设计仿真 | 海克斯康车身虚拟智能装配解决方案

背景与挑战

汽车行业试制过程中存在以下几个痛点：成本高昂、生产效率低、质量不稳定、环境污染、数据管理困难、资源浪费、沟通协调不畅、人才培养与技能传承缺失，影响产品质量。

为解决这些痛点，汽车企业在不断尝试和探索新的试制方案，如引入数字化技术、智能制造、人工智能等先进手段，实现生产过程的智能化、自动化和绿色化，从而降低试制成本，提高生产效率与产品质量，加强部门间的沟通协调，提高人才培养和技能传承，以应对汽车行业的试制挑战。目前有很多汽车主机厂提出了“零试制”概念，所谓“零试制”是指通过一系列的模拟和验证手段，确保产品的质量和性能达到预期目标，从而减少或消除批量生产过程中的试制和调整环节。零试制理念的核心是在设计、生产和验证过程中充分利用数字化技术和仿真软件，以提高生产效率和降低生产成本。海克斯康智能装配方案是以“零试制”为目标，帮助用户进行虚拟装配试错，代替或减少试制次数，最终实现零试制。

解决方案

海克斯康作为一家制造智能解决方案提供商，致力于帮助企业实现数字化转型。其智能装配解决方案主要围绕智能制造和智慧城市两大领域展开，为客户提供从设计、生产、加工、装配、质量管理和服务等全流程的数字化解决方案。

海克斯康车身虚拟智能装配解决方案针对汽车行业车身虚拟装配全过程，该方案涵盖了汽车车身装配试制工艺全过程，包括冷连接（自冲铆接、压铆等）、热连接（弧焊、激光焊、电阻束焊、电阻点焊等）以及可以考虑前序的钣金冲压工艺的残余应力和变形结果，与海克斯康扫描检测方案联合，不单单是基于标称几何的仿真试制，而是能够考虑结构实际制造工艺造成的尺寸偏差，将扫描变形数据考虑到装配仿真中。从冲压工艺的残余应力和实际扫描变形结果还可以同时考虑进装配试制虚拟仿真中，数据考虑更精确。

如下图展示了海克斯康智能装配技术路线，常规的模拟仿真是基于标称几何进行的虚拟装配仿真（1→5→6→7），这也是目前大多数汽车主机厂的技术路线。海克斯康智能装配方案可以考虑物理扫描数据进行虚拟试制装配（1→3→4→5→6→7），而且还可以考虑冲压工艺残余应力等影响，并结合物理扫描数据进行虚拟试制装配（1→2→3→4→5→6→7）。

图 海克斯康智能装配技术路线

当前，大部分汽车主机厂为了使扫描结果跟零部件工作状态时的几何尺寸一致，将零部件安装在昂贵的夹具上进行扫描。海克斯康为了节省夹具的设计制造费用，降低扫描难度，节省扫描时间，提出了虚拟装配方案，通过Simufact Welding软件能够有效的补偿重力引起的零部件变形，在简单支撑的状态下进行零部件扫描，通过仿真工具就能还原零部件的工作状态。

图 预测实际零件在指定（车辆）位置夹紧/焊接时的几何形状

从物理扫描数据到虚拟装配仿真，这个过程中的关键技术是如何把扫描的几何点云数据考虑到虚拟装配仿真中，海克斯康制造智能开发了基于扫描点云的网格处理技术（Morph），并将其集成到Simufact Welding 的新版本中，该技术将扫描的点云数据与标称几何的网格模型或冲压仿真的结构网格模型进行一键自动合成，将实际结构冲压中的变形云图考虑到子装配和总成装配模拟中，仿真使用的初始数据来自实际，装配间隙更贴合实际，更能反映实际装配中遇到的装配变形等问题，从而帮助用户通过虚拟装配优化装配变形等问题。

图 使用标称几何装配与考虑扫描数据的装配结果对比

该功能操作简单，自动化程度较高，主要流程：导入扫描数据、导入基于标称几何或冲压结果的网格、自动匹配、自动合成。