絡(luò)之間形成和交換信息的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)智能化的交通管理、智能化的車輛控制、智能化的動(dòng)態(tài)信息服務(wù)?，F(xiàn)階段我國(guó)車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度較快，車聯(lián)網(wǎng)的普及有利于社會(huì)公眾的安全出行，使得交通擁擠情況得到有效緩解，進(jìn)一步提升交通運(yùn)輸效率，有利于我國(guó)城市建設(shè)的全面建成。

在車聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮獨(dú)特性能的過程中，高精度定位技術(shù)是其核心關(guān)鍵技術(shù)之一，應(yīng)用高精度定位技術(shù)所得的定位結(jié)果精確度較高，則所提供的位置信息更為準(zhǔn)確，最終使得車輛行駛過程中的安全性較高。在應(yīng)用車聯(lián)網(wǎng)的過程中，汽車駕駛過程中的應(yīng)用場(chǎng)景可對(duì)定位精度造成嚴(yán)重影響，不同應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)際定位，精度需求也有所不同。例如駕駛過程狀態(tài)為輔助駕駛時(shí)所要求的定位精度為米級(jí);駕駛過程狀態(tài)為自動(dòng)駕駛時(shí)所要求的定位精度為亞米級(jí)甚至厘米級(jí)。

由表1可知，目前我國(guó)車輛在應(yīng)用過程中的車聯(lián)網(wǎng)主要包括三種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，分別為交通安全、信息服務(wù)與交通效率，三大應(yīng)用場(chǎng)景，又可根據(jù)實(shí)際不同，分為典型場(chǎng)景與非典型場(chǎng)景。其中交通安全的典型場(chǎng)景共有三種，分別為緊急制動(dòng)預(yù)警場(chǎng)景、自動(dòng)駕駛場(chǎng)景、路面異常預(yù)警場(chǎng)景，在該應(yīng)用場(chǎng)景下的定位精度有所差別，其中最小值小于等于1.5m;交通效率的典型場(chǎng)景共有三種，分別為車速引導(dǎo)場(chǎng)景、前方擁堵預(yù)警場(chǎng)景、緊急車輛讓行場(chǎng)景，在該應(yīng)用場(chǎng)景下的定位精度差別不顯著，定位精度均為小于等于5m;信息服務(wù)場(chǎng)景的典型場(chǎng)景同樣為三種，主要包括汽車進(jìn)場(chǎng)支付場(chǎng)景、動(dòng)態(tài)地圖下載場(chǎng)景、泊車引導(dǎo)場(chǎng)景，在該典型場(chǎng)景下的定位精度具有較大波動(dòng)，最小可達(dá)1m以下，最高可達(dá)10m。

3.2 蜂窩網(wǎng)定位

在現(xiàn)階段的高精度定位技術(shù)中蜂窩網(wǎng)定位的應(yīng)用率相對(duì)較高，受到部分社會(huì)公眾的青睞。如今我國(guó)已進(jìn)入5G社會(huì)，這使得蜂窩網(wǎng)定位技術(shù)在定位過程中的定位精度可達(dá)至厘米級(jí)，現(xiàn)階段應(yīng)用該定位技術(shù)是主要應(yīng)用的定位方法為小區(qū)ID模式，但此種模式的定位精度相對(duì)一般，因此無(wú)法滿足大部分車輛的車聯(lián)網(wǎng)需求。除此之外，蜂窩網(wǎng)在定位過程中應(yīng)用圓周定位法與雙曲線定位法的頻率也相對(duì)較高，上述兩種定位技術(shù)是現(xiàn)階段蜂窩網(wǎng)定位過程中應(yīng)用率較高的定位技術(shù)，二者具有高度的一致性。圓周定位法與雙曲線定位法的工作原理相比較為相似，兩種定位方法均需以三個(gè)以上固定基站為基礎(chǔ)，通過收集并識(shí)別具有特征值的無(wú)效信號(hào)，并計(jì)算對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值從而明確目標(biāo)位置。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，圓周定位法對(duì)時(shí)間同步的要求相對(duì)較為嚴(yán)格，當(dāng)符合時(shí)間同步標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才可采集特征值，雙曲線定位法對(duì)時(shí)間同步的要求相對(duì)較低。除此之外，防火網(wǎng)定位技術(shù)中還包含。波達(dá)角定位技術(shù)混合定位技術(shù)等。在蜂窩網(wǎng)定位技術(shù)中不同的定位技術(shù)具有獨(dú)特性，具體如表2所示。

3.3 局域網(wǎng)定位

在進(jìn)行汽車定位的過程中，由于室內(nèi)的環(huán)境具有一定的復(fù)雜性，因此對(duì)定位技術(shù)的要求相對(duì)較高，近階段相對(duì)應(yīng)用率較高且較為完善的定位技術(shù)包括4種，分別為： WiFi定位技術(shù)、射頻識(shí)別定位技術(shù)、藍(lán)牙定位技術(shù)、超寬帶定位技術(shù)。4種定位技術(shù)的定位精度均較高，但實(shí)際應(yīng)用過程中仍具有一定的差別，具體定位技術(shù)的技術(shù)性能如表3所示。

由表3可知，WiFi定位技術(shù)的定位精度相對(duì)較差，可定位至秘籍，但在應(yīng)用過程中具有較好的抗多徑性，并且在數(shù)據(jù)通信過程中性能較好，可在較遠(yuǎn)的距離傳輸信息，但是應(yīng)用該定位技術(shù)時(shí)的抗干擾性較差;藍(lán)牙定位技術(shù)的定位精度根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情景及影響因素的綜合作用可達(dá)至厘米級(jí)或米級(jí)，在使用過程中該技術(shù)與WiFi技術(shù)相同，均擁有較好的抗多徑性，并且在應(yīng)用過程中同樣具有較好的數(shù)據(jù)通信功能，但是可良好傳輸?shù)木嚯x相對(duì)較短。另外，該定位技術(shù)的抗干擾性差，選擇該定位技術(shù)時(shí)需審慎;射頻識(shí)別定位技術(shù)即RFID技術(shù)，該技術(shù)在應(yīng)用過程中的定位精度同樣可達(dá)至厘米級(jí)或米級(jí)，該定位技術(shù)不僅具有較好的抗多徑性同樣還具有較好的抗干擾性，但在應(yīng)用過程中的數(shù)據(jù)通信性能相對(duì)較差、可傳輸?shù)木嚯x較近;超寬帶定位技術(shù)的定位精度相對(duì)較高，可達(dá)至厘米級(jí)，并且在應(yīng)用過程中具有其他三種定位技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，具有較好的抗多徑與抗干擾性，并且通訊性能相對(duì)優(yōu)良，但可傳輸?shù)木嚯x較近。

3.4 室外高精度定位

在以往的汽車高精度定位過程中，若環(huán)境為室外時(shí)應(yīng)用率較高的技術(shù)為衛(wèi)星定位技術(shù)，與其他同領(lǐng)域的定位技術(shù)相比，衛(wèi)星定位技術(shù)在室外定位車輛時(shí)具有成本優(yōu)勢(shì)與覆蓋范圍優(yōu)勢(shì)。衛(wèi)星定位技術(shù)在定位過程中若室外環(huán)境沒有遮擋或者特殊情況，則可以為用戶提供精確度較高的定位。為了進(jìn)一步提高衛(wèi)星定位技術(shù)所提供定位的精準(zhǔn)度可合并應(yīng)用差分定位技術(shù)，通過兩種技術(shù)合并應(yīng)用可進(jìn)一步降低最終定位結(jié)果的誤差，甚至使得定位結(jié)果的精確度達(dá)到厘米級(jí)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段應(yīng)用率較高的差分定位技術(shù)方案主要為：首先，定位終端對(duì)基本的位置信息進(jìn)行傳遞;接著，差分定位服務(wù)器根據(jù)所獲取的基本位置信息發(fā)放有針對(duì)性的差分改正數(shù);最后，提供誤差相對(duì)較小的定位結(jié)果。但是通過相關(guān)研究分析可知，上述高精度定位方案在實(shí)際應(yīng)用過程中存在一定弊端，若所應(yīng)用的場(chǎng)景對(duì)延時(shí)具有較高的要求，例如智能駕駛情景下則應(yīng)用效果較差。

基于此，本文創(chuàng)新性的提供一種以V2X為基礎(chǔ)的差分定位方案，該方案與傳統(tǒng)的方案有所差別，在應(yīng)用過程中可省去上報(bào)地理位置信息這一環(huán)，由此不僅可以優(yōu)化定位流程，同時(shí)還可直觀的根據(jù)實(shí)際情況獲得當(dāng)?shù)夭罘指恼龜?shù)，從而減少因延時(shí)而導(dǎo)致的定位誤差。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在生產(chǎn)與制造過程中合理應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化技術(shù)可以進(jìn)一步提升生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，并且有利于創(chuàng)新多項(xiàng)生產(chǎn)工藝或制造工藝使其更加經(jīng)濟(jì)化發(fā)展。以汽車制造行業(yè)為例，利用機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)汽車零部件或重點(diǎn)部位的智能化生產(chǎn)與自動(dòng)化制造。具體而言，在新階段汽車零部件與整車的制造過程中，應(yīng)用自動(dòng)化工藝可以有效應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)車間從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化管理，有利于生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效益的雙提高。除此之外，在汽車制造過程中，應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)的目標(biāo)，通過對(duì)生產(chǎn)與加工的過程實(shí)時(shí)跟蹤與管理實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新研發(fā)。

本文以探究提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化技術(shù)的途徑為研究目的，通過分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與精確定位技術(shù)并舉例深入闡述，希望以此促進(jìn)汽車制造工藝的進(jìn)一步提高。

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