喬雪，朱蕾，李靜

新能源試驗室工裝設(shè)計及測試能力提升淺析

喬雪，朱蕾，李靜

（陜西汽車集團有限責任公司，陜西 西安 710200）

隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展，新能源汽車試驗測試技術(shù)需緊跟時代發(fā)展步伐，不斷擴展提升測試能力。文章就試驗工裝設(shè)計方式方法及試驗室測試能力提升等提出了部分看法。最后，對未來試驗測試技術(shù)及試驗室發(fā)展進行了展望。

試驗工裝；試驗；測試能力；擴展提升

前言

隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展，新能源汽車零部件產(chǎn)品也得到了快速發(fā)展。設(shè)計人員越來越關(guān)注自己所設(shè)計的汽車零部件產(chǎn)品各項性能指標是否能夠滿足要求，隨之而來的是對測試需求的不斷攀升。

在一定程度上仿真軟件可以代替試驗測試，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，然而仿真計算的參數(shù)是通過測試得到的。也就是說仿真計算的準確性是離不開測試數(shù)據(jù)積累和數(shù)據(jù)驗證的。為了滿足不斷增加的試驗測試需求，試驗測試需緊跟時代發(fā)展步伐，不斷提升試驗測試能力。

試驗工裝是試驗室順利開展試驗測試不可或缺的部分，可以輔助完成多種類型產(chǎn)品的測試試驗，擴展試驗室的測試能力及測試范圍?？茖W(xué)合理的試驗工裝設(shè)計，可以滿足測試中需要的臺架強度、剛度等需求并可實現(xiàn)工裝的通用性、模塊化、靈活性、多次可重復(fù)利用性等，從而實現(xiàn)試驗成本的降低。

除通過試驗工裝外，亦有其它多種方式可擴展提升試驗室測試能力，如增設(shè)試驗設(shè)備、設(shè)備升級、多系統(tǒng)聯(lián)合測試等。

1 試驗工裝設(shè)計

1.1 新能源試驗室工裝設(shè)計意義

隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展，試驗室為適應(yīng)快速的技術(shù)發(fā)展，需要通過多種方式不斷提升自身的測試水平，擴展測試能力、測試范圍。其中科學(xué)合理的試驗工裝設(shè)計，是最為經(jīng)濟、快速、靈活的實現(xiàn)方式。

1.2 設(shè)計工具

隨著計算機輔助技術(shù)的快速發(fā)展，多款CAD軟件及仿真分析軟件作為工裝設(shè)計及分析的輔助工具可供設(shè)計人員選用。功能強大、性能穩(wěn)定成熟的CAD軟件、仿真分析軟件，如PROE、CATIA、HyperWorks、Ansys等主流軟件，早已普遍應(yīng)用于各行業(yè)工程設(shè)計及分析領(lǐng)域。

通過運用CAD類軟件強大的三維建模能力，可對試驗現(xiàn)場、待測件、試驗工裝等進行三維建模，搭建一個虛擬的測試平臺，通過這種更直觀的方式判斷試驗方案的可行性、試驗工裝設(shè)計的合理性等。通過運用仿真分析類軟件強大的分析計算能力，不僅可對工裝強度、剛度、壽命等進行分析計算，從而優(yōu)化工裝結(jié)構(gòu)合理性，還可對被測試件進行仿真分析，對試驗結(jié)果進行預(yù)測、分析、被測件性能優(yōu)化。

1.3 試驗工裝設(shè)計注意事項

由于試驗產(chǎn)品的多樣性，因此試驗工裝大多是為滿足特定試驗或特定環(huán)境而設(shè)計的非標件，部分工裝甚至僅適用于某件單一特定的試驗產(chǎn)品，如果不能科學(xué)合理地進行工裝設(shè)計，在造成浪費、增加試驗成本的同時，甚至?xí)涎釉囼炛芷?，造成產(chǎn)品開發(fā)周期的延長。

試驗工裝科學(xué)合理的設(shè)計需要遵循一定的注意事項。

（1）綜合考慮試驗要求及試驗室環(huán)境因素，合理試驗工裝結(jié)構(gòu)布局。試驗室空間往往有限，特別是可用于試驗的空間并不是無限大的，這受制于諸如場地大小、設(shè)備可測試范圍、傳感線允許的工作長度、待測試件工作特性、尺寸大小等的影響。

設(shè)計工裝前，應(yīng)充分理解試驗要求，并對試驗室的環(huán)境條件熟悉了解，充分理解待測件在試驗測試時對工裝的要求及相應(yīng)的空間布局，設(shè)計工裝時充分滿足試驗需求的同時，還應(yīng)注意避讓工裝與其他設(shè)備、零部件等可能產(chǎn)生干涉的位置?？上群喴治鲈囼炇噎h(huán)境情況，如圖1所示。通過評估試驗可利用空間，對工裝位置及尺寸大小等進行限制，避免盲目設(shè)計造成的浪費。這種綜合考慮試驗室環(huán)境因素設(shè)計工裝的理念，也是一種驗證待測件是否能夠在試驗室有限資源條件下進行試驗的評估方式，如果不適合則可盡早更改試驗方案或委托合適的試驗室開展測試，從而節(jié)約時間成本。

圖1 試驗測試環(huán)境概況圖

（2）標準化、模塊化、通用化設(shè)計。試驗工裝一般情況大多為非標準件，并且部分工裝僅僅適合單一的被測件，通用性不強，導(dǎo)致每次新的試驗都需要專門定制工裝，一定程度上增加了試驗成本。當然，由于被測件的多樣性，工裝制作不可避免。為提高工裝的可持續(xù)利用性，在設(shè)計工裝時應(yīng)遵循標準化、模塊化、通用化設(shè)計理念，從根本上提高工裝的通用性能。

設(shè)計中運用標準化、通用化設(shè)計理念，國家標準或企業(yè)標準中有相關(guān)規(guī)定的盡量優(yōu)先遵循標準要求進行設(shè)計。遵循國標及企標設(shè)計的工裝更加利于加工制作、成品購買及配套部件的匹配，當工裝發(fā)生損壞時，甚至更容易更換部件。試驗工裝的通用性應(yīng)強，除適用于當前試驗要求外，應(yīng)盡量考慮多場合、多用途的可適用性、工裝間的可互換性等。通過合理設(shè)計，最大限度削弱非標工裝的特異性。

模塊化設(shè)計思想將工裝設(shè)計抽象化、功能化。針對復(fù)雜工裝的設(shè)計，可將復(fù)雜的工裝抽象打散為多個不同的功能模塊，模塊間抽象為連接端口，將不同的功能模塊分別安排于不同的設(shè)計人員開展設(shè)計，最終通過模塊間共用的連接端口將各模塊整合為完整統(tǒng)一體，如圖2所示。通過這種“打散”再“整合”的設(shè)計思路，在面對復(fù)雜的試驗工裝設(shè)計時，可簡化設(shè)計過程，減輕設(shè)計人員的工作負擔，每位設(shè)計人員僅需專注于某塊功能模塊的設(shè)計即可，大大縮短了工裝的設(shè)計周期及難度。并且模塊化的設(shè)計方式，增加了工裝使用的靈活性及可重復(fù)利用性，當試驗內(nèi)容發(fā)生變化時，可保留部分模塊結(jié)構(gòu)不變，僅針對變化模塊進行適當?shù)脑O(shè)計變動即可。

圖2 模塊化工裝設(shè)計理念

（3）對工裝性能合理分析驗證，確保設(shè)計成品滿足試驗環(huán)境需求。試驗工裝的剛強度、壽命等性能優(yōu)劣直接關(guān)系試驗安全，因此需借助仿真分析軟件對工裝進行分析評價，從而識別設(shè)計缺陷，優(yōu)化改進設(shè)計過程，提高工裝設(shè)置質(zhì)量和可靠性，進一步降低設(shè)計周期和成本，確保試驗安全。

（4）成本合理。工裝的使用壽命、設(shè)計制作難度、材料選用等都是構(gòu)成工裝成本的影響因素。針對工裝的適用場合、使用頻次、強度、剛度等的需求，可對工裝進行合理分類科學(xué)設(shè)計。

針對強度、剛度要求高、使用頻繁、不經(jīng)常更換的試驗工裝，設(shè)計時應(yīng)留有足夠的安全裕量及壽命裕量，這類工裝質(zhì)量及壽命近于永久性使用。對于永久性使用工裝，應(yīng)確保工裝不會出現(xiàn)頻繁修復(fù)、損毀等現(xiàn)象，以高穩(wěn)定性、合理的結(jié)構(gòu)、足夠長的使用壽命來體現(xiàn)對成本的優(yōu)化，因而輕量化不應(yīng)作為此類工裝優(yōu)先考慮的降成本方式。

對于使用頻次低、強度剛度等要求不高的工裝或損耗類工裝，可通過選取更廉價、更常見的材料、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、輕量化設(shè)計等手段降低成本。

工裝成本的降低除通過選用常見材料外，還應(yīng)綜合考慮工裝制作的工藝成本，設(shè)計的工裝應(yīng)在滿足功能的前提下合理圖紙設(shè)計要求。如能夠以簡單工藝滿足的制作盡量不提過高要求，圖紙中各部件尺寸公差、形位公差應(yīng)適度標注，工裝各部件結(jié)構(gòu)盡量簡單易于制作。如圖3所示，（a）的倒角比（b）的倒圓角工藝成本更低，更便于制作，且對使用功能無影響。

圖3 工藝圖

面對新能源汽車技術(shù)日新月異的發(fā)展變化，試驗試驗測試能力更是需要不斷擴展。通過多方面、多因素的綜合考慮設(shè)計工裝以滿足多元化的測試要求。既可以滿足傳統(tǒng)試驗要求及新增試驗要求，再配以相應(yīng)的試驗設(shè)備和人員，從而擴展試驗室的測試能力及測試范圍。

2 試驗室測試能力擴展提升

2.1 試驗室測試能力擴展方式方法

試驗室的規(guī)劃建設(shè)往往受制于當前的技術(shù)水平、規(guī)劃目標、測試設(shè)備性能、資金限制、場地限制等因素，因此建設(shè)完成的試驗室測試能力必然會有一定限制范圍。隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展，測試需求的增加促使試驗室急需擴展測試能力及測試領(lǐng)域范圍，以滿足不斷發(fā)展的測試需求。擴展提升試驗室測試能力的方式有很多，如利用工裝設(shè)計改善測試條件、通過培訓(xùn)提升測試人員技術(shù)水平、購置新設(shè)備擴展測試能力、擴建試驗室、規(guī)劃新試驗室等。

通過試驗工裝設(shè)計來提升試驗室測試能力，是最為經(jīng)濟、快速、靈活的實現(xiàn)方式。在現(xiàn)有試驗室條件較為成熟的前提下，如試驗設(shè)備測試范圍能夠基本滿足被測件需求、試驗室環(huán)境僅需要略加改變等情況，即可通過試驗工裝設(shè)計改善試驗條件，再配合以新設(shè)備購置、提升測試人員技術(shù)水平等，能夠在較短時間內(nèi)提升試驗室測試能力、增加試驗種類。

試驗室的擴建、新試驗室的規(guī)劃等適用于時間及資金較充足條件下開展。通過引進新技術(shù)、新設(shè)備、更充裕的場地、更科學(xué)的設(shè)計等，從根本上提升試驗室等級。當然，該過程中涉及資金申請、建設(shè)方案評審、設(shè)備評審、招標等繁雜流程，需要足夠的時間及資金。

2.2 對未來試驗測試、試驗室發(fā)展的展望

試驗室建設(shè)不易，耗費人力、物力、資源，能夠一勞永逸擁有一個功能全面、適應(yīng)性強、便于改造升級的試驗室是任何組織單位所希望的。更加智能、試驗平臺搭建更加靈活多變、省時省力、場地適應(yīng)性更強、試驗結(jié)果可智能記錄分析、便于升級、易于實現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等能力，成為了試驗室越來越迫切的需求。

圖4 智能化試驗室測試構(gòu)想

圖4所示為一種智能化試驗室測試構(gòu)想。如圖所示，在該試驗室中，試驗人員可僅通過計算機設(shè)備發(fā)送命令對試驗現(xiàn)場進行控制，該控制不僅指對測試啟停、數(shù)據(jù)記錄等的控制，而是包含對設(shè)備移動、調(diào)用、測試臺架連接安裝等的智能控制。通過試驗人員下達的命令，試驗現(xiàn)場中的設(shè)備、被測件、傳感器、工裝等試驗材料通過智能軌道運輸至需要安裝的位置，再通過智能自動機械手臂，最終完成被測件的臺架安裝。同時試驗測試數(shù)據(jù)自動向試驗計算機反饋，計算機根據(jù)試驗需求自動記錄、分析測試數(shù)據(jù)并輸出結(jié)果，試驗結(jié)果可與模擬仿真分析結(jié)果相對比分析，調(diào)整仿真狀態(tài)，并將調(diào)整后狀態(tài)反饋試驗計算機，從而通過試驗計算機完成對試驗測試狀態(tài)的調(diào)整，進而反復(fù)開展試驗測試并記錄、分析測試數(shù)據(jù)。此構(gòu)想可使試驗測試實現(xiàn)自動化、智能化，并且試驗測試與仿真分析結(jié)合，快速優(yōu)化仿真模型，試驗測試不但得到了產(chǎn)品的實際測試數(shù)據(jù)，并且可獲得可靠優(yōu)質(zhì)的仿真分析模型。通過該仿真分析模型，即可解決系列類似產(chǎn)品的準確分析結(jié)果，從而減少試驗測試成本。

3 結(jié)束語

相信隨著試驗室設(shè)備、規(guī)劃、技術(shù)、工裝等的迅速發(fā)展，新能源試驗室的測試能力、測試范圍會不斷擴展提升，越來越能夠適應(yīng)、匹配快速發(fā)展的新能源汽車技術(shù)。

[1] 李心,王永冠,王葉青,林達文,王進.利用Abaqus進行模塊化試驗工裝的設(shè)計方法[J].計算機輔助工程,2013-10（22）:342-348.

[2] 黃輝,毛祖棋,黎福傳.汽車零部件產(chǎn)品壽命試驗的實驗室工裝管理[J].現(xiàn)代測量與實驗室管理,2016,24（6）:61-62.

[3] 孫自強,時亞州,王小衛(wèi),易果,王國順.基于力學(xué)計算的靜力試驗工裝參數(shù)化設(shè)計[J].機械工程師,2018（2）:70-73.

[4] 安志峰,張昭,王大威,李鵬肖.汽車試驗室建設(shè)與研發(fā)設(shè)備管理淺析[J].工程與試驗,2016（56）:76-78.

[5] 關(guān)云霞.應(yīng)用型本科新能源汽車實驗室建設(shè)探析[J].時代汽車,2017（14）:19-19.

[6] 薛淑敏.智能化網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)平臺的探究[J].電子設(shè)計工程,2014（15）:57-58.

Analysis on Tool Design and Testing Ability Improvement of New Energy Laboratory

Qiao Xue, Zhu Lei, Li Jing

（Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

With the rapid development of new energy automobile technology,the test technology of new energy automobile needs to keep pace with the development of the times,and constantly expand and improve the test capability.This paper puts forward some opinions on the design method of test fixture and the improvement of test ability in laboratory.Finally,the future test technology and laboratory development are prospected.

Test tooling; Test; Testing ability; Extension and promotion

U467

A

1671-7988(2019)18-151-03

U467

A

1671-7988(2019)18-151-03

喬雪（1989-），女，助理工程師，就職于陜西汽車集團有限責任公司技術(shù)中心，從事新能源汽車動力電池系統(tǒng)、電機等零部件測試研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.050