數(shù)字模擬階段的控制及提升

文/楊慶志，曹江懷·奇瑞汽車股份有限公司

奇瑞汽車通過十多年的正向開發(fā)，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)過程中都會(huì)產(chǎn)生表面缺陷。具體有產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段、沖壓工藝（模具）設(shè)計(jì)階段，模具制造階段，批量生產(chǎn)管理，板料性能控制等。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)作為整車開發(fā)的第一階段，若自身帶有大量缺陷、工藝無法解決的問題而導(dǎo)致表面缺陷，將無法在后期的實(shí)物開發(fā)階段解決。本文將重點(diǎn)針對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)階段產(chǎn)生車身覆蓋件缺陷的原因，識(shí)別方法、控制方法及改善方法等方面進(jìn)行探討。

設(shè)計(jì)階段面品控制的幾個(gè)階段

產(chǎn)品數(shù)據(jù)階段大致可以分為油泥模型階段、點(diǎn)云掃描階段、CAS階段、數(shù)據(jù)分析階段（即同步工程階段）。油泥模型為手工制作，型面偏差3mm極為正常，且覆蓋件及整車表面質(zhì)量相對(duì)較差，只能進(jìn)行大致的造型和基礎(chǔ)的沖壓工藝分析。

油泥模型評(píng)審?fù)瓿珊?，?huì)有專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行點(diǎn)云掃描、點(diǎn)云輸入、點(diǎn)云處理，進(jìn)行詳細(xì)的A面設(shè)計(jì)。以一個(gè)車型為主：一般情況下，要求有比較嚴(yán)格的A級(jí)曲面，由四個(gè)人來完成，需要約兩個(gè)月時(shí)間（不包括掃面時(shí)間）。

第一階段

主要是根據(jù)掃描的點(diǎn)云及模型的特征做出完整的數(shù)字模型，模型的局部過渡區(qū)域不一定要花費(fèi)大量的時(shí)間做到與基礎(chǔ)面G3連續(xù)，一般做到G1連續(xù)即可，我們一般稱之為C級(jí)表面。但是主要的面及母體一定要做到精度足夠好，不然第二階段會(huì)花費(fèi)更多時(shí)間來做修改。另外一點(diǎn)就是盡可能的接近點(diǎn)云（如果點(diǎn)云的質(zhì)量足夠好），因?yàn)辄c(diǎn)云是反映了模型的特性，通常要求尺寸精度控制在0.5mm之內(nèi)。此時(shí)，數(shù)據(jù)表面質(zhì)量調(diào)整的工作大約完成了50%。

第二階段

主要是精確的制作B級(jí)曲面，一些細(xì)節(jié)的調(diào)節(jié)，主要是對(duì)型面、過渡面、特征、匹配關(guān)系等進(jìn)行更改。此階段一般情況下都是拋開了點(diǎn)云，在C級(jí)表面的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到G2連續(xù)。此時(shí)，數(shù)據(jù)表面質(zhì)量調(diào)整的工作大約完成了70%。

第三階段

主要是精確的制作A級(jí)曲面，此階段不需要對(duì)型面、過渡面、特征、匹配關(guān)系等進(jìn)行更改，僅需要進(jìn)行面的精細(xì)化調(diào)整。對(duì)于A級(jí)曲面，必須滿足相鄰曲面之間的間隙在0.005mm以下（有些汽車廠甚至要求到0.001mm），切向改變（tangency change）在0.16°以下，曲率改變（curvature change）在0.005°以下等，符合這些標(biāo)準(zhǔn)才能確保汽車表面覆蓋件的環(huán)境反射不會(huì)存在瑕疵（各企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求不一致，對(duì)面的質(zhì)量要求可能存在差異，此處數(shù)據(jù)僅供參考）。此時(shí)，數(shù)據(jù)表面質(zhì)量調(diào)整的工作大約完成了98%。

最后根據(jù)完成的A面銑削整車模型，顯示真實(shí)效果如圖1所示，再根據(jù)實(shí)物效果進(jìn)行評(píng)估和改進(jìn)。此時(shí)，修改的地方已經(jīng)極少了。

圖1 數(shù)據(jù)模型A面連續(xù)性的對(duì)比示意圖

從點(diǎn)云掃描一直到?jīng)_壓模具調(diào)試出件，大約需要近三年時(shí)間，在這個(gè)較長(zhǎng)的階段，我們所接觸的都是油泥模型和數(shù)據(jù)模型，如何在此階段內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)表面質(zhì)量評(píng)估和改進(jìn)，就涉及到我們現(xiàn)在常用的數(shù)據(jù)模擬分析。

設(shè)計(jì)階段數(shù)值面品模擬評(píng)價(jià)方法

汽車A級(jí)曲面，是能被用戶直接觀察到的表面。對(duì)于A級(jí)曲面，主要的模擬評(píng)價(jià)方法有三種，斑馬線、曲面曲率法和色彩光照?qǐng)D，常用的方法為前兩種。

⑴斑馬線法主要是通過軟件模擬曲面的高光。高光對(duì)曲面上點(diǎn)的法矢方向的變化十分敏感。輪廓圖的雜亂無章表明曲面上相應(yīng)區(qū)域內(nèi)曲率分布不均。在G1連續(xù)的邊界處，高光輪廓圖有斷點(diǎn)，對(duì)G0連接則不連續(xù)如圖2所示。

圖2 斑馬線分析

⑵不規(guī)則的輪廓圖表明曲面上相應(yīng)區(qū)域質(zhì)量不好（不光順）。曲率半徑檢查比高光檢查容易，因此在設(shè)計(jì)階段常采用這種方法。但是，僅用曲率輪廓圖檢查對(duì)于評(píng)估曲面質(zhì)量是不夠的。因?yàn)橛袝r(shí)曲率輪廓圖看起來很好，但是高光分布圖（圖3）有波動(dòng)，必須對(duì)曲面進(jìn)行修改——曲面斷面線法。

圖3 高光分布圖分析

設(shè)計(jì)階段數(shù)值面品模擬的開展實(shí)例介紹

對(duì)CAS面質(zhì)量進(jìn)行檢查(free style環(huán)境下)并提出工藝問題，推動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)行同步更改。首先利用CATIA軟件，斑馬線檢查面視覺效果：點(diǎn)擊斑馬線檢查命令，設(shè)置如圖4所示，檢查CAS面鈑金部分是否存在疊加、不連續(xù)、不對(duì)等等現(xiàn)象。

例如對(duì)某車型門外板進(jìn)行斑馬線檢查，檢查結(jié)果見表1和圖5。

圖4 CATIA斑馬線分析示例

圖5 CATIA斑馬線分析缺陷部位詳細(xì)展示

表1 某后門斑馬線檢測(cè)缺陷列表

設(shè)計(jì)階段面品控制的前期工藝要求輸入

在油泥模型制作前期和數(shù)據(jù)優(yōu)化的第一階段、第二階段，工藝開發(fā)部門可以優(yōu)先將工藝需求發(fā)送至造型部門，在項(xiàng)目的前期進(jìn)行規(guī)避。可提高數(shù)據(jù)的表面質(zhì)量、工藝性，也可減少后期優(yōu)化所浪費(fèi)的人力、物力及時(shí)間。

例如：前翼子板相關(guān)尺寸和結(jié)構(gòu)形式的需求，如圖6所示的油泥造型，就存在四個(gè)問題需要在設(shè)計(jì)前期考慮。

圖6 數(shù)字樣車翼子板缺陷圖

大燈配合區(qū)域

零件尖角θ小于30°(2D)，零件此處表面變形；大燈尖角處R角值太小，成形、翻邊質(zhì)量差；模具強(qiáng)度弱、壽命短，如圖7所示。

圖7 翼子板尖角示意圖

以上問題的更改建議方案以及相應(yīng)的推薦更改方案，如圖8所示。

前翼子板與發(fā)動(dòng)機(jī)罩分界線區(qū)域

分界原則：盡量增大發(fā)動(dòng)機(jī)罩的面積，減少翼子板的面積，分界線盡量為直線。

圖8 翼子板尖角更改推薦方案

原因：減少翼子板的面積可以有效改善翼子板上部側(cè)整的量，進(jìn)而減輕翼子板回彈；同時(shí)可以降低間隙對(duì)外觀的影響，圖9為問題描述和更改建議示意圖。

圖9 翼子板分塊建議示意圖

翼子板與側(cè)圍、前門配合區(qū)（三角區(qū)）

問題：翼子板與側(cè)圍、三角塊的分界線不佳，導(dǎo)致翼子板三角塊區(qū)成形困難，面品不佳。翼子板與側(cè)圍、三角塊的分界線不佳，導(dǎo)致翼子板三角區(qū)成形困難，翻邊開裂；翼子板與側(cè)圍尺寸配合很難控制，如圖10所示；翼子板三角區(qū)域更改建議，如圖11所示。

門檻配合區(qū)

問題：翼子板下部與門檻配合區(qū)為A面，與側(cè)圍門檻匹配困難，成形復(fù)雜，更改建議，如圖12所示。

圖10 翼子板三角區(qū)域問題

圖11 翼子板三角區(qū)域更改建議

圖 12 翼子板下部分塊建議

結(jié)束語

本文通過對(duì)油泥模型到數(shù)據(jù)完成的整個(gè)過程，各階段的表面質(zhì)量工作開展、質(zhì)量要求等進(jìn)行介紹。簡(jiǎn)述了一種最為常用、簡(jiǎn)單、快捷的表面質(zhì)量檢查方式，并通過實(shí)例講解，建議將工藝對(duì)造型、數(shù)據(jù)的要求等提前輸入給造型部門及表面數(shù)據(jù)處理部門，做到提前控制、規(guī)避。

表面質(zhì)量較高的A面數(shù)據(jù)是車身表面質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，沒有好的數(shù)據(jù)，必定沒有好的實(shí)物質(zhì)量。車身表面質(zhì)量控制需要從油泥模型及初步數(shù)據(jù)開始，貫穿整個(gè)項(xiàng)目開發(fā)。