3DCS三維偏差分析軟件分析汽車柔性零件的應(yīng)用

李會　楊冬冬

【摘 要】3DCS軟件的應(yīng)用，有效降低了新產(chǎn)品所需的開發(fā)成本，同時產(chǎn)品不需要以往那么長的開發(fā)時間。文章詳細(xì)介紹了3DCS軟件的應(yīng)用及其他方面，同時分析了柔性零件在裝配期間進(jìn)行質(zhì)量評定的重要性。

【關(guān)鍵詞】3DCS三維偏差；分析軟件；汽車柔性零件

1 3DCS簡述

3DCS軟件主要運用了蒙特卡羅模擬法，以此開展公差模擬分析。蒙特卡羅算法通過計算某種隨機(jī)事件的發(fā)生概率，或通過運用實驗法來計算某個隨機(jī)變量的具體期望值，根據(jù)事件的出現(xiàn)頻率實現(xiàn)對隨機(jī)事件的發(fā)生概率進(jìn)行估計，或根據(jù)隨機(jī)變量所表現(xiàn)出的數(shù)字特征，將其作為問題的答案。公差問題若采用蒙特卡羅算法，首先需將封閉環(huán)尺寸存在的公差問題轉(zhuǎn)換成隨機(jī)變量中常見的統(tǒng)計問題，運用隨機(jī)模擬、統(tǒng)計實驗等方法來確定封閉環(huán)的尺寸公差，運用這種方法將得到與實際情況相符的結(jié)果，以下是具體步驟。

首先，了解每個組成環(huán)的具體分布，按照要求的計算精度來確定具體的模擬次數(shù)。接下來，觀察每個組成環(huán)的分布規(guī)律及范圍，隨機(jī)抽取封閉環(huán)，或是抽取組成環(huán)。然后，利用公差函數(shù)對封閉環(huán)尺寸進(jìn)行計算，不斷重復(fù)以上步驟，由此得到N個子樣并構(gòu)成樣本。最后，統(tǒng)計所有的樣本，計算封閉環(huán)的尺寸公差以及標(biāo)準(zhǔn)差，同時確定其平均值。

2 3DCS軟件分析柔性零件的應(yīng)用

通過對柔性零件進(jìn)行分解，發(fā)現(xiàn)某一區(qū)域的柔性零件與剛性體相似，可采用分塊法以及彎曲法，下面展開了詳細(xì)論述。

2.1 采用分塊法為前保建立3DCS分析模型

對前保進(jìn)行分塊處理，按照前保的具體匹配要求，將其分成3塊進(jìn)行處理，每塊前保都可視為剛性體，前保以及前格柵進(jìn)行匹配的區(qū)域可命名為Move1，前保以及前大燈進(jìn)行匹配的區(qū)域可命名為Move2，前保以及翼子板進(jìn)行匹配的區(qū)域可命名為Move3。

Move1遵循3DCS"3-2-1”的定位原則，且滿足前保、前格柵的裝配關(guān)系，要控制上下防線可選取1面或2面，也可選取3面，要控制左右方向可選取5槽，要控制前后方向可選取6槽。1和2以及3和4等基準(zhǔn)特征必須與白車身相符，5和6兩個基準(zhǔn)特征需符合前格柵；Move2的大燈和前保之間不存在裝配關(guān)系，其6個基準(zhǔn)特征都符合白車身；Move3的翼子板、前保要進(jìn)行裝配必須借助相關(guān)安裝支架。1面和2面可控制上下方向，3面也可達(dá)到這一目的，4銷以及5槽孔可控制左右方向，6銷可控制前后方向。1-6配合特征的裝配必須在翼子板上完成。

2.2 采用Bend法分析為翼子板建立3DCS分析模型

圖1和圖2是Bend法的基本原理，將物體1上的各個點安裝到物體2上，其中點11需對應(yīng)點21，點12需對應(yīng)點22，點13以及點14分別對應(yīng)的是點23以及點24。點1以及點2，還包括點3都可重合，而點14以及點24無法實現(xiàn)重合，通過采用Bend法使物體1稍微彎曲，可使點14重合于點24。Bend法可實現(xiàn)對現(xiàn)實裝配的彎曲進(jìn)行模擬。

翼子板需采取合適的處理方式，從圖3可以看出，翼子板接近于前門裝配位置，其具有良好的剛性，直線以下位置可視為非變性區(qū)域，直線以上部分則屬于彎曲變形區(qū)域。非變性區(qū)域的1面和2面，還包括3面都可控制翼子板的左右方向，孔4以及孔5則可對其前后方向進(jìn)行控制，孔6可控制其上下方向，1-6配合特征都可在白車身上完成安裝。彎曲變形區(qū)域的孔2也可對左右方向進(jìn)行控制，面5可對上下方向進(jìn)行控制，Move可模擬翼子板的安裝過程。

由此得出結(jié)論，分塊法以及彎曲法都是3DCS分析軟件經(jīng)常采用的方法，這兩種方法可適用在不同的范圍，必須按照實際的安裝需求來選擇合適的方法。彎曲法主要適用于安裝期間需進(jìn)行強(qiáng)制安裝，或發(fā)生強(qiáng)制變形，尤其是焊接或螺栓緊固期間，最好采用彎曲法。當(dāng)部分零件的體積或形狀比較大，且相應(yīng)的匹配零件數(shù)超過2個時，采用分塊法將取得更好的效果。

3 柔性零件裝配質(zhì)量評定

產(chǎn)品零件必須經(jīng)歷極其復(fù)雜的過程，從設(shè)計階段到加工生產(chǎn)階段，尤其是裝配期間難免產(chǎn)生誤差，此稱之為裝配誤差。裝配誤差容易受各種因素的影響，其產(chǎn)生原因多種多樣且根據(jù)其特征可進(jìn)行分類，一種是隨機(jī)誤差，另一種是系統(tǒng)誤差。隨機(jī)誤差可能是由于測量裝置因素導(dǎo)致，如零部件缺乏穩(wěn)定性，發(fā)生變形或零件表面油膜沒有涂抹均勻，也可能是摩擦因素導(dǎo)致。環(huán)境因素也可能導(dǎo)致隨機(jī)誤差的出現(xiàn)，如溫度和氣壓以及光照強(qiáng)度等方面發(fā)生變化。此外，操作員也是引發(fā)隨機(jī)誤差的主要因素之一，操作員進(jìn)行測量時沒有瞄準(zhǔn)，讀數(shù)不正確或操作不熟練等。

條件相同的情況下，對同一量值進(jìn)行多次測量，不能改變誤差的絕對值以及其符號。當(dāng)必須改變條件時，誤差需滿足一定的規(guī)律變化，此稱之為系統(tǒng)誤差。柔性產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計時，既不能避免系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)，也不能將其消除。在沖壓零部件上設(shè)定相應(yīng)的移動公差，可避免系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)，減少誤差的積累，同時還可使零部件具有更好的裝配質(zhì)量。柔性零件進(jìn)行裝配時，隨機(jī)誤差容易對其質(zhì)量造成影響。通過使用相關(guān)測量系統(tǒng)對零部件進(jìn)行測量，測量得到的相關(guān)數(shù)據(jù)可作為隨機(jī)變量。通過分析相關(guān)理論并進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的誤差符合正態(tài)分布，每次對零件尺寸進(jìn)行測量，得到的數(shù)據(jù)必須與理論設(shè)計值相符。隨機(jī)變量（x）含有兩種參數(shù)，其分別為μ和σ且其滿足正態(tài)分布規(guī)律，下面是隨機(jī)變量的概率密度。

在正態(tài)隨機(jī)變量中，參數(shù)μ代表數(shù)學(xué)期望，參數(shù)σ代表標(biāo)準(zhǔn)差。工件尺寸若符合正態(tài)分布要求，99.9997%的點將落入[μ-3σ，μ+3σ]區(qū)間內(nèi)，此即為6σ原理。實際生產(chǎn)時，質(zhì)量控制目標(biāo)通常為±3σ，且99.73%的產(chǎn)品需達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。若合格產(chǎn)品不超過99.73%，我們在判斷處于加工狀態(tài)的產(chǎn)品時，認(rèn)為出現(xiàn)了系統(tǒng)誤差。因此，需結(jié)合誤差對結(jié)果做進(jìn)一步分析結(jié)果，由此診斷出誤差源。

4 結(jié)論

汽車行業(yè)取得迅猛發(fā)展，顧客要求車身需具備一定舒適性，同時對車身外觀也提出了更高要求。整車設(shè)計以及制造階段難免出現(xiàn)偏差，而零部件偏差可能直接影響到整車的裝配。因此，必須不斷優(yōu)化3DCS軟件的工藝設(shè)計，避免車身在制造期間出現(xiàn)尺寸偏差，擴(kuò)大3DCS軟件的應(yīng)用領(lǐng)域，使汽車行業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展，這也是本文闡述的意義所在。

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（作者單位：國能新能源汽車有限責(zé)任公司）