時(shí)間:2006-08-16 10:29:00來源:wangsl
圖1 汽車覆蓋件模具制造的一般流程
3.2 汽車覆蓋件模具虛擬制造中的關(guān)鍵技術(shù)
在汽車覆蓋件模具虛擬制造過程中,涉及的相關(guān)技術(shù)非常多,任何一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的好壞都會影響模具的最后質(zhì)量,這也是虛擬制造技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展緩慢的原因之一。只有每項(xiàng)技術(shù)都掌握應(yīng)用的很好,虛擬制造出的產(chǎn)品才能和實(shí)際制造出的產(chǎn)品達(dá)成一致,才能達(dá)到減少開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期、提高模具質(zhì)量的目的。其中比較難于掌握而又非常關(guān)鍵的技術(shù):
(1) 數(shù) 學(xué) 模型的建立建立一個(gè)簡單而又能反映動態(tài)制造過程的數(shù)學(xué)模型是虛擬制造技術(shù)在汽車覆蓋件模具中應(yīng)用的關(guān)鍵。數(shù)學(xué)模型建立的不合理,那么虛擬環(huán)境下仿真出來的制造過程就會與實(shí)際制造過程不一樣,起不到優(yōu)化模具設(shè)計(jì)的作用,從而達(dá)不到縮短開發(fā)周期和減少開發(fā)費(fèi)用的目的。因此,在使用虛擬制造技術(shù)來開發(fā)汽車覆蓋件模具的時(shí)候,必須建立一套合理的數(shù)學(xué)模型。在建立數(shù)學(xué)模型的時(shí)候,要認(rèn)真分析汽車覆蓋件模具的特征,根據(jù)模具功能和制造需求,找出其中主要的影響因數(shù),提出合理的假設(shè)。建立的模型必須能反映模具全部的功能和制造關(guān)系,包括工作時(shí)模具型面受力的變化關(guān)系和沖壓件受力形狀的變化關(guān)系等,這樣才能仿真出實(shí)際的生產(chǎn)關(guān)系,才能預(yù)測生產(chǎn)中可能產(chǎn)生的問題,達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造的目的。
(2) 系統(tǒng)集成與方案評估是汽車模具虛擬制造中前期工作的基礎(chǔ)。系統(tǒng)集成就是一個(gè)最優(yōu)化的綜合統(tǒng)籌設(shè)計(jì),需要諸多的技術(shù)支持,包括計(jì)算機(jī)軟件、硬件、操作系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息等,需要從全局出發(fā)考慮各子系統(tǒng)之間的關(guān)系,研究各子系統(tǒng)之間的接口關(guān)系。系統(tǒng)集成所要達(dá)到的目標(biāo)— 整體性能最優(yōu),即所有部件和成分合在一起后不但能工作,而且全系統(tǒng)是低成本的、高效率的、性能勻稱的、可擴(kuò)充和可維護(hù)的系統(tǒng)。但是對于一般企業(yè)來說,購置齊全仿真分析的軟件系統(tǒng)是一個(gè)高成本的投人,而且,沒有專業(yè)的人員是無法讓這些軟件發(fā)揮淋漓盡致的作用的。
在計(jì)算機(jī)虛擬制造系統(tǒng)提供的良好的擬實(shí)環(huán)境下,工作人員可以對建立起的虛擬模型進(jìn)行評價(jià)與修改。在這個(gè)階段,可以模擬模具的制造過程,解決各部件制造的可行性和難易性;可以模擬模具的裝配過程,解決各部件之間的連接性和裝備性及操作的難易程度;可以進(jìn)行虛擬測試,通過測試檢驗(yàn)?zāi)>叩纳a(chǎn)能力和生產(chǎn)質(zhì)量。在多種方案中評定各方案的執(zhí)行難易度、耗費(fèi)成本高低度、花費(fèi)時(shí)間長短度等,選擇最適合生產(chǎn)條件的最優(yōu)生產(chǎn)方案。
(3)并行工程實(shí)質(zhì)就是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其零部件和相關(guān)各種過程的一種系統(tǒng)方法。這種方法要求產(chǎn)品開發(fā)人員與其他人員一起共同工作,在設(shè)計(jì)一開始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢處理的所有因素,包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶的要求等。并行工程強(qiáng)調(diào)的是所有工作人員的所有工作同時(shí)進(jìn)行,強(qiáng)調(diào)的是團(tuán)隊(duì)工作精神,因而工作鏈上的每一個(gè)人都有權(quán)利對設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行審查,力求讓設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更便于加工、便于裝配、便于維修,制造成本更低,制造周期更短。汽車模具的虛擬制造工程在進(jìn)行初期也必須從汽車模具的總體結(jié)構(gòu)和功能出發(fā),考慮構(gòu)成虛擬模型各部分之間的相互連接關(guān)系和相互作用關(guān)系,將他們看作一個(gè)有機(jī)的整體,實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)和資源的共享,才能使生產(chǎn)出的模具達(dá)到預(yù)期的效果。汽車模具虛擬制造過程中,每個(gè)部分的工作均由不同的工作人員并行進(jìn)行,但各部分的功能活動又存在著大量的相互依賴關(guān)系,要保證各部分工作人員間的工作協(xié)同順利的進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)在分布環(huán)境中群體活動的信息交換與共享,就必須對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和監(jiān)控,提供并行設(shè)計(jì)的工作環(huán)境,保證并行設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行,這是虛擬制造模具縮短開發(fā)周期的關(guān)鍵。并行工程實(shí)施的條件就是要有支持各方面人員并行工作、甚至異地工作的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和監(jiān)控調(diào)解人員,才可以實(shí)時(shí)、在線地在各個(gè)設(shè)計(jì)人員之間溝通信息、發(fā)現(xiàn)并調(diào)解沖突。一個(gè)適當(dāng)?shù)墓芾碚{(diào)解人員是并行工程中的重要軟件,也是并行工程能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵。
(4)仿真分析與數(shù)據(jù)處理是汽車模具虛擬制造中一個(gè)難點(diǎn),也是阻礙虛擬制造技術(shù)在企業(yè)中大規(guī)模使用的一個(gè)重要因素。仿真分析需要多方面的技術(shù)支持,數(shù)據(jù)處理需要龐大的數(shù)據(jù)庫和有專業(yè)知識的人才,需要從全局出發(fā)考慮各個(gè)子系統(tǒng)之間的關(guān)系,研究各個(gè)子系統(tǒng)之間的接口問題。這一技術(shù)需要多領(lǐng)域的專業(yè)仿真軟件協(xié)同工作,需要專業(yè)人員共同研究探討,然而多數(shù)的企業(yè)難以配置齊全所需的仿真分析軟件及具備所需的專業(yè)人員。
日本豐田汽車公司利用虛擬制造技術(shù)成功開發(fā)出了新車型豐田AVALON。因?yàn)樵谏a(chǎn)前期就能預(yù)測生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題,使得工作人員較早的發(fā)現(xiàn)并解決問題,在設(shè)計(jì)早期階段得到更多的信息,從而降低企業(yè)的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。豐田AVALON在整個(gè)開發(fā)過程中,開發(fā)周期減少了10個(gè)月,開發(fā)人員減少了20%,生產(chǎn)樣車減少70%,開發(fā)成本減少了35%;而且生產(chǎn)出的轎車質(zhì)量有了顯著的提高。由此可見,虛擬制造技術(shù)不但能縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,減少企業(yè)的開發(fā)成本,而且可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和一次研發(fā)成功率。
4 虛擬制造目前的發(fā)展?fàn)顩r
虛擬制造從提出到現(xiàn)在已歷經(jīng)了20多年,技術(shù)上得到了很大的發(fā)展,應(yīng)用方面也得到了廣泛的擴(kuò)展。在國外,有很多學(xué)校、研究所、科研單位、大型企業(yè)等都在不斷的研究和應(yīng)用虛擬制造技術(shù)。近年來,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已較多地應(yīng)用到汽車開發(fā)工作中,已初步形成一種集專業(yè)理論、工程設(shè)計(jì)、科學(xué)試驗(yàn)等為一身的較為完整的應(yīng)用體系。例如,1995年美國標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的報(bào)告“國家先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)臺的概念設(shè)計(jì)計(jì)劃”,強(qiáng)調(diào)了分散的、多節(jié)點(diǎn)的分散虛擬制造(DVM),即虛擬企業(yè)的概念;而美國國家研究委員會的報(bào)告“制造中的信息技術(shù)”,則探討了產(chǎn)品集成、過程設(shè)計(jì)、車間控制、虛擬工廠等的信息技術(shù)問題。福特汽車公司也已經(jīng)計(jì)劃應(yīng)用虛擬環(huán)境技術(shù)來設(shè)計(jì)和開發(fā)汽車,該公司的先進(jìn)車輛技術(shù)組把虛擬制造技術(shù)應(yīng)用于裝配仿真和虛擬成形,以提高空氣動力學(xué)、人機(jī)工程學(xué)和表面建模的效果。
世界最大的挖土機(jī)和建筑設(shè)備制造企業(yè)Caterpillar Inc將虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)用于評價(jià)新樣車的內(nèi)部可視性;該公司還打算用該技術(shù)讓客戶對新產(chǎn)品進(jìn)行“實(shí)際試車”。日本在進(jìn)行虛擬制造系統(tǒng)的建模和仿真技術(shù)以及虛擬工廠的構(gòu)造環(huán)境方面也展開了大量的研究,幾個(gè)大型的汽車公司如三菱、豐田、本田等都在應(yīng)用虛擬制造方面取得了較大的成果。近年,法國雷諾汽車公司應(yīng)用的全息技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),具有很好的可視化水平,把虛擬技術(shù)在汽車模具中的應(yīng)用推向了一個(gè)新的臺階。
我國在虛擬制造方面的技術(shù)研究和實(shí)際應(yīng)用正處于初級階段,在虛擬制造理論方面的知識還不成熟,把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于汽車模具的開發(fā)和制造方面還較少。一些高校聯(lián)合研究所和企業(yè)在虛擬制造理論方面進(jìn)行了大量的研究,也開發(fā)出了許多適合我國企業(yè)的技術(shù)。如同濟(jì)大學(xué)與香港理工大學(xué)聯(lián)合機(jī)械科學(xué)研究院研究的分散網(wǎng)絡(luò)化制造、異地設(shè)計(jì)與制造等技術(shù)已經(jīng)取得了不少進(jìn)展;武漢理工大學(xué)智能設(shè)計(jì)與制造研究所與上海振華港機(jī)股份有限公司合作,已開發(fā)出“集裝箱裝卸橋計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和仿真系統(tǒng)”;清華大學(xué)在虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬機(jī)床、虛擬汽車訓(xùn)練系統(tǒng)等方面的研究也取得了很大的進(jìn)展。但是由于受到CAD/CAM/CAE/CAPP等基礎(chǔ)軟件、仿真軟件、建模技術(shù)的制約,我國虛擬制造技術(shù)的研究多為虛擬制造的一些單元技術(shù),研究的內(nèi)容基本上為虛擬產(chǎn)品的裝配、虛擬塑性成形、機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)、虛擬測試、虛擬板材成形、虛擬數(shù)控加工以及虛擬企業(yè)等。
虛擬制造技術(shù)是一個(gè)具有生命力的技術(shù)。國外對虛擬技術(shù)的研究已經(jīng)達(dá)到了能將其很好的用于實(shí)際生產(chǎn)的水平,而我國暫時(shí)還沒有開發(fā)出支持虛擬制造技術(shù)的軟件產(chǎn)品,對引進(jìn)的國外的商業(yè)軟件也沒有完全的理解和吸收,不能很好的將之用到實(shí)際生產(chǎn)中。與國外研究相比,我國的研究多數(shù)停留在系統(tǒng)框架和總體技術(shù)上,實(shí)質(zhì)性的面向應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)還有待進(jìn)一步提高。
5 結(jié)論
汽車模具在整個(gè)汽車工業(yè)中占了相當(dāng)重要的地位,而汽車工業(yè)在整個(gè)制造業(yè)中又占了相當(dāng)重要的地位。過去一個(gè)汽車從最初構(gòu)想到完成生產(chǎn),需要兩三年甚至更多的時(shí)間;而在計(jì)算機(jī)業(yè)高度發(fā)達(dá)的今天,在CAD/CAM/CAE技術(shù)日漸成熟的基礎(chǔ)上,利用虛擬制造技術(shù)可以大大縮短汽車的開發(fā)周期,還可以降低企業(yè)的開發(fā)成本。虛擬制造技術(shù)在汽車模具制造中具有很好的應(yīng)用前景,但是在我國,由于受到多方面的約束,虛擬技術(shù)用在汽車模具中的還比較少,大多數(shù)研究還只是處在理論方面;在以后的研究中,我們應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用這方面多作研究,把虛擬制造技術(shù)和其他數(shù)字技術(shù)集合起來,利用計(jì)算機(jī)和因特網(wǎng),把虛擬制造技術(shù)的優(yōu)勢更好的應(yīng)用起來。
轉(zhuǎn)自:中國制造業(yè)信息化門戶
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