三維偏差分析技術(shù)在前大燈區(qū)域匹配質(zhì)量分析中的應(yīng)用

代 彤，潘 強(qiáng)，房振飛，劉永星 Dai Tong，Pan Qiang，F(xiàn)ang Zhenfei，Liu Yongxing

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三維偏差分析技術(shù)在前大燈區(qū)域匹配質(zhì)量分析中的應(yīng)用

代 彤，潘 強(qiáng)，房振飛，劉永星 Dai Tong，Pan Qiang，F(xiàn)ang Zhenfei，Liu Yongxing

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300 ）

借助三維偏差分析軟件3DCS對某車型前大燈區(qū)域的匹配質(zhì)量進(jìn)行分析及優(yōu)化，以相關(guān)零部件的定位結(jié)構(gòu)、配接關(guān)系、裝配順序、設(shè)計(jì)公差為模型輸入，以設(shè)計(jì)前期的DTS（Dimensional Technical Specification，尺寸技術(shù)規(guī)范）為分析目標(biāo)，將相關(guān)零部件按照理論裝配過程進(jìn)行虛擬組裝，建立三維偏差分析模型，對前大燈與周邊件的匹配間隙和面差進(jìn)行虛擬偏差分析，優(yōu)化相關(guān)件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提高分析目標(biāo)的合格率。

三維偏差分析；蒙特卡洛；前大燈；匹配質(zhì)量

0 引 言

汽車制造工程是一個系統(tǒng)化的集成工程，一輛汽車是一個包含14 000～16 000個零部件，超過800個供應(yīng)商，在70多個裝配站上使用150多套夾具進(jìn)行定位夾緊，使用4 000多個焊點(diǎn)進(jìn)行固接的復(fù)雜裝配體[1]，車身裝配過程中零部件之間的約束方式和裝配工序繁多，針對車身裝配偏差累積的分析十分復(fù)雜[2]，三維偏差分析技術(shù)的應(yīng)用能夠更加合理地分析整車的外觀質(zhì)量問題。三維偏差分析技術(shù)能夠模擬零部件在裝配過程中的偏差，包括外形偏差、輪廓誤差和裝配誤差[3]。偏差直接作用于零部件之上，改變其形位，通過大量的運(yùn)動路線模擬裝配過程，可以直觀感受裝配過程，并根據(jù)分析結(jié)果對零部件的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。

1 基于3DCS模型的分析

1.1 三維偏差分析流程

三維偏差仿真分析的載體為三維模型，根據(jù)零部件的定位結(jié)構(gòu)、工裝夾具、工藝流程及裝配順序建立分析模型，將相應(yīng)公差附加在零部件的裝配和測量等特征處，根據(jù)分析目標(biāo)要求建立合理的測量，運(yùn)行仿真分析，針對超差位置制定優(yōu)化方案，減少重復(fù)工作，提高設(shè)計(jì)方案合理性[4]，三維偏差分析的具體流程如圖1所示。

1.2 解析分析目標(biāo)創(chuàng)建測量

前大燈區(qū)域匹配質(zhì)量要求需要綜合考慮競標(biāo)車水平、零部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、客戶感知要求、零部件制造精度以及車間制造水平等因素，在設(shè)計(jì)前期建立虛擬裝配模型，能夠提前驗(yàn)證DTS（Dimensional Technical Specification，尺寸技術(shù)規(guī)范）定義要求和相關(guān)零部件的設(shè)計(jì)方案。建立分析模型過程中，根據(jù)DTS定義要求建立相關(guān)測量，某車型前大燈區(qū)域的DTS定義值布置的相應(yīng)測點(diǎn)如圖2所示，其中G為間隙，F(xiàn)為面差（下同）。

1.3 零部件的裝配順序及定位方案

解析相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對該前大燈區(qū)域的分析目標(biāo)存在影響的零部件包括白車身總成、前端模塊、翼子板總成、發(fā)動機(jī)蓋總成、發(fā)動機(jī)蓋鉸鏈、前大燈總成、前保險杠和上格柵等，具體裝配順序?yàn)椋喊总嚿怼碜影濉岸四K工裝—前端模塊—發(fā)動機(jī)蓋工裝—發(fā)動機(jī)蓋鉸鏈—發(fā)動機(jī)蓋總成—前大燈安裝支架—前大燈—前保險杠安裝支架—前保險杠總成。

因格柵亮條與前大燈亮條之間的匹配質(zhì)量對整車感知影響較大，且后期匹配比較困難，在方案設(shè)計(jì)階段為保證該處匹配質(zhì)量，對相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，格柵亮條與前大燈亮條之間的匹配間隙方向?yàn)橄?，格柵隨前保一起向定位在前端模塊上，前大燈向定位在翼子板上，為保證匹配間隙將前端模塊工裝的向也定位在翼子板上，并使結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)前端模塊的向?qū)χ?，保證左右側(cè)間隙的一致性。

3DCS軟件建模分析時一般將零部件假設(shè)為剛性件，對于柔性較大的前?？偝稍诮７治鰰r需要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分塊建模，一般將其分為3部分，分別計(jì)算與翼子板的匹配質(zhì)量、與前大燈的匹配質(zhì)量以及與發(fā)動機(jī)蓋的匹配質(zhì)量。

1.4 前大燈區(qū)域仿真分析結(jié)果

測量要求根據(jù)DTS進(jìn)行設(shè)定，統(tǒng)計(jì)結(jié)果中只列出超差風(fēng)險及6值，超差風(fēng)險在5%以內(nèi)認(rèn)為滿足設(shè)計(jì)要求，在輸出結(jié)果中顯示為白底黑字；超差風(fēng)險在5%～10%之間認(rèn)為存在一定風(fēng)險，在輸出結(jié)果中顯示為灰底黑字；超差風(fēng)險在10%以上認(rèn)為超差比較嚴(yán)重，在輸出結(jié)果中顯示為黑底白字。對黑底白字的分析目標(biāo)必須制定相應(yīng)的優(yōu)化方案進(jìn)行優(yōu)化，前大燈區(qū)域匹配分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 前大燈區(qū)域原始分析結(jié)果

由圖3分析結(jié)果可知，格柵亮條與前大燈亮條的匹配間隙（A-1）在最下點(diǎn)（G3）處存在一定超差風(fēng)險，發(fā)動機(jī)蓋與前大燈匹配面差（A-2、A-3）存在一定超差風(fēng)險，前大燈與翼子板在最上點(diǎn)處（A-4）和發(fā)動機(jī)蓋與前大燈匹配間隙（A-2、A-3）超差風(fēng)險較大，需要根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。

發(fā)動機(jī)蓋與前大燈匹配間隙和面差分析結(jié)果如圖4所示，以A-2為例，綜合零部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分析過程，前大燈與前保險杠總成的匹配間隙由前端模塊的工裝進(jìn)行保證，為保證向匹配面差，前保險杠總成向定位在前大燈上，前大燈與翼子板之間有直接定位點(diǎn)，所以二者之間的匹配關(guān)系較容易保證，前大燈與發(fā)動機(jī)蓋總成之間無直接定位關(guān)聯(lián)，且二者之間尺寸鏈較長，匹配間隙和面差均存在超差風(fēng)險。

2 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化及優(yōu)化結(jié)果

2.1 零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化及分析結(jié)果

分析結(jié)果顯示前大燈向定位點(diǎn)精度對二者匹配間隙影響較大，因結(jié)構(gòu)原因前大燈向定位方案不穩(wěn)健，且發(fā)動機(jī)蓋總成前向定位點(diǎn)在前端模塊上，前端模塊向定位在翼子板上，優(yōu)化方案為將前大燈向定位點(diǎn)后移，直接定位在翼子板上。

前大燈定位方案優(yōu)化后，發(fā)動機(jī)蓋與前大燈之間的匹配間隙和面差分析結(jié)果如圖5所示。

發(fā)動機(jī)蓋與前大燈的匹配間隙超差風(fēng)險由24.71%降低到7.69%，6值由5.18減小為3.39，改善效果顯著；匹配面差的超差風(fēng)險由9.41%降低到9.08%，6值由3.58減小為3.55，改善效果較小，不滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 分析目標(biāo)優(yōu)化及分析結(jié)果

對前大燈的定位方案優(yōu)化之后，前大燈與發(fā)動機(jī)蓋總成的匹配間隙和面差均得到改善，但是依然存在較大超差風(fēng)險，發(fā)動機(jī)蓋匹配面處公差為（1.2±0.6）mm、前大燈總成匹配面處公差為（1.4±0.7）mm，且發(fā)動機(jī)蓋與側(cè)圍之間在后端存在向匹配間隙，調(diào)整量有限，該處匹配間隙和面差DTS定義均為±1.0 mm，后期匹配困難，建議將該處DTS定義更改為±1.2 mm，并在前大燈上添加密封條改善該處感知質(zhì)量。

將DTS定義值優(yōu)化后的分析結(jié)果如圖6所示。由圖6分析結(jié)果可知，經(jīng)過前大燈定位方案優(yōu)化以及DTS定義值優(yōu)化之后，發(fā)動機(jī)蓋與前大燈之間的匹配間隙超差風(fēng)險為3.38%，匹配面差超差風(fēng)險為4.24%，基本滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 優(yōu)化后前大燈區(qū)域的分析結(jié)果

模型優(yōu)化后，前大燈區(qū)域的匹配質(zhì)量仿真分析結(jié)果如圖7所示。

圖4 A-2匹配間隙和面差分析結(jié)果

圖5 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后A-2匹配間隙和面差分析結(jié)果

圖6 目標(biāo)優(yōu)化后A-2匹配間隙和面差分析結(jié)果

圖7 優(yōu)化后前大燈區(qū)域分析結(jié)果

由圖7分析結(jié)果可知，優(yōu)化后前大燈區(qū)域的匹配質(zhì)量分析結(jié)果基本滿足設(shè)計(jì)要求，前大燈與發(fā)動機(jī)蓋之間的匹配間隙改善明顯，由24.71%的超差風(fēng)險降低為3.06%，優(yōu)化前大燈定位方案提升了定位的穩(wěn)健性，前大燈與翼子板上點(diǎn)的匹配間隙以及與格柵飾條下點(diǎn)的匹配間隙均得到改善，且超差風(fēng)險在可接受范圍內(nèi)，模型整體優(yōu)化效果顯著，建議執(zhí)行優(yōu)化方案。

3 結(jié)論與展望

三維偏差分析技術(shù)在某車型前大燈區(qū)域匹配質(zhì)量分析中的應(yīng)用表明，其在DTS定義、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和公差設(shè)計(jì)過程中起著重要的作用，三維偏差分析結(jié)果能夠更加超前、快速地驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，并直觀展示虛擬裝配過程，通過圖形化的界面表達(dá)分析結(jié)果，提前暴露設(shè)計(jì)方案缺陷，輔助實(shí)現(xiàn)將設(shè)計(jì)問題在設(shè)計(jì)階段解決的目標(biāo)，這是汽車同步工程的重要組成部分。

三維偏差分析技術(shù)的發(fā)展能夠推動虛擬工程樣車系統(tǒng)的完善，在設(shè)計(jì)階段通過虛擬組裝完成車身匹配驗(yàn)證和優(yōu)化，減少為實(shí)現(xiàn)尺寸匹配而進(jìn)行的樣車試制工作，縮短項(xiàng)目開發(fā)時間，降低試制成本。

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[2]熊潔. 三維偏差分析軟件在汽車開發(fā)中的應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2010，22（292）：92-95.

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2017-09-05

1002-4581（2017）06-0037-04

U463.65+1.02

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2017.06.011