計算機（數(shù)字化）技術(shù)與傳統(tǒng)裝備制造業(yè)的結(jié)合，有力推動了中國汽車車身工藝裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展。
本文結(jié)合國內(nèi)白車身裝備數(shù)字化虛擬制造的發(fā)展現(xiàn)狀，指出汽車裝備產(chǎn)業(yè)要實現(xiàn)真正的虛擬制造需要一個深入應(yīng)用與創(chuàng)新的過程。文中介紹了有關(guān)新技術(shù)引進與應(yīng)用方面的有益經(jīng)驗。
長期以來，我國汽車車身工藝裝備制造一直依靠人的經(jīng)驗和機械制圖來完成。自從20世紀80年代起發(fā)展計算機輔助設(shè)計/制造（CAD/CAM）技術(shù)以來，這項技術(shù)已獲得廣泛認可，并以飛快的發(fā)展速度在實際生產(chǎn)中體現(xiàn)出巨大優(yōu)越性。90年代開始發(fā)展的計算機輔助工程分析（CAE）技術(shù)，現(xiàn)在也已在汽車模具成形性分析領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用。
自從計算機（數(shù)字化）技術(shù)與傳統(tǒng)的車身工藝裝備制造業(yè)的結(jié)合，短短的二十幾年時間，中國汽車車身工藝裝備制造業(yè)得到了快速發(fā)展。隨著各企業(yè)對計算技術(shù)的重視和加大投入，我國車身裝備制造業(yè)的計算機平均擁有量、寬帶接入、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、數(shù)據(jù)庫（特別是產(chǎn)品/技術(shù)數(shù)據(jù)庫）建設(shè)、各種業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)高于其他行業(yè)的平均發(fā)展水平。國內(nèi)一些大型的車身裝備制造企業(yè)，其軟/硬件的先進程度已經(jīng)十分接近，甚至超過國際先進水平。
但量大并不代表強大，軟/硬件先進并不能說明技術(shù)先進?？v觀我國發(fā)展程度較好的車身裝備制造企業(yè)的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，不難發(fā)現(xiàn)，成形性分析、工裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的三維實體設(shè)計、三維數(shù)控編程——這三方面內(nèi)容占到數(shù)字化應(yīng)用的90%以上，焊裝工藝規(guī)劃、檢測、調(diào)試尚停留在傳統(tǒng)生產(chǎn)方式上。技術(shù)不平衡造成工序之間的銜接不順暢，數(shù)字化技術(shù)、仿真技術(shù)難以發(fā)揮整體作用，這成為我國車身裝備數(shù)字化虛擬制造進一步發(fā)展的瓶頸。
焊夾工藝規(guī)劃
虛擬制造是利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計算機技術(shù)等對現(xiàn)實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而確保產(chǎn)品能夠一次性制造成功。在虛擬制造中，產(chǎn)品從初始外形設(shè)計、生產(chǎn)過程的建模、仿真加工、模型裝配到檢驗整個的生產(chǎn)周期都是在計算機上進行模擬和仿真的，不需要實際生產(chǎn)出產(chǎn)品來檢驗設(shè)計的合理性。這樣一來，可以減少前期設(shè)計給后期加工制造帶來的麻煩，更能避免報廢情況的出現(xiàn)，進而達成提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成品率、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低企業(yè)制造成本的目的。
國內(nèi)白車身裝備數(shù)字化虛擬制造的發(fā)展
我國汽車裝備產(chǎn)業(yè)要實現(xiàn)真正的虛擬制造還需要一個深入應(yīng)用與創(chuàng)新的過程。
1. 現(xiàn)有CAE/CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用需要進一步深入
目前模具的沖壓工藝分析（CAE）在前、后處理方面沒有形成一個統(tǒng)一的、標(biāo)準的規(guī)范，對軟件的使用可以說是因人而異、因公司而異，因此對分析結(jié)果的評價也必然存在一定的差異。另外，工作職責(zé)不夠細化，難以培養(yǎng)出CAE分析的專家人才。DL設(shè)計人員進行產(chǎn)品的工藝性評審，工藝方案的預(yù)測，工藝方案的制定，工藝方案的可行性分析等工作，CAE的應(yīng)用始終是處于一種泛泛的基礎(chǔ)應(yīng)用的狀態(tài)。而目前的CAE主要應(yīng)用于拉延成形類的可行性分析，對于后序的修邊線優(yōu)化、翻邊成形的可行性，以及回彈扭曲的預(yù)測及補償分析工作亦鮮有開展。也即，完善標(biāo)準化、專業(yè)化，向后工序拓展應(yīng)用，是需要進一步深入的內(nèi)容。
結(jié)構(gòu)設(shè)計（CAD）方面除了還需要進一步完善、推廣現(xiàn)有的實體設(shè)計規(guī)范外，也需不斷擴充實體資源庫，這包括模具壓床庫、標(biāo)準件庫、典型結(jié)構(gòu)庫、廠房資源庫等內(nèi)容。而且，知識工程技術(shù)是提高設(shè)計效率和質(zhì)量的有利工具，企業(yè)應(yīng)該積極地將設(shè)計經(jīng)驗轉(zhuǎn)化成可被重復(fù)利用的數(shù)學(xué)模型，從而發(fā)揮其指導(dǎo)設(shè)計、規(guī)范設(shè)計之功效。
在CAM方面國內(nèi)的發(fā)展非常接近國外，在數(shù)控設(shè)備、編程能力方面并不處于劣勢，只是在加工用數(shù)據(jù)上的差距就很大。模面的加工數(shù)模與產(chǎn)品數(shù)模可能有較大的差異，加工用模面的制作需要積累大量的實踐經(jīng)驗并遵循相應(yīng)準則，這種準則的編制需要對產(chǎn)品的匹配關(guān)系及整車的焊裝具有相當(dāng)程度的了解，甚至需要對白車身設(shè)計有足夠的把握。這種精細化模面的制作，我們還需要長期的總結(jié)和積累。
另外，國外有采用實體數(shù)據(jù)直接編程的做法，這種做法的編程效率較高、效果也好，但因其對于產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求較高，還要求產(chǎn)品版本必須相對穩(wěn)定，否則數(shù)據(jù)修改工作量會很大，而且難以維護。所有這些，都對國內(nèi)的主機廠提出了較高要求。
2. 建立完善的仿真模擬體系
利用現(xiàn)有數(shù)字平臺基礎(chǔ)建立完善的仿真模擬體系，發(fā)揮出數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢，能在設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，在實際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，提高一次調(diào)試成功率。
（1） 模具仿真模擬
# 實現(xiàn)模具、級進模具、大型模具沖壓線、壓合模具及復(fù)雜模具的運動仿真分析。當(dāng)前，車身模具的結(jié)構(gòu)越來越趨向于復(fù)雜、緊湊，依靠以往那種在三維環(huán)境中采用人眼視覺判斷、截面觀察等設(shè)計驗證手段，難以檢驗出運動中的問題。在分析機械搬運是否順暢無干涉、人工搬運是否安全、便捷等方面，則更加有必要進行仿真模擬。另外，為提高運動仿真效率，應(yīng)該建立典型機構(gòu)的運動場景：比如搬運機構(gòu)、壓床運動機構(gòu)、斜楔典型運動。
大型模具運動分析
# 實現(xiàn)數(shù)控加工仿真模擬，有效防止加工刀具的碰撞問題，優(yōu)化切削軌跡，提高加工效率。
# 應(yīng)用白光掃描設(shè)備采集數(shù)控加工后模面數(shù)據(jù)，在計算機內(nèi)虛擬合模，提前發(fā)現(xiàn)并處理調(diào)試中可能產(chǎn)生的問題，提高實際模具研修效率。還可以將鉗工調(diào)試后模面數(shù)據(jù)與CAE的模擬結(jié)果相對比分析，積累沖壓工藝設(shè)計經(jīng)驗。
（2）焊接工裝仿真模擬
# 實現(xiàn)焊裝線整體工藝規(guī)劃模擬。利用預(yù)先定義好的焊裝工藝規(guī)劃模板，導(dǎo)入產(chǎn)品樹圖后，進行實際的焊裝工藝規(guī)劃，規(guī)劃過程中要同時將各種焊接資源如焊裝廠房結(jié)構(gòu)、工藝節(jié)拍、工裝夾具布局、工藝物流、焊接設(shè)備等因素統(tǒng)一考慮，在計算機內(nèi)形成“真實的”焊裝工藝流程。并對焊裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力進行平衡分析，對產(chǎn)品的工藝分配、焊點分配、工位數(shù)量、人員分配、工裝自動化程度等內(nèi)容進行不斷的優(yōu)化。
# 實現(xiàn)焊接產(chǎn)品在工位的裝配順序仿真（包括產(chǎn)品上件與卸件過程）、各個工位資源間相互匹配仿真、焊裝線及夾具工位的時序分析及仿真驗證、焊鉗的仿真驗證。
# 實現(xiàn)人機工程仿真、機器人焊接裝配過程仿真、機構(gòu)運動仿真、三維工廠的建立。
沖壓線運動分析
實現(xiàn)上述內(nèi)容具有相當(dāng)?shù)碾y度，需要專業(yè)型人才。大型沖壓線、焊裝廠房的數(shù)據(jù)量非常龐大，現(xiàn)有計算機硬件水平有時難以滿足大量復(fù)雜運動的同時模擬，需要研究數(shù)據(jù)輕量化設(shè)計手段、以及分步模擬仿真。另外，由于這部分功能涉及到車身裝備設(shè)計、制造的全過程，各業(yè)務(wù)階段的軟件平臺并不統(tǒng)一，如何保證上下工序的數(shù)據(jù)、信息完整的傳遞與繼承，往往需要進行詳細規(guī)劃和軟件二次開發(fā)工作。
3.探索應(yīng)用國際尖端的仿真模擬技術(shù)，實現(xiàn)對設(shè)計的精確控制和優(yōu)化
VR（虛擬現(xiàn)實）是人們通過計算機對復(fù)雜數(shù)據(jù)進行可視化操作與交互的一種全新方式，通過大型三維立體投影設(shè)備再現(xiàn)計算機三維數(shù)據(jù)空間。與傳統(tǒng)的人機界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。虛擬現(xiàn)實具有多感知性（Multi-Sensory）、浸沒感（Immersion）、交互性（Interactivity）、構(gòu)想性（Imagination）等特點。使操作者能夠真正進入一個由計算機生成的交互式三維虛擬環(huán)境中，與之產(chǎn)生互動，進行交流。
利用三維仿真軟件和PC工作站可實現(xiàn)桌面虛擬效果。操作者可坐在電腦監(jiān)視器前觀察360度范圍的虛擬境界，并使用鼠標(biāo)、軌跡球等控制端改變觀察視角。然而，操作者和其他參與者不是完全投入在虛擬場景中。要形成這種“真實”的投入感，就必須采用投入型虛擬設(shè)備。
利用該技術(shù)對模具沖壓線、典型模具、數(shù)控加工過程、虛擬合模過程、大型焊裝線規(guī)劃、詳細工藝內(nèi)容、機器人動作、廠房建設(shè)等內(nèi)容進行虛擬仿真，發(fā)揮投入型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的特點：
# 浸沒感（臨場感）：指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，令用戶全身心投入到計算機創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中。
# 交互性：指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實時性）。
# 構(gòu)想性：強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想象空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也能夠隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。
通過這樣的投入式虛擬現(xiàn)實技術(shù)，所實現(xiàn)的不再是簡單的運動仿真、干涉檢查等三維觀察的基本功能，而是要創(chuàng)造出身臨其境的感覺，啟發(fā)設(shè)計者的創(chuàng)造性思維，為多人技術(shù)討論、技術(shù)規(guī)劃和審定提供廣闊的空間環(huán)境和逼真的現(xiàn)場感。
新技術(shù)的引進與應(yīng)用經(jīng)驗
虛擬制造技術(shù)對于不少企業(yè)來說是一項全新的技術(shù)，它的應(yīng)用仍然是企業(yè)需要面對的課題。企業(yè)作為一個直接面向巿場的實體，是最注重實效的，任何技術(shù)的研發(fā)與引進最終也必須要落實到生產(chǎn)實際中才有意義。
將一項技術(shù)應(yīng)用好決非易事。首先要研究新技術(shù)的可行性以及其與現(xiàn)有技術(shù)方案的切入點，然后組織技術(shù)骨干搭建運行環(huán)境，進行方案測試，再打通上下相關(guān)環(huán)節(jié)保證新技術(shù)引進后能夠順暢運轉(zhuǎn)，最后組織技術(shù)培訓(xùn)，形成作業(yè)規(guī)范?？梢哉f，需要進行大量的探索與實施性工作，才能將新的技術(shù)手段納入企業(yè)的正常業(yè)務(wù)流程。而且，往往還會由于某個環(huán)節(jié)的疏忽，使得新技術(shù)在推向應(yīng)用后不但沒能帶來效率和質(zhì)量的提升，反而擾亂了正常的生產(chǎn)秩序。
另外，新技術(shù)引進會帶來業(yè)務(wù)內(nèi)容的相應(yīng)調(diào)整，部分工序的工作量會有所增加，在人力資源匹配以及解決與現(xiàn)有習(xí)慣的沖突等問題方面，解決不好會波及新技術(shù)的應(yīng)用效果。
所謂創(chuàng)新就是創(chuàng)造性的破壞，就是要把自己原有的成功與平衡破壞掉，把自己原來成功的經(jīng)驗否定掉，不斷地戰(zhàn)勝自我、否定自我。這樣做的企業(yè)將會在競爭中取勝！
剛開始用三維設(shè)計的時候，誰也沒覺得它有多好，或許還覺得有點麻煩或沒必要，但是現(xiàn)在技術(shù)成熟了，大家心里很明白，我們這是上了一個層次。這個過程勢必會增加一些新的工作，也勢必會減少一些工作，最重要的是能夠完成此前做不到的事情，實現(xiàn)以往無法實現(xiàn)而又極為重要的工作。
無疑，一項新技術(shù)的成功應(yīng)用需要主管領(lǐng)導(dǎo)的足夠重視，以保證應(yīng)用方向正確、獲得順利的推廣和銜接。更需要堅持從實際出發(fā)，分步實施，穩(wěn)步推進。最終，新的技術(shù)應(yīng)用要落實到作業(yè)規(guī)范并融入業(yè)務(wù)流程，讓全體員工明白為什么要應(yīng)用這項新技術(shù)，每位員工的工作為其他人提供了哪些方便，他實施的操作會影響到哪些內(nèi)容的更新等。讓全員深入理解深入這種持續(xù)創(chuàng)新的意識，并將其打造成一種企業(yè)文化。
結(jié)語
應(yīng)該看到，國內(nèi)汽車裝備制造企業(yè)的數(shù)字化虛擬制造還有很大的發(fā)展空間，縱向深入現(xiàn)有的CAE/CAD/CAM應(yīng)用，并以此為依托橫向拓展數(shù)字仿真體系，從而將單點的應(yīng)用擴展到車身裝備產(chǎn)品的方案規(guī)劃、設(shè)計、制造、調(diào)試等過程，形成較完整的數(shù)字化制造體系。而VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)的引進，能讓我們緊跟世界先進的發(fā)展潮流。但更為重要的是，要把這些技術(shù)用好，讓它們在企業(yè)中發(fā)揮作用，真正成為企業(yè)的一部分，實實在在地將我們企業(yè)的綜合實力提升上去。
