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虚拟制造技术在汽车装配环节中的应用

发表时间：2021/6/23 来源：《基层建设》2021年第6期作者：李景怀王中永

[导读] 摘要：在汽车制造行业中，机械制造技术是非常关键的环节，其不断创新可以为汽车制造提供更多发展动力，尤其是新的制造技术，能够为自动化、智能化方向发展打下扎实的基础。

        中国汽车工业工程有限公司
        摘要：在汽车制造行业中，机械制造技术是非常关键的环节，其不断创新可以为汽车制造提供更多发展动力，尤其是新的制造技术，能够为自动化、智能化方向发展打下扎实的基础。由于人们的生活水平提高，对于汽车的要求也在不断增加，目前汽车制造除了智能化外，也提出了高性能、环保节能的要求，因此急需机械制造技术的改进与创新，尤其是缩小尾气排放含量等技术，会起到至关重要的作用。由此可见机械制造技术的创新，对于汽车制造行业的发展来说，有着十分重要的意义。
        关键词：虚拟制造；汽车装配；工艺设计
        引言
        机器人自动化生产线尤其是目前提出的工业4.0智能化生产线建设普遍存在资金投入大、生产线规划比较困难、生产工艺复杂、现场调试工作量大以及工艺及制造流程、生产目标评估困难等问题。虚拟仿真技术，就是用一个具有多源信息融合的交互式三维动态实景和实体行为的计算机系统模仿另一个真实系统的技术。利用机器人生产线的虚拟仿真，可在顶层设计时验证生产线规划方案的可行性，在仿真环境中进一步完成生产线的规划，并通过动态模拟生产线的运行过程预测生产线的运行状态，验证设备布局的合理性，分析设备利用率、预测生产目标、评估生产效率，并为实体生产线的具体实施、运行、优化等提供依据。
        1虚拟制造技术概述
        虚拟制造技术是以仿真技术及虚拟现实技术为依托，应用相关计算机技术对生产过程与产品设计进行建模，并进一步对生产的具体环节进行模拟、仿真的一种技术。虚拟制造技术经过近30年的发展，相比从前，其在基础研究领域和技术开发领域都取得了显著的进展[2]。虚拟制造技术所涉及的领域十分广泛，所包含的关键技术已逾40项，其中部分技术不是虚拟制造技术所特有的，但是仍在虚拟制造技术中发挥着不容忽视的作用。根据核心技术的类型，文章从相关结构与建模技术两种角度对虚拟制造技术的发展进行了概述。
        2虚拟现实技术原理与种类
        虚拟现实（VirtualＲeality）是指利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟时间，提供给用户关于视觉、听觉等感官的模拟，让用户可以即时且没有限制地观察三维空间内的事物。从技术的角度来说，虚拟现实具有3个基本特征：强烈的沉浸感、即时的交互和三维空间内丰富的构想。这3个特征强调了在虚拟系统中人的主导作用，而且切合了人机工程验证工作的需要。虚拟现实技术的基础是3D成像。3D成像是靠人双眼的视差产生的，人的瞳孔一般有70mm左右的距离（通常称为瞳距），要让人看到3D影像，必须让左眼和右眼看到不同的影像。目前汽车开发项目中应用到的虚拟现实系统根据成像方式的不同可以分为两种：第一种是洞穴状自动虚拟系统（CAVE），一般指由多个面的硬质背投影墙配合三维追踪器等组成的虚拟演示环境，因为其成本高昂、需要有独立的多层房间进行搭建，这种系统在汽车开发中的应用逐渐减少；第二种是头盔显示器（HMD），核心成像元件为2块液晶显示器与配套的透镜。液晶显示器通过透镜产生视觉的纵深感，再通过左右眼显示的差距产生3D成像，配合头盔位置追踪系统（内置陀螺仪、光学追踪系统或者景深摄像头）来产生交互。
        3虚拟制造技术在汽车装配环节中的应用
        3.1建立数据库
        利用PTS，可将汽车装配工艺中的各项信息分为三类，即产品、资源、工艺。其中，产品信息是指汽车装配过程中所有零部件的相关信息，如标准件信息、装配件信息以及车身数据等；资源信息主要包括相关技术人员信息及全套操作设备信息，包括车间信息及工厂、工位的相关信息；工艺信息是指包括零部件安装方法、相关工艺流程信息、问题反馈信息在内的各项工艺信息。因此，在汽车装配工艺中建设完善的数据库，能够效对上述三类信息进行收集、处理、分析、总结，进而可以按照不同企业的相关规范制定不同的结构体系。

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根据有关研究结论，在汽车装配工艺中，至少可以建立13个不同类型的资源数据库，通过建模技术将对应模型导入数据库中，即可实现对模型的进一步分析、对比研究
        3.2虚拟装配与工业设计
        在产品数字化的定义中，虚拟装配是其中一个重要的环节，其在工业设计等领域有着广阔的应用前景。虚拟装配是通过对每一个装配零件的空间位置和空间姿态的调整，不断移动和旋转装配零件，从而达到虚拟实验与装配方案相符合的目的，这也是虚拟装配的原则。虚拟装配是通过计算机分析装配过程，仿真装配结果，预测产品模型，在这个过程中，并不涉及实际的产品。目前，我国对于虚拟装配技术的研发和应用已经取得了一定的成果，对经济效益和社会效益方面更是带来了很大程度的提升。虚拟装配技术作为虚拟制造的核心之一，为制造业的发展提供了方向，通过对产品零部件的虚拟分析和设计，帮助零部件解决设计到生产过程中的各种技术性问题，从而使产品的设计周期大大缩短，使产品的生产成本得以降低，并优化了产品性能。
        3.3机械加工生产线中的仿真应用
        机械加工生产线包含了机床上下料、装配、检测等工业机器人最常用的领域。机器人机械加工生产线，是一条集机器人机床上下料、装配、装箱于一体的虚拟仿真自动化生产线。机械加工仿真生产线主要有机器人上下料工作站（上下料机器人ABBIRB14101台，加工中心2台）、装配工作站（机器人IRB9101台）、装箱工作站（IRB140机器人1台）、供料工作站以及管理工作站等组成。构建生产线时首先利用SolidWorks等三维软件设计好机器人上下料工作站及其他工作站的三维仿真模型；其次在RobotStudio软件中创建工作站，导入建好的仿真模型到RobotStudio软件中完成生产线布局工作，并设定工具坐标系、工件坐标系等关键数据，设置I/O信号，设计SMART组件；最后离线编制机器人程序等，可实现机器人生产线的仿真运行。
        3.5智能化的应用的方式
        当前的人工智能软件集成系统技术，主要是现代自动化集成技术与现代人工智能集成技术的有机结合，两者的相互结合应用创造了一种更为便捷的集成技术。智能能源技术一般具有很强的能量集成性，通过人工智能操作和各种信息技术的自动输入，可以自动生产各种信息技术设备。在机械制造业中，该设备在先进的机械生产工艺指令下，再通过各种智能化的技术设备进行操作。例如，智能驾驶技术在一定很大程度上已经可以彻底取代传统人工智能驾驶技术，它可以在很大程度上彻底改变智能汽车以及机械化装备制造业的工作和生产环境，并能有效地减少因车辆操作不当可能引起的操作错误，降低交通事故可能发生的概率，在机械化工业生产中，采用汽车智能制造技术，提高智能汽车的工作效率。
        结束语
        综上所述，虚拟制造技术在汽车装配环节中的应用，能有效提升汽车装配过程的生产效率，实现对汽车装配过程的全面优化。虚拟制造技术能够与许多领域的技术进行融合，具有良好的发展前景，从而为汽车装配事业带来更好的发展。
        参考文献：
        [1]张燕霞.虚拟制造技术在汽车装配工艺中的应用[J].中国设备工程，2019（12）：165-166.
        [2]张思展.虚拟制造技术在汽车装配工艺中的应用探讨[J].现代制造技术与装备，2019（05）：163-164.
        [3]陈兵.技术角度的产业制造发展智能化策略研究——以汽车制造和航天航空制造为例[J].中国经贸导刊（中），2018（26）：34-36.
        [4]闫玉红.虚拟制造技术在汽车装配工艺中的应用[J].内燃机与配件，2019（04）：29-30.
        [5]刘东静，樊亚松，李明枫，潘莹瑛，赵亮亮.基于虚拟制造技术汽车覆盖件模具的开发研究[J].考试周刊，2018（92）：193-194.