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)計公差為模型輸入，以設(shè)計前期的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)計前期建立虛擬裝配模型，能夠提前驗證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，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，具體裝配順序為：白車身—翼子板—前端模塊工裝—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為向，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)特點進(jìn)行分塊建模，一般將其分為3部分，分別計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（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，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的匹配間隙以及與格柵飾條下點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)計和公差設(shè)計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、快速地驗證設(shè)計方案，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)計方案缺陷，輔助實現(xiàn)將設(shè)計問題在設(shè)計階段解決的目標(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)計階段通過虛擬組裝完成車身匹配驗證和優(yōu)化，減少為實現(xiàn)尺寸匹配而進(jìn)行的樣車試制工作，縮短項目開發(fā)時間，降低試制成本。

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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