基于CATIA的汽车底盘数字化制造—毕业论文设计.doc

基于catia的汽车底盘数字化制造1 引言改革开发以来，中国制造业经历了高速发展，目前正在经历制造大国向制造强国的转变。同前三十年相比。如今这一转变的跨越难度更大，尤其是“十二五”我国制造业将面临严峻的挑战。主要问题是竞争力不强，表现为具有自主知识产权的和高附加值的产品缺少；产品的质量和可靠性有待进一步提高：环境和成本的问题日益突出。在这种形式下，很多企业被推到了转型和升级关键时刻，为实现跨越发展和提升企业在产业价值链中的地位。解决制造业大而不强的问题。其出路之一便是加快企业信息化步伐。采用先进制造技术和先进管理模式，实现信息化与工业化融合深度。数字化制造是制造业信息化发展的新阶段，也是目前制造业的重要发展方向，如精密化、智能化、网络化、极端化等，无一不与数字化制造技术的发展密切相关。数字化制造是先进制造技术的核心技术。它将引发了一场深刻的技术革命。 开创一种全新的制造模式并将推动制造技术由经验制造向科学制造 【1】。1.1数字化制造技术的发展现状目前在工业技术先进国家，数字化制造技术已经成为提高企业和产品竞争力的重要手段3。特别是近30年来,数字化制造技术发展日益加快，在发达国家的大型企业中，已开始实现无图纸生产，全面使用cad/cam，实现100%数字化设计。数字化制造技术在数字化设计、数字化制造、数字化产品、信息传递与协作、数字化管理等方面都有不同程度的发展。总体来看，数字化制造技术的发展大致分为以下三个阶段。1 数字制造装备化。20世纪50年代，数控机床的出现开辟了制造装备的新纪元3。随着微型计算机的产生和发展，计算机数控的广泛应用，数控机床得到广泛应用和提高。相继出现的数控三坐标测量机(cmm)、工业机器人和数控机床一起成为重要的数字化加工、测量和操作装备，其本质是用数字控制代替凸轮行程控制，实现运动数字化。数控技术发展的趋势是提升各种装备性能甚至使其更新换代，即所谓的数字制造装备(简称数字装备)。2 海量信息处理能力和加工精细化。20世纪90年代，数字装备的一个重要的发展是对海量信息处理能力的提高4。在数字仿形技术的基础上，利用h794/937、ei、核磁共振等数字测量设备实现零件几何形状的数字化然后通过数据预处理、表面建模、实体建模、后置处理等过程生成stl文件(或数控代码)，驱动快速成型机(或数控机床)加工出新零件。伽马刀、电镜视觉引导的机器人等数字医疗设备扩展了基于视觉的数字测量仪器的应用范围，实现了人体内腔器官的数字化。数字装备的另一个重要的发展是加工对象的尺度变化，由毫米、微米到纳米，陆续出现了显微数字图像处理设备、电子制造装备等精密数字制造装备。在技术方面，数字装备与数字制造的研究已从单纯的制造过程的几何量(位移、多坐标联动位移、运动形状、微观形状等)的数字描述，发展到对制造过程的物理量(温度、流量场、应力场、热变形、密度、物质材料等)以及知识、经验、信息等的数字描述。系统的形式化、数字化描述与处理成为当前研究热点，包括海量信息处理，微纳识别和分辨率，物理过程仿真与分析(包括有限元方法、三角划分、复杂边界物理方程求解等)、网格计算以及物理本质的探索等。在20世纪90年代中期通过并联机构与数控技术的结合，产生了并联机床又称虚拟轴机床，其应用逐渐扩展到虚拟轴坐标测量机、六维力传感器等精密测量平台设备。但从目前的技术发展来看，并联机床还不能成为数控机床的主流产品。只在轻工、食品加工以及大型天文望远镜方面等具有一定用武之地。在数字装备的研究方面应该扩大范围要大力发展以电子制造装备、大型医疗装备、精密科学仪器、精密数控装备等数字装备为代表的高技术产业所需装备。3 虚拟制造阶段作为现代制造装备“灵魂”的数控系统已由nc、cnc时代进入了pcnc和netnc时代3。其主要目标都是开发具有智能化和柔性化的新一代开放式数控系统，将各种新工艺、新技术、新方法集成于控制系统的基础平台，开发先进制造装备的支撑环境。数字化制造技术起源于美国，经过多年的发展，现已进入了基于产品数字样机的虚拟制造阶段，并形成了完备的应用体系。波音公司设计的777型大型客机是世界上首架以三维无纸化方式设计出的飞机，它的制造成功已经成为虚拟制造技术从理论研究转向实用化的一个里程碑。目前，美国、欧洲、日本等国在新产品研制中，均全面应用了以敏捷制造、精益制造和虚拟制造、复合高效加工、自适应控制为代表的先进制造技术，并大大缩短了产品的制造周期。目前，虚拟制造技术已经用于产品的装配和加工过程仿真、产品维修性分析等；自适应控制技术在数控加工程序的优化已得到广泛应用。目前中国己成为世界上最大的产品制造国，制造业是我国国民经济的支柱产业，在我国的经济腾飞中，制造业功不可没。但是，世界市场由过去传统的相对稳定逐步演变成动态多变的特征，由过去的局部竞争演变成全球范围内的竞争；同行业之间、跨行业之间的相互渗透、相互竞争日益激。为了适应变化迅速的市场需求，为了提高竞争力，现代的制造企业必须解决tqcs难题，即以最快的上市速度(t-time to market)，最好的质量(qquality)，最低的成本(c-cost)，最优的服务(sservice)来满足不同顾客的需求。与此同时，信息技术取得了迅速发展，特别是计算机技术、计算机网络技术、信息处理技术等取得了人们意想不到进步。二十多年来的实践证明，将信息技术应用于制造业，进行传统制造业的改造，是现代制造业发展的必由之路。进入21世纪，先进制造技术进一步向更高水平发展，出现了虚拟制造(vm，virtual manufacturing)、精益生产(lp，lean production)、敏捷制造(am，agile manufacturing)、虚拟企业(ve，virtual enterprise)等新概念。而数字化制造几乎涵盖了以上先进制造技术的所有环节，引起了人们的广泛关注，不仅在科技界，而且在企业界，成为研究的热点之一。1.2 数字化制造技术的发展趋势随着计算机和网络技术的发展，使得基于多媒体计算机系统和通信网络的数字化制造技术为现代制造系统的并行作业、分布式运行、虚拟协作、远程操作与监视等提供了可能。数字化制造技术与产品的发展趋势如下：1. 制造信息的数字化制造信息的数字化将实现cad/capp/cam/cae的一体化，使产品向无图样制造方向发展，如产品cad数据经过校核，直接传送给数控机床完成加工。2. 网络化制造随着网络技术的发展，因特网为企业进行大规模定制生产中快速响应市场需求和面临全球竞争提供了契机。利用因特网可以将分布在世界各地的、彼此孤立的资源有效地组织起来，信息、资金、材料、零部件、成员和工人（技术、知识能力、制造能力、投资能力等）已打破国家和地区的界限，在世界范围内实现高效的信息传递和资源共享，消除了地域对于信息传递的局限，灵捷地响应和适应客户多样化的消费需求，高质量地为全球顾客服务，获得规模经济，促进企业的发展。在大规模定制生产和经济全球化的推动下，数字化制造技术结合网络信息技术促使了网络化制造的形成和发展。网络化制造是，将网络为代表的信息技术用于产品设计、制造、管理、供销等产品全生命周期中的各个活动中，实现全生命周期中的信息、过程、业务集成与资源共享，达到快速响应市场目的所涉及的一系列制造活动。将网络技术与制造技术相结合，快速形成虚拟网络企业联盟，充分利用社会资源，协作开展产品开发和设计、制造、销售、采购和管理等产品全生命周期的业务活动，以快速响应市场和用户需求，提高企业群体竞争力。3. 数字化工厂随着数字化产品开发和数字化制造技术的延伸和发展，数字化工厂（digital factory）的概念也开始出现。数字化工厂是指通过对知识的有效管理来实现产品增值的一种生产活动4。数字化工厂的原料是有关产品及市场的信息，信息经过各种数字化处理后，转变为行动和决策的知识方案，其核心是从物质制造观转变为知识制造观。数字化工厂不是简单的数字化和虚拟制造的延伸，它更强调的是整个制造活动的有效控制与管理，及企业内外资源的合理应用与优化配置。从上述意义上讲，数字化工厂是数字化制造与数字化管理技术的集成，它涵盖了数字化产品建模、数字化加工、数字化装配、数字化生产准备、生产线仿真和重组以及虚拟企业等概念。从狭义讲，数字化工厂可理解为一座“虚拟工厂”5，即设计人员利用软件提供的仿真环境对产品及生产过程进行设计及优化，以加快产品从构思到投产的周期，减少失误、降低成本。从广义讲，数字化工厂是一座“网上工厂”，它打破了地域和时间限制，可实现异地协同制造，加快对市场的响应速度。但无论从狭义和广义的角度，资源的调度、仿真和重组是其具体的使能技术。 数字化制造技术具有诱人的应用前景，国外以美国为首的西方工业国家成立了相应的数字化制造研究机构，在1995年前已基本完成应用基础技术的研究-建立了数字制造技术体系，正向实际应用全面过渡。美国已经从数字制造的环境和虚拟现实技术、信息系统、仿真控制、虚拟企业等方面进行了系统的研究和开发，多数单元技术已经进入实验和完善的阶段。例如，美国华盛顿大学的数字化制造技术实验室发展的用于设计和制造的虚拟环境vedam、用于设计和装配的虚拟环境等，已经初具规模。但虚拟制造作为一个完整的体系，尚没有进行全面的集成。特别应说明的是，数字工厂的研究在美国得到政府和企业界的极大关注，研究异常活跃，成为其敏捷制造技术的主要支柱之一。福特(ford)和克莱斯勒(chrysler)公司与ibm合作开发的数字工厂环境用于其新型车的研制。在样车生产之前，发现其定位系统的控制及其他许多设计缺陷，缩短了研制周期。由于实施了数字化开发策略，ford和chrysler将他们新型汽车的开发周期由36个月缩短至24个月。欧洲以大学为中心也纷纷开展了虚拟制造技术研究，如数字化车间、建模与仿真工程等的研究。日本在60一70年代的经济崛起受益于先进制造与管理技术的采用，对数字化制造技术的研究也秉承其传统的特点一重视应用，主要进行虚拟制造系统的建模和仿真技术以及虚拟工厂的构造环境研究。这几年，我国数字化制造技术受到普遍的重视，发展很快，发展势头强劲，例如：机械科学研究院与同济大学、香港理工大学合作进行的分散网络化制造、异地设计与制造等技术的理论研究和实践活动已经取得了不少进展；清华大学进行了虚拟设计环境软件、虚拟现实、虚拟机床、虚拟汽车训练系统等方面的研究；浙江大学进行了分布式虚拟现实技术、vr工作台、数字化装配等研究；西安交大和北航进行了远程智能协同设计研究；据不完全的调查统计，国内进行数字化制造技术研究的单位达到了100家，已经取得了一些可喜的进展。我国的研究多集中于高等院校和少量的研究院所，企业和公司介入的较少【6】。数制造技术在交通类产品设计中的应用，节约了产品研发的成本，提高了产品研发效率，给企业带来丰厚的经济利益，而经济利益的增加为更高层次的产品虚拟设计提供了有益的物质补充。1. 制造过程的建模与仿真制造过程的建模与仿真是在一台计算机上用解析或数值的方法表达或建模制造过程。建模通常基于制造工艺本身的物理和化学知识，并为实验所验证。目前，仿真与建模已成为推进制造过程设计、优化和控制的有效手段。2. 网络化敏捷设计与制造利用快速发展的网络技术，改善企业对市场的响应力。网络化敏捷设计与制造重点发展领域应包括：敏捷信息基础结构，敏捷产品设计技术，敏捷工艺设计技术。基于网络的研究开发，敏捷生产技术2。3. 数字化开发数字化开发有四个核心要素：数字化产品和过程模型、产品信息管理、高性能计算与通讯和组织、管理的改变。1.3 数字化制造的关键技术1.3.1关键技术1. 制造过程的建模与仿真制造过程的建模与仿真是在一台计算机上用解析或数值的方法表达或建模制造过程。建模通常基于制造工艺本身的物理和化学知识，并为实验所验证。目前，仿真与建模已成为推进制造过程设计、优化和控制的有效手段。2. 网络化敏捷设计与制造利用快速发展的网络技术，改善企业对市场的响应力。网络化敏捷设计与制造重点发展领域应包括：敏捷信息基础结构，敏捷产品设计技术，敏捷工艺设计技术。基于网络的研究开发，敏捷生产技术7。3. 数字化开发数字化开发有四个核心要素：数字化产品和过程模型、产品信息管理、高性能计算与通讯和组织、管理的改变。1.3.2核心技术1. 计算机辅助工业设计(caid)。caid(computer aided industrial design)是指以计算机技术为辅助手段进行产品的艺术化工业设计，主要是指对批量生产的工业产品的材料、外型、色彩、结构、表面加工等方面的设计工作。caid的一般过程有市场调查、产品概念草图设计、彩色效果图设计、三维效果图设计、三维造型设计、产品零件图和技术要求说明等。所用到的主要工具包括：alias、coreldraw、3dmax、procdrs等。2. 计算机辅助设计与制造(cadcam)。cad(computer aided design)与cam（computer aided process planning）已密不可分，在许多领域尤其是模具业，由于其单件或小批量加工的特点采用cadcam技术进行生产的优势非常明显。cadcam主要是指采用先进的计算机软硬件手段进行产品三维造型、结构设计、装配仿真、加工仿真、数控加工编程等，其中产品的三维造型是基础，从cad三维模型到数控加工程序的生成通常不需人工干预，可由cam软件自动产生。3. 有限元分析（cae）cae(computer aided engineering)通常指有限元分析和机构的运动学及动力学分析，用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。有限元分析可完成力学分析(线性、非线性、静态、动态)；场分析(热场、电场、磁场等)；频率响应和结构优化等。机构分析能完成机构内零部件的位移、速度、加速度和力的计算，机构的运动模拟及机构参数的优化。4. 计算机辅助工艺规程（capp）capp（computer aided process planning）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。借助于capp系统，可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。capp的开发、研制是从60年代末开始的，在制造自动化领域，capp的发展是最迟的部分。世界上最早研究capp的国家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一个capp系统autopros；1973年正式推出商品化的autopros系统。5. 产品数据管理（pdm）pdm（product data management）是一门用来管理所有与产品相关信息(包括零件信息、配置、文档、cad文件、结构、权限信息等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)的技术。pdm是从管理cad/cam系统的高度上诞生的先进的计算机管理系统软件。它管理的是产品整个生命周期内的全部数据。工程技术人员根据市场需求设计的产品图纸和编写的工艺文档仅仅是产品数据中的一部分。pdm系统除了要管理上述数据外，还要对相关的市场需求、分析、设计与制造过程中的全部更改历程、用户使用说明及售后服务等数据进行统一有效的管理。6. 企业资源计划系统（erp）erp（product data management）是指建立在信息技术基础上，对企业的所有资源（物流、资金流、信息流、人力资源）进行整合集成管理，采用信息化手段实现企业供销链管理，从而达到对供应链上的每一环节实现科学管理。erp系统集中信息技术与先进的管理思想于一身，成为现代企业的运行模式，反映时代对企业合理调配资源，最大化地创造社会财富的要求，成为企业在信息时代生存、发展的基石。在企业中，一般的管理主要包括三方面的内容：生产控制（计划、制造）、物流管理（分销、采购、库存管理）和财务管理（会计核算、财务管理）。7. 网络技术网络化制造是，将网络为代表的信息技术用于产品设计、制造、管理、供销等产品全生命周期中的各个活动中，实现全生命周期中的信息、过程、业务集成与资源共享，达到快速响应市场目的所涉及的一系列制造活动。随着网络技术的发展，利用因特网可以将分布在世界各地的、彼此孤立的资源有效地组织起来，信息、资金、材料、零部件、成员和工人（技术、知识能力、制造能力、投资能力等）已打破国家和地区的界限，在世界范围内实现高效的信息传递和资源共享，消除了地域对于信息传递的局限，灵捷地响应和适应客户多样化的消费需求，高质量地为全球顾客服务，获得规模经济，促进企业的发展。基于网络的制造已经成为21世纪的主要制造模式，将网络技术与制造技术相结合，快速形成虚拟网络企业联盟，充分利用社会资源，协作开展产品开发和设计、制造、销售、采购和管理等产品全生命周期的业务活动。各个行业无不在互联网这个平台上进行着产品的开发设计、制造、销售和服务。互联网贯穿了整个产品的生命周期，成为各个企业快速响应市场需求，不断推出新的产品来满足用户的要求，赢得市场竞争和自身不断发展的主要手段。数字化工厂不是简单的虚拟产品和虚拟制造的延伸，它更强调的是整个制造活动的有效控制与管理，及企业内外资源的合理应用与优化配置。从狭义讲，数字化工厂可理解为一座“虚拟工厂”，即设计人员利用软件提供的仿真环境对产品及生产过程进行设计及优化，以加快产品从构思到投产的周期，减少失误、降低成本。从广义讲，数字化工厂是一座“网上工厂”，它打破了地域和时间限制，可实现异地协同制造，加快对市场的响应速度。由于上述技术的飞速发展，使得数字化工厂得以实现，数字化制造成将为主要制造模式。1.4 数字化制造技术的课题应用价值国外的研究与实践表明，产品设计的成功往往可以为企业带来市场的成功，为企业产品形象的塑造奠定良好的基础，从而达到提高市场竞争力的目的。数字化设计作为信息时代产品设计重要的发展方向，也成为我们设计领域研究的热点所在。数字化制造技术的使用，不仅使设计师之间进行有效的沟通，同时也使工艺工程师，车间一线员工的沟通更加方便，能够及时发现生产过程中的问题，并且使问题得到快速解决，提高生产效益，同时可以讲整车厂的零部件供应商也纳入这一体系，和谐关系，提高效率。其产品也直接影响了消费者使用的方便性，进而影响产品在消费者心目中的形象。美国波音(boeing)公司投资40亿美元研制波音777喷气式客机，从1990年l 0月开始到l 994年6月仅用了3年零8个月时间就完成了研制，一次试飞成功，投入运营。日本matsushita公司开发的虚拟厨房设备制造系统，允许消费者在购买商品前，在虚拟的厨房环境中体验不同设备的功能，按自己的喜好价、选择和重组这些设备，他们的选择将被存储并通过网络送至生产部门进行生产，受到用户的好评【3】。近几年来，数字制造技术也引起我国科技工作者的关注，据不完全统计，目前全国已有34家科研机构、高等院校和企业正在开展vm技术方面的研究。国家863cims主题组也将“制造系统的可视化、虚拟建模与仿真确定为研究重点。国家自然科学基金也有专门的研究课题。国内以清华大学、上海交大为主的高等院校正在开展基础技术研究，正处于理论体系初步研究阶段。现代市场的竞争要求企业必须具备良好的知识管理能力，及基于知识的产品快速设计的能力。目前产品设计呈现出快速化和知识化的趋势，与此同时许多企业由于缺乏必要的产品快速设计手段和相应的知识管理技术，不能快速响应市场，所以，建立一种有效管理和重用产品设计知识的机制，以缩短产品开发的周期、提高设计效率、降低开发成本，减少设计过错，提高产品设计的可靠性，对于企业产品设计有重要的意义，而虚拟制造技术正是在此基础上应对此类要求而产生的。本次毕业设计，结合我实习所在企业所面临的实际情况，根据我厂汽车制造qoros总装车间装配生产的现状与发展的需求，依据虚拟制造的原理，通过提供虚拟产品开发环境，利用计算机技术和网络技术，实现产品生命周期中的设计、制造、装配、质量控制和检测等各个阶段的功能，达到缩短新产品的上市时间、降低成本、优化设计、提高生产效率和产品的质量。重点阐述汽车底盘的数字化装配的数字化工厂具体应用设计。本文应用catia v5平台，构建了汽车底盘数字化模型；应用edlm模块，进行了汽车底盘装配工艺设计与制造过程仿真。构建了汽车底盘的数字化生产线，并对关键工位进行人机仿真，模拟人体动作及装配过程；发现了装配空间干涉问题，排除了干涉，优化了工作条件，减轻了工人劳动强度，提高工作效率。并根据三维布局的信息，进行mtm工时分析，得到较为精确的工时信息，输出了工艺文件和清单，使资源使用最小化，资源利用最大化。本课题的应用价值在于：）完成装配工艺规划，工时分析，安装路径分析）数字化生产工艺规划，直接产生标准作业指导书）实现工厂级，车间级，班组级，直观信息共享）人机工程：工作姿态分析，抓取分析，疲劳评估标准）平衡生产线生产仿真）鼓励设计/工艺方案的创新）及时发现错误，确保设计的合理性）调高供应商应对能力）优化物流方案10)全面改进企业的组织管理工作，提高企业整体运作及全面最优决策的效能和市场竞争力。11)实施数字化制造可以打破传统的地域、时域的限制，通过internet实现资源共享，变分散为集中，可实现异地设计、异地制造，从而使产品开发能以快速、优质、低耗响应市场变化。12)通过分析设计的可制造性，利用有效的工具和加工方法来支持生产，可以大大提高产品的质量和稳定性。13)避免了不必要的设备采购，优化设备和仪器的使用，可充分利用其他企业的先进设备和仪器进行生产，能很好地解决一些中小企业资金短缺的难题。2 观致汽车数字化装配需求观致汽车有限公司(qoros)是一家全新的国际化汽车公司，致力于打造第一个源自中国享誉世界的汽车品牌。 2013年，观致第一款产品将在中国和欧洲市场同时上市, 产品将严格按照2013年的欧洲新车评价5星标准进行设计。在推出第一款中级轿车后，观致汽车的两厢车、suv也将适时发布，其电动汽车将紧随其后，以参与公司股东以色列集团在电动车领域的全球战略。为了避免规划错误和对早期阶段的投资成本、厂房面积和人力需要有一个精确的规划，在产品的设计阶段就需要一个数字化规划。而且，必须从概念设计、初步规划和规划直到生产出产品的整个阶段，提供了广泛的规划支持类型来满足所有这些需求。因此需要数字化工厂模型。2.1 qoros汽车底盘装配介绍汽车底盘装配线是一个对汽车底盘顺序装配的流水线工艺过程，由于工艺的繁琐性，装配线在整个生产过程中显得尤为重要。汽车底盘是汽车领域技术最密集的关键部件。涵盖了：发动机、变速箱、前后桥等重要部件的装配。在汽车底盘装配过程中，由于被装配零件的多样性、工艺的繁琐性，汽车底盘装配线就显得尤为重要。汽车底盘装配线是一个对底盘顺序装配的流水线工艺过程，每个工位之间是流水线生产，因此,每个环节的控制都必须具备高可靠性和一定的灵敏度，才能保证生产的连续性和稳定性。合理地规划底盘装配线可以更好地实现产品的高精度、高效率、高柔性和高质量。汽车底盘装配线主要包括总装线、分装线、工位器具及线上工具等。在总装线和分装线上，目前qoros采用柔性输送线输送工件，并在线上配置自动化装配设备以提高效率。柔性输送线主要有：摩擦辊道和启停式动力辊道两种。装配线上的自动化设备主要有自动打号机、拧紧机、自动翻转机以及其它专用装配设备等，可大大提高装配线的装配能力。目前，底盘装配线采用现场总线控制方式，通过现场分布i/o统一控制装配线的运行及完成各工位间的通讯。组建现场信息监控系统采用以太网等方式，完成装配线上的信息采集、排产下达、工位监控及装配提示等功能。底盘装配在其生产过程中是不可缺少的重要步骤，而合理地规划底盘装配线可以更好地实现产品的高精度、高效率、高柔性和高质量。在现代化的底盘生产装配线中，成熟的装配工艺、设备选择、质量控制及物流方式均值得人们去借鉴。在底盘生产中，装配线是底盘最终状态、最终结构、最终精度的展示，对确保底盘的精度、质量至关重要。一条底盘装配线要保证底盘的装配技术条件，实现高精度；要保证装配节拍，实现高效率；要多机型同时装配，实现高柔性；要有效地控制装配精度，实现高质量。要实现以上几个方面必须从生产线的规划开始着手。底盘装配线尽管具备各种功能，但其最终目的、最基本功能就是保质、保量和按节拍装配出合格的底盘，最终装配出合格的汽车。究竟是否具备这些功能，还要经生产实践检验，在实际生产中验证。新工艺、新技术及新产品的不断涌现，使底盘装配向智能化、数字化和可视化发展。2.2qoros在总装车间生产中的问题1. 装配工艺复杂，作业内容繁多。qoros轿车有几万个零部件，经过供应商整合部分零部件送到总装厂进行最后环节的装配，总装车间仍需要完成数千项作业内容，工位数量达上百个。这些作业内容中，从拿取卡子在车上进行紧固到应用工装夹具安装顶棚与发动机等，都需要依赖线上工人完成(目前机器人数量较少、普及率较低)。如果装配工艺进行重新规划或调整，就需要准确的大量作业数据作为决策支持，以使总装作业不脱节、工人不冗余。而且，随着生产发展，机器人将逐步取代人工，必须做好规划。2. 各类动力工具及工装夹具应用频繁。多数工位都有应用动力工具操作，动力工具主要用来紧固固定件，如螺栓、螺母等；也有其他方面应用，如密封条平压、打磨等工具，应用频率相对较少。工装夹具用来简化、方便部分零部件的安装和定位，这些零部件重量、体积超出人体承受范围，或者通过工装夹具的协助可以提高工人的工作效率。动力工具及工装夹具的应用与标准工时制定息息相关，所消耗的作业时间是标准工时的重要组成部分，对此需要进行重点研究。3. 零部件种类繁多、形状各异。轿车不同零部件的安装对标准工时影响不同，不能一概而论。普通零部件安装通过预定时间标准法(pts)就可以获取相应工时数据，且不需要进行评比；而一些特殊零部件的装配(如密封条、内饰板等)很难用预定标准工时法(pts)中的一些基本动作进行描述，主要与产品设计及安装过程相关。因此，面对完全有人完成的动作，预定时间标准法(pts)也只能有选择的应用，而不是完全适用。这涉及装配线运行，整个线的运行节拍必须取最长，合理规划能大大提高装配效率。4. 装配工艺调整频繁。产品性质和生产形式上，轿车属于高附加值产品，以流水线方式进行大规模生产，线上单一工位(特别是瓶颈工位)出现的问题都会在整条线内被放大，管理人员重要职责就是维护其稳定性，避免出现放大效应；另一方面，由于产品设计改进和现场改善，作业内容变动较为频繁，这些调整对流水线平衡的影响需要由标准工时进行事先评估，以调整人员数量及其他资源，稳定生产。总之，总装流水线对标准工时计算的要求是量大、复杂、快速、准确。qoros汽车公司某总装车间现生产三种型号的车型，它们分别是cf11 、cf14、cf16 。目前 2013 年上半年的统计三种车型的预测产量配比如表1，但每天实际的车型配比会在这个预测值旁波动。表1 投产配比序号投产车型2012年4季度2013年1季度平均配比1cf1145%55%50%2cf1430%30%30%3cf1625%15%20%轿车总装流水线实际运行过程复杂、繁琐，需要考虑的因素还包括同一生产线上不同车型之间的比例、装配工艺差别、现场条件的限制、整车测试和返修等，这些因素会对流水线的有效运行产生不同影响。5. qoros工位节距工位节距（fps）,就是工位起点和终点之间的距离，也就是前一辆车和下一辆车的间隔距离。在sgm 总装车间为固定值，只是不同工段的工位节距不相同。6. qoros装配流水线的节拍 流水线的节拍 r 日实际工作时间（ts）/日产量（n）； 96s=28800(ts)/300(n)；日实际工作时间（ts）日理论工作时间x流水线开动率；流水线的节拍实际就是车身从一个工位的起始点移动到终点的时间。流水线的节拍决定混流生产条件下各工位的工位工时。总装车间作为轿车整车的最后生产环节，是保证产品出厂质量和生产进度的重中之重。运作过程中无论受何种因素影响，标准工时是流水线必须计算秘获取的基础数据，它是在正常的操作条件下以标准的作业方法及合理的劳动强度、速度完成符合质量要求的工作所需的作业时间，其他因素对流水线的影响直接反在各个工位的标准工时上，造成流水线瓶颈、生产效率低下等一系列问题。制造部门需要利用标准工时来衡量各种因素的影响并及时采取相应措施，维护生产过程的稳定。在没有数字化模型的前提下，凭设计人员经验很难考虑周全，达到最优。因此我们必须借助合适的软件平台进行数字化平台构建。dassault systemes的catia软件系统中delmia 模块包括两个相互关联的独立软件，dpe(digital proces engineer-数字工艺工程)和dpm(digital proces manufacture-数字制造工艺)。dpe 为数字化工艺规划平台，是产品工艺和资源规划应用的平台。利用在产品设计初步阶段产生的数字样机或ebom（工程材料表，其包括了零件、装配件、外购件及其对应信息图纸、文件、材料等等）数据，进行产品分析，工艺流程定义，制定总工艺设计计划，工艺细节规划、工艺路线制定；同时还可实现工艺方案评估，工时分析，车间设施布局和车间的物流仿真等功能。dpm 为工艺细节规划和验证应用的环境。它是按照dpe 中设计好的各种工艺并结合各种制造资源，以实际产品的3 维(或数字样机)模型，构造3 维工艺过程，进行数字化装配过程仿真与验证。利用验证的结果可分析出产品的可制造性、可达性、可拆卸性和可维护性。它真正实现了产品数据和3 维工艺数据的同步。dpe 与dpm 的相互关系如图2-2-1 所示。图2-1 dpe 与dpm关系因此，本次毕业设计使用catia v5软件，先对汽车底盘零件进行三维数字化建模，进而进行虚拟装配，生成ebom表。应用delmia构建qoros汽车底盘数字化工艺规划平台，对装配过程、关键工位的人机工程进行仿真和虚拟投产，验证工艺规划，及早发现问题，优化解决；生成相关文档，为生成应用提供依据。3 汽车底盘数字模型构建qoros轿车有几万个零部件，经过供应商组装成部件，送到总装厂进行最后环节的装配，总装车间仍需要完成数千项作业内容，工位数量达上百个。汽车底盘装配件有58个，我们先对汽车底盘装配零件应用catia v5进行三维数字建模，进行装配，生成ebom表。3.1 前桥本体三维数字建模1. 新建qqiaogujia新文件启动catiar20，单击“新建”命令，弹出新建对话框如图3-1左图所示，选择“part”,单击确定，如图3-1右图所示，输入文件名“qqiaogujia”，选择x-y平面，单击“”草图按钮，进入catia草图模块。 图3-1新建零件对话框 图3-1定义零部件名称 2. 绘制草图选择轮廓线命令，画出如图3-2所示的草图轮廓线，对草图进行几何和尺寸约束。完全约束的草图，图线将变成绿色。检查草图，轮廓线完成封闭，单击“”命令，退出草图模式。如图3-2 基本轮廓线3. 拉伸实体单击拉伸命令图标“”，选择要拉伸的轮廓线，输入拉伸参数，因为前桥本体需要满足一定的结构强度，所以选择拉伸长度为160mm。如图3-3左图所示，拉伸的实体如图3-3右图所示。 图3-3 定义前桥本体厚度 图3-3拉伸实体4. 创建前桥本体xz方向轮廓草图选择xz平面，在xz平面上绘制如图3-4所示的草图。检查草图，轮廓线完成封闭，单击“”命令，退出草图模式。 图3-4 xz方向草图 5. 创建拉伸凹槽操作单击“”命令，选择要拉伸的轮廓线，输入拉伸参数，拉伸凹槽对话框如图3-5左图所示，得到如图3-5右图所示实体效果。拉伸凹槽 图3-5拉伸参数选项卡 图3-5拉伸凹槽实体6. 创建前桥本体装配孔草图选择xz平面，在xz平面上绘制如图3-6所示的草图，并且完全定义。检查草图，轮廓线完成封闭，单击“”命令，退出草图模式。图3-6 装配孔草图7. 创建前桥本体装配孔操作单击“”命令，选择要拉伸的轮廓线，输入拉伸参数，拉伸凹槽对话框如图3-7左图所示，得到如图3-7右图所示实体效果。 图3-7拉伸参数选项卡 图3-7拉伸凹槽实体8. 绘制前桥本体纵梁草图选择轮廓线命令，画出如图3-8所示的草图并且完全约束。检查草图，轮廓线完成封闭，单击“”命令，退出草图模式。如图3-8 基本轮廓线9. 拉伸纵梁实体单击拉伸命令“”，选择要拉伸的轮廓线，输入拉伸参数，因为前桥本体需要满足一定的结构强度，定义纵梁两侧拉伸限制。如图3-9图所示，拉伸的实体如图3-10图所示。图3-9 定义前桥本体厚度图3-10拉伸实体10. 绘制前桥本体纵梁草图选择轮廓线命令，画出如图3-11所示的草图并且完全约束。检查草图，轮廓线完成封闭，单击“”命令，退出草图模式。如图3-11 纵梁轮廓造型轮廓线11. 拉伸纵梁实体单击拉伸命令“”选择要拉伸切除的轮廓线，输入拉伸参数，因为前桥本体需要满足一定的结构强度，定义纵梁两侧拉伸限制。如图3-12左图所示，拉伸的实体如图3-12右图所示。 图3-12 定义前桥本体纵梁拉伸切除参数 图3-12拉伸切除实体12. 创建前桥本体横梁装配孔草图选择xy平面，在xz平面上绘制如图3-13所示的草图，并且完全定义。检查草图，轮廓线完成封闭，单击“”命令，退出草图模式。图3-13 装配孔草图13. 创建前桥本体装配孔操作单击“”命令，选择要拉伸的轮廓线，输入拉伸参数，拉伸凹槽对话框如图3-13左图所示，得到如图3-13右图所示实体效果。 图3-13拉伸参数选项卡 图3-13拉伸凹槽实体14. 绘制前桥本体纵梁草图选择轮廓线命令画出如图3-14所示的草图并且标注尺寸。完全约束。检查草图，轮廓线完成封闭，单击“”命令，退出草图模式。如图3-14 基本轮廓线15. 拉伸纵梁实体单击拉伸命令“”选择要拉伸的轮廓线，输入拉伸参数，因为前桥本体需要满足一定的结构强度，定义纵梁两侧拉伸限制。如图3-15左图所示，拉伸的实体如图3-15右图所示。 图3-15定义前桥本体纵梁厚度 图3-15拉伸实体16. 绘制前桥本体纵梁草图选择轮廓线命令，画出如图3-16所示的草图并且标注尺寸。完全约束。检查草图，轮廓线完成封闭，单击“”命令，退出草图模式。如图3-16 纵梁轮廓造型轮廓线17. 拉伸纵梁实体单击拉伸命令“”选择要拉伸切除的轮廓线，输入拉伸参数，因为前桥本体需要满足一定的结构强度，定义纵梁两侧拉伸限制。如图3-17左图所示，拉伸的实体如图3-17右图所示。 图3-17 定义前桥本体纵梁拉伸切除参数 图3-17拉伸切除实体18. 特征、细节操作最终通过镜像操作、倒角等细节操作得到如图3-18所示实体。图3-18 前桥最终实体3.2 其余57个零件缩略图汽车底盘装配件还有57个，同理，我应用catia v5对汽车底盘装配零件进行三维数字建模，但详细过程我就不再详述。零件缩略图如图3-19所示。图3-19 底盘其他零件缩略图3.3 汽车底盘的虚拟装配汽车底盘的重要性是不言而喻的，底盘设计的好对汽车最终性能的影响是一方面，而在装配的过程中由于人员的不确定性，也会导致汽车底盘的装配产生众多不确定因素，同时产生的装配误差也会对汽车的整体性能产生重大的影响。因而需对汽车底盘进行虚拟装配，进行干涉验证，生成ebom表。图3-20所示为汽车底盘总装图。图3-20 底盘总装图3.3.1前桥子装配在实际安装过程中，通常先将前桥的子装配完成，完成各部件的拼装。根据工程实际情况，装配体采用自下而上的建模方法。在建模过程中，全部由用螺栓进行拧紧，拧紧后的一个整体视为同一个零件，如图3-21为前桥整机装配三维模型。图3-21 前桥子装配图1. 新建装配文件单击新建文件图标，在新建文件类型时选择.catproduct。或点击“开始”菜单下“机械设计”中“装配设计”，如图3-22所示，进入装配设计工作台。图3-22 装配图工作台2. 新建组件（qianqiaogujia1)本设计采用的是自顶向下装配方案。装配设计占用创新设计过程的大部分时间周期，自顶向下设计可以协同设计，能有效提高效率。在组件qianqiaogujia1中绘制骨架，进行三维设计，结果如图3-23所示。双击“前桥总装配”回到装配环境中。图3-23 固定架使用同样的方法完成前桥其他零件的设计，如图3-24所示，零件位于装配结构树上。图3-24 装配结构树及组件3. 添加装配特征如图3-24所示，零件已经在装配结构树上，但没有添加装配特征，进行装配约束，限制其自由度和相互位置关系。根据汽车底盘装配要求，点击图3-25工具条中相应命令，添加相应装配特征，进行装配约束。完成后装配结构树如图3-26所示。图3-25 装配约束工具条图3-26 前桥装配约束结构树3.3.2 后桥子装配图3-27后桥装配约束结构树根据汽车底盘装配要求，同理对后桥进行装配.添加相应装配特征，进行装配约束。完成后装配结构树如图3-27所示。3.3.3底盘总装配完成前、后桥子装配，进行总装配，结果如图3-20所示。结构树如图3-28所示。图3-28 总装结构树在汽车底盘的设计过程中，对底盘进行虚拟装配，可以满足工程人员查看有关装配问题的需要，帮助他们做出决策，例如安排零部件的拆装方向和轨迹、确定零部件在拆装过程中所需的空间、选择零部件配合公差等，从而选择合适的装配工艺以及制定更加详细的装配流程，并将其应用到产品的设计中，达到在产品的设计环节提高装配精度的目的。另外，汽车底盘的虚拟装配系统可以比较准确地反映产品的物理性能，这样，在汽车底盘开发的初期就为工程人员提供了用于分析生产、装配和评价的虚拟样机，这样便能大大地提高设计质量，避免设计缺陷，同时因代替了实物样机又可节省很大的开销。所以虚拟装配系统对产品的开发具有重大的意义。3.4 导出ebom表数字化工艺平台构建需要ebom表，在装配模块中可以自动生成ebom表。如图3-29，单击菜单中“分析”下“物料清单”，出现如图3-30所示定义物料清单对话框，定制所需选项，单击“另存为”，将文档另存为excel.xlc表格，如图3-31所示。图3-29 物料清单菜单图3-30物料清单生成对话框图3-31 生成的ebom表3.5 底盘零件装配干涉可以利用catia软件的clash检查功能来检验装配件的选定部件之间是否存在干涉碰撞；也可以利用clearance检查功能来检验装配件的选定部件之间间隙是否满足最小间隙要求。验证汽车底盘装配是否合理。点击clash图标，系统弹出图3-32所示对话框，对话框中“类型”栏可以定制检查的类型以及针对哪些对象进行检查，如图中对话框是针对所有装配对象进行碰撞和接触检查，直接点击“应用”按钮弹出图3-33所示大对话框，选中对话框内列表项，则弹出干涉预览效果如图3-34所示，可见这两个部件在关节处产生3.5mm干涉量，干涉处出现了红色。必须进行检查和修正。图3-32 检查碰撞对话框图3-32 碰撞检查列表图3-33 干涉效果预览图距离和区域分析。该功能负责分析两个零部件之间的距离，点击按钮，弹出图3-34所示对话框，由框内“类型”栏可见分析有五种模式：minimum分析两者之间的最小距离；alongx（y、z）分析两者x（y、z）方向距离；band analysis负责分析两者之间的距离带（该项分析需要配合对话框内的minimum distance和maximum distance设置，如最小距离设为10mm，最大距离设为100mm，则分析完成后，系统将在两个部件上以红色和绿色标示出相应的区域，a物体绿色区域内所有点到b物体的距离都满足最小距离的要求，a物体绿色区域内所有点到b物体的距离都满足最大距离的要求）。图3-34 区域分析对话框图3-35 区域分析列表ba图3-36 区域分析效果预览图应用此功能，我们能分析出零件间的间距，估算装配工具是否能进入，有无运动空间。4 dpe汽车底盘装配数字化工艺规划平台构建目前国内整个汽车制造过程中处于重要地位的汽车装配过程基本沿袭了数字量传递与模拟量传递相结合的工作模式，装配工艺的设计主要采用计算机辅助工艺过程设计系统capp 系统进行，但仍然停留在二维产品设计的基础上，与cad系统没有建立紧密的联系，协同设计工作基本没有实现，无法将装配工艺过程、装配零件及与装配过程有关的制造资源紧密结合在一起实现装配过程的仿真，无法在工艺设计环境中进行3 维的虚拟工艺验证，零部件能否准确安装，在实际安装过程中是否发生干涉、工艺流程、装配顺序是否合理，装配工艺装备是否满足装配需要，装配人员及装配工具是否可达、装配操作空间是否具有开放性等一系列问题无法在装配设计阶段得到有效验证。上述任一环节在实际生产中出现问题都将影响汽车的研制周期，造成费用的损失。我们可以如图4-1所示，构建工艺规划。4-1数字工厂工艺规划汽车底盘是汽车的关键部件，它的制造工艺非常的复杂。底盘线包含缸体、缸盖、曲轴等的机械加工生产线，底盘装配线，以及发动机检测线和设备。发动机的制造质量直接影响着汽车产品的性能水平和可靠性。随着底盘趋于轻量化、结构简单化、性能优质化，底盘制造技术和工艺发生了很大的变化，高速、高效、柔性是制造工艺当前的主要特点。为了应对这些挑战，除了采用先进的制造技术和制造设备以外，进行数字化工艺规划和仿真验证也是提高动力总成工艺水平的重要途径。4.1汽车底盘线数字化