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摘 要：近年来汽车行业呈井喷式发展，这使得汽车模具发挥着越来越重要的作用。虚拟制造技术在汽车产品研发中具有很高的实用价值，该技术在汽车行业具有巨大潜力。文章介绍了虚拟制造技术的技术特点，以及其在实际应用中的流程，最后对应用中的技术难点进行了详细介绍。
关键词：覆盖件 虚拟工艺 汽车模具 机械制造
中图分类号：TG386 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（b）-0114-02
1 虚拟制造技术概述
虚拟制造是上世纪八十年代由国外专家在融合了仿真、计算机和信息等技术的基础上总结出来的一种新的制造技术，完全模拟了生产制造过程中机器和人之间的信息交流，这样可以及时的发现制造过程中存在的问题，并在问题还没有产生重大影响时采取有效的措施，从而使产品一次合格，实现降低成本、提高效率和减少产品开发时间的目标。在进行虚拟制造时，生产产品的外形设计、生产流程的建模、仿真、装配以及质检都在计算机上完成，因而可以不用启动机床来生产出实际产品，再来检验其是否合格，大大降低了风险，避免发生模具反复整改乃至报废的情况，从而缩短模具开发周期，提高成品率。虚拟制造为模具制造三要素质量、成本、交期提供了理论支撑，其主要有以下三方面关键技术的融合：
1.1 产品的虚拟设计技术
产品的虚拟设计技术是一种面向数字化的将产品的原理、结构和性能等参数输入计算机，然后通过计算机来完成产品的设计，并验证产品在理论数值情况下的成型性，模拟板件成型过程，对成型过程缺陷反复修改模拟计算，直至成型合格后下发到结构设计。并验证产品的结构性能和装配互换性，预估产品设计效果。经过不断的仿真调试，可以优化产品设计和工艺流程，规避制造风险，达到降低成本的目的。
1.2 产品的虚拟制造技术
产品的虚拟制造技术借助计算机仿真技术，根据企业现有的资源、环境和产能，合理选用加工方法、加工参数。在计算机上建立合适的模型，并且对加工过程和装配过程的工艺性、配件的运动特性等特征参数进行数字的仿真分析。通过分析仿真结果，提早发现加工过程存在的缺陷和装配不合适等问题，进而及时作出结构及工艺修改，优化产品的设计。产品的虚拟制造技术融合材料热加工、装配工艺、模具调试制造技术等。
1.3 虚拟制造系统
虚拟制造系统将仿真技术应用到数控模型，对机器控制模型进行仿真，可以使企业根据车间的具体情况进行不同的优化控制，从而使得生产过程得到优化，得到更好的综合制造系统。
2 汽车覆盖件模具虚拟制造的开发流程
图1描述的是汽车覆盖件模具的虚拟制造开发流程。先对产品需求进行分析和概念设计，然后开发需要的软件在计算机虚拟的环境中进行产品模型的构造，完成产品优化设计和系统集成。这个过程环环相扣，根据产品的不同需求，利用仿真分析工具分析产品性能，完全模拟虚拟模型行为。最后根据仿真结果，藉由反复建模→仿真分析→模型完善，到虚拟制造生产出来的模具达到了要求，然后着手生产。
3 汽车覆盖件模具虚拟制造中的关键技术
3.1 数学模型建立
为了尽可能贴近实际工况，建立一个简单而又不至于太过粗糙的数学模型是模具虚拟制造的关键。如果数学建模误差过大，虚拟环境下的仿真结果就会与实际出入很大，就无法指导生产、优化模具设计。在进行数学模型的建立时应充分考虑覆盖件模具的不同特点，结合模具需要实现的功能和制造目标，确定关键系数，提出合适的假设。上一步所确立的数学模型必须能包含模具的制造工序，能对模具受力改变和冲压件受力形变作出描述，进而仿真出实际生产关系，预测生产制造中的可能出现的问题。
3.2 系统集成与方案评估
系统集成的过程是达到最优化统筹设计的过程，牵扯多种技术，包括软硬件、操作系统、数据库技术、通信以及协同管理系统等。因此要着眼全局，综合考虑不同系统间数据的同步与接口问题。系统集成可以使设备的整机性能达到最好，也就是所有的零件可以高效低成本工作，并具有较好的可维护性和扩展性。但是，齐全的仿真软件造价昂贵，而且，需要大量专业人员，才能最大程度发挥软件功用。
3.3 仿真分析和数据处理
汽车模具虚拟制造的难点就在于对模型进行仿真和处理分析。仿真分析的过程需要多种技术协调，必须有专业人员来处理和庞大的数据库，并对数据库相应数据加以分析运用。但是由于大部分的企业不可能达到这么高的要求标准，没有大量的专业技术人才，所以很难实现，汽车模具虚拟制造技术也没有得到广泛的应用。
日本丰田公司曾经依靠虚拟制造技术开发出了AVALON系统。虽然在生产的前期就发现了问题，但是由于及时的修正了设计方案，降低了企业的风险。这得益于虚拟制造的帮助，AVALON的开发周期缩短了十个月，少生产了70%的样机，成本也缩减了35%，同时显著提高了轿车质量。
4 结语
汽车模具在汽车工业中扮演着重要角色，汽车工业又是制造业的重头戏。在过去，一个新车型的研发需要近三年时间；在CAD/CAM/CAE技术日渐成熟的今天，汽车开发时间缩短了一半，也大大降低了企业的研发成本。虚拟制造技术前景广阔，但受到多方面客观条件约束，应用范围还很小。在以后的研究中，应力求将数字技术与虚拟制造技术相结合，利用计算机互联网，将虚拟制造技术的优势得到最大限度的发挥。
参考文献
[1] 张宏武，朱林.典型汽车覆盖件模具的数控加工工艺研究[J].模具制造. 2011（7）.
[2] 马贺威，姜伟.汽车覆盖件模具数控加工工艺[J].金属加工（冷加工），2011（4）.
[3] 段磊，蔡玉俊，莫国强，等.汽车覆盖件成形回弹仿真及模面优化研究[J].锻压技术，2010（2）.
关键词：覆盖件 虚拟工艺 汽车模具 机械制造
中图分类号：TG386 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（b）-0114-02
1 虚拟制造技术概述
虚拟制造是上世纪八十年代由国外专家在融合了仿真、计算机和信息等技术的基础上总结出来的一种新的制造技术，完全模拟了生产制造过程中机器和人之间的信息交流，这样可以及时的发现制造过程中存在的问题，并在问题还没有产生重大影响时采取有效的措施，从而使产品一次合格，实现降低成本、提高效率和减少产品开发时间的目标。在进行虚拟制造时，生产产品的外形设计、生产流程的建模、仿真、装配以及质检都在计算机上完成，因而可以不用启动机床来生产出实际产品，再来检验其是否合格，大大降低了风险，避免发生模具反复整改乃至报废的情况，从而缩短模具开发周期，提高成品率。虚拟制造为模具制造三要素质量、成本、交期提供了理论支撑，其主要有以下三方面关键技术的融合：
1.1 产品的虚拟设计技术
产品的虚拟设计技术是一种面向数字化的将产品的原理、结构和性能等参数输入计算机，然后通过计算机来完成产品的设计，并验证产品在理论数值情况下的成型性，模拟板件成型过程，对成型过程缺陷反复修改模拟计算，直至成型合格后下发到结构设计。并验证产品的结构性能和装配互换性，预估产品设计效果。经过不断的仿真调试，可以优化产品设计和工艺流程，规避制造风险，达到降低成本的目的。
1.2 产品的虚拟制造技术
产品的虚拟制造技术借助计算机仿真技术，根据企业现有的资源、环境和产能，合理选用加工方法、加工参数。在计算机上建立合适的模型，并且对加工过程和装配过程的工艺性、配件的运动特性等特征参数进行数字的仿真分析。通过分析仿真结果，提早发现加工过程存在的缺陷和装配不合适等问题，进而及时作出结构及工艺修改，优化产品的设计。产品的虚拟制造技术融合材料热加工、装配工艺、模具调试制造技术等。
1.3 虚拟制造系统
虚拟制造系统将仿真技术应用到数控模型，对机器控制模型进行仿真，可以使企业根据车间的具体情况进行不同的优化控制，从而使得生产过程得到优化，得到更好的综合制造系统。
2 汽车覆盖件模具虚拟制造的开发流程
图1描述的是汽车覆盖件模具的虚拟制造开发流程。先对产品需求进行分析和概念设计，然后开发需要的软件在计算机虚拟的环境中进行产品模型的构造，完成产品优化设计和系统集成。这个过程环环相扣，根据产品的不同需求，利用仿真分析工具分析产品性能，完全模拟虚拟模型行为。最后根据仿真结果，藉由反复建模→仿真分析→模型完善，到虚拟制造生产出来的模具达到了要求，然后着手生产。
3 汽车覆盖件模具虚拟制造中的关键技术
3.1 数学模型建立
为了尽可能贴近实际工况，建立一个简单而又不至于太过粗糙的数学模型是模具虚拟制造的关键。如果数学建模误差过大，虚拟环境下的仿真结果就会与实际出入很大，就无法指导生产、优化模具设计。在进行数学模型的建立时应充分考虑覆盖件模具的不同特点，结合模具需要实现的功能和制造目标，确定关键系数，提出合适的假设。上一步所确立的数学模型必须能包含模具的制造工序，能对模具受力改变和冲压件受力形变作出描述，进而仿真出实际生产关系，预测生产制造中的可能出现的问题。
3.2 系统集成与方案评估
系统集成的过程是达到最优化统筹设计的过程，牵扯多种技术，包括软硬件、操作系统、数据库技术、通信以及协同管理系统等。因此要着眼全局，综合考虑不同系统间数据的同步与接口问题。系统集成可以使设备的整机性能达到最好，也就是所有的零件可以高效低成本工作，并具有较好的可维护性和扩展性。但是，齐全的仿真软件造价昂贵，而且，需要大量专业人员，才能最大程度发挥软件功用。
3.3 仿真分析和数据处理
汽车模具虚拟制造的难点就在于对模型进行仿真和处理分析。仿真分析的过程需要多种技术协调，必须有专业人员来处理和庞大的数据库，并对数据库相应数据加以分析运用。但是由于大部分的企业不可能达到这么高的要求标准，没有大量的专业技术人才，所以很难实现，汽车模具虚拟制造技术也没有得到广泛的应用。
日本丰田公司曾经依靠虚拟制造技术开发出了AVALON系统。虽然在生产的前期就发现了问题，但是由于及时的修正了设计方案，降低了企业的风险。这得益于虚拟制造的帮助，AVALON的开发周期缩短了十个月，少生产了70%的样机，成本也缩减了35%，同时显著提高了轿车质量。
4 结语
汽车模具在汽车工业中扮演着重要角色，汽车工业又是制造业的重头戏。在过去，一个新车型的研发需要近三年时间；在CAD/CAM/CAE技术日渐成熟的今天，汽车开发时间缩短了一半，也大大降低了企业的研发成本。虚拟制造技术前景广阔，但受到多方面客观条件约束，应用范围还很小。在以后的研究中，应力求将数字技术与虚拟制造技术相结合，利用计算机互联网，将虚拟制造技术的优势得到最大限度的发挥。
参考文献
[1] 张宏武，朱林.典型汽车覆盖件模具的数控加工工艺研究[J].模具制造. 2011（7）.
[2] 马贺威，姜伟.汽车覆盖件模具数控加工工艺[J].金属加工（冷加工），2011（4）.
[3] 段磊，蔡玉俊，莫国强，等.汽车覆盖件成形回弹仿真及模面优化研究[J].锻压技术，2010（2）.