白車身焊點建模設(shè)計試驗與應(yīng)用*

袁宜友，儲亞峰，蔡 蕾，張 俊

(奇瑞汽車股份有限公司,安徽 蕪湖 241009)

0 引 言

在汽車行業(yè)白車身產(chǎn)品設(shè)計中，焊點設(shè)計是其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，焊點不僅僅是下游焊接工藝部門開展的必要輸入條件，同時也是車身CAE仿真分析的重要約束條件，相對于復(fù)雜的板料成形件建模，焊點設(shè)計顯得較為簡單，但白車身焊點多達(dá)上千個，單個焊點建模簡單，但數(shù)量巨大，其工作顯得極其繁瑣，另外，重復(fù)的工作內(nèi)容很容易導(dǎo)致錯誤的產(chǎn)生[1-3]。所以，焊點設(shè)計的建模效率及規(guī)范性顯得尤為重要，國內(nèi)、外各個汽車公司均在積極探索一種適合的高效且規(guī)范的焊點設(shè)計方法[4]。

經(jīng)調(diào)研分析，目前主流的方式是幾何表示法，即采用圓球、圓柱等幾何體曲面來代表相應(yīng)的焊點類型，制定相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行約束，并進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)高效建模設(shè)計、規(guī)范化設(shè)計和下游對接[5-9]。表1列出了當(dāng)前焊點設(shè)計模塊與傳統(tǒng)的幾何設(shè)計法對比的一些差異項。

表1 焊點設(shè)計模塊表示法和幾何表示法對比

續(xù)表1 焊點設(shè)計模塊表示法和幾何表示法對比

1 模塊設(shè)計總體概述

1.1 設(shè)計流程

內(nèi)部定義使用焊點設(shè)計模塊工作臺進(jìn)行焊點設(shè)計的設(shè)計流程如圖1所示。

(1) 建立內(nèi)部定制的標(biāo)準(zhǔn)文件

焊點設(shè)計模塊標(biāo)準(zhǔn)文件是焊點設(shè)計模塊的配置文件，是焊點設(shè)計規(guī)范的載體，制定相應(yīng)的規(guī)范并統(tǒng)一配置焊點設(shè)計模塊標(biāo)準(zhǔn)文件，并統(tǒng)一分發(fā)配置至所有設(shè)計軟件客戶端。確保公司內(nèi)部所有工作站創(chuàng)建生成的焊點均為標(biāo)準(zhǔn)焊點。

圖1 焊點設(shè)計模塊設(shè)計流程

(2) 焊點建模準(zhǔn)備

在進(jìn)入焊點設(shè)計模塊工作臺之前，需要對裝配模型預(yù)處理，主要包括：①賦予一個零件厚度；②加載材料屬性；③創(chuàng)建緊固點位置；④發(fā)布連接曲面。

(3) 加載焊點配置文件

在設(shè)計之初，依據(jù)公司焊點設(shè)計要求設(shè)置相關(guān)焊點參數(shù)和設(shè)計規(guī)則，后續(xù)創(chuàng)建焊點時，不符合設(shè)計規(guī)則的焊點會報錯，不允許創(chuàng)建。

(4) 創(chuàng)建焊點文件

裝配連接，將2個零件或者更多的零件利用最終焊接、粘合方法最終把它們組合到一起?？梢灶A(yù)先表示出連接的數(shù)量以備后期檢查使用。

連接體用來定義零件中的那些部分需要進(jìn)行連接。與裝配連接類似它也需要預(yù)先表示出連接的數(shù)量以備后期檢查使用。

① 創(chuàng)建焊點焊縫

焊接分為兩種，焊點和焊縫，焊點設(shè)計模塊提供豐富的參數(shù)可自定義各種焊點類型和符號顯示。

② 檢查焊點焊縫

焊點設(shè)計模塊提供了焊點檢查功能，可以檢查。

③ 檢查焊點命名規(guī)范

檢查設(shè)計規(guī)則，提供了多組可配置的設(shè)計規(guī)則用于焊點檢查。

④ 創(chuàng)建焊點注釋和圖紙

焊點設(shè)計模塊提供了能夠?qū)更c創(chuàng)建焊接注解和3D標(biāo)注，在創(chuàng)建二維圖紙時可進(jìn)行投影。

(5) 輸出一個焊點報告/文件

可以輸出txt、Excel等格式的報告和焊點文件，這些文件可以應(yīng)用于下游和基于文件進(jìn)行二次開發(fā)。用過焊點設(shè)計模塊，能夠?qū)С龊更c文件, 并對焊點對應(yīng)文件進(jìn)行正確性檢查。

1.2 建模前、后的Checklist(點檢表)

為了規(guī)范用戶設(shè)計，指導(dǎo)用戶正確完成設(shè)計，制定內(nèi)部Checklist，分為建模前、建模后，供用戶在相應(yīng)操作節(jié)點進(jìn)行自檢，表2為焊點設(shè)計開始前的Checklist，表3為焊點設(shè)計完成后的Checklist。

表2 焊點設(shè)計開始前的Checklist

表3 焊點設(shè)計完成后的Checklist

2 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

2.1 配置焊點設(shè)計模塊標(biāo)準(zhǔn)文件

定制焊點設(shè)計模塊標(biāo)準(zhǔn)文件：配置文件和焊點設(shè)計模塊符號庫，可通過 xls格式的配置文件進(jìn)行設(shè)置及維護(hù)。

依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來定義全局控制的焊點設(shè)計模塊標(biāo)準(zhǔn)文件來指定技術(shù)表達(dá)和參數(shù)，實現(xiàn)設(shè)計規(guī)范化的目的。

通過標(biāo)準(zhǔn)配置文件可以控制：①定義可用的連接類型；②定義各項連接類型的參數(shù)(顏色，符號)；③定義連接類型的命名規(guī)范；④定義工藝參數(shù)。

圖2展示了焊點3D符號顯示示例，可以通過不同的配置來控制焊點顯示為不同的符號[10]。

圖2 焊點設(shè)計模塊的符號設(shè)置顯示示例

為了將焊點設(shè)計模塊豐富的設(shè)置項和車身焊接多樣的焊接類型和焊接工藝要求匹配，經(jīng)過深入調(diào)研，統(tǒng)一分析，以及收集焊接工藝、白車身設(shè)計等多專業(yè)的經(jīng)驗豐富的設(shè)計工程師的建議，完成了配置文件的設(shè)置，表4為聯(lián)接類型部分配置示例，表5為焊接形狀部分示例。

表4 聯(lián)接類型配置示例

表5 焊接形狀示例

2.2 焊點位置比對分析

(1) 需要分析

車身焊點文件創(chuàng)建后，存在包含子件相同但數(shù)據(jù)層級結(jié)構(gòu)不同，如圖所示，源裝配文檔已經(jīng)存在焊點，目標(biāo)裝配文檔所包含子件與源裝配文檔下子件相同，僅組成結(jié)構(gòu)層級不同。圖3為實際實用中存在的異構(gòu)示意圖。

圖3 焊點轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)示例

通過分析調(diào)研，開發(fā)焊點自動轉(zhuǎn)換輔助工具來實現(xiàn)自動將對兩版數(shù)據(jù)的焊點文件自動轉(zhuǎn)換，實時顯示焊點位置結(jié)果，并生成Excel報表顯示差異項。

(2) 二次開發(fā)

通過焊點設(shè)計模塊提供的輸出輸入接口，并利用CAD軟件提供的二次開發(fā)軟件接口開發(fā)相應(yīng)自動化工具，實現(xiàn)了焊點坐標(biāo)位置及方向定義，導(dǎo)入焊點數(shù)據(jù)并生成新的焊點的功能,圖4為部分代碼示例。

圖4 部分關(guān)鍵實現(xiàn)代碼示例

2.3 焊點報告檢查

(1) 需要分析

創(chuàng)建的焊點報告的應(yīng)用是非常廣泛，承載了上、下游焊點信息傳遞，所以焊點報告的正確性和完整性顯得非常重要，但是焊點設(shè)計模塊工作臺導(dǎo)出報表功能存在一定的局限，導(dǎo)出的報表存在層級不對，焊點丟失等問題，工程師無法確認(rèn)報表內(nèi)容是否正確。

為了快速的驗證焊點報告的完整性和正確性，經(jīng)過調(diào)研分析，開發(fā)輔助工具，實現(xiàn)自動對焊點報告的檢查，確認(rèn)報告內(nèi)容與導(dǎo)出的焊點數(shù)據(jù)信息一致且完整,圖5為焊點檢查結(jié)果示例。

圖5 焊點檢查結(jié)果示例

(2) 部分實現(xiàn)代碼

通過焊點設(shè)計模塊提供的輸出輸入接口，利用CAD軟件提供的二次開發(fā)軟件接口開發(fā)相應(yīng)自動化工具，實現(xiàn)了通過導(dǎo)入原始和新創(chuàng)建的焊點報告，進(jìn)行位置比對，導(dǎo)出報表的功能。圖6是部分代碼片段。

圖6 部分關(guān)鍵實現(xiàn)代碼示例

3 應(yīng)用實例

自內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來，由最初單個車型試點，目前，已在所有新開發(fā)車型項目白車身設(shè)計中進(jìn)行應(yīng)用，并由以前的幾何建模方法全面切換到焊點設(shè)計模塊。圖7展示了某車身零件焊接應(yīng)用示例，展示了焊點和焊縫的顯示效果。

圖7 某車身零件焊接應(yīng)用示例(局部)

下面針對應(yīng)用過程中遇到的典型問題以及解決方案進(jìn)行說明。

3.1 創(chuàng)建的焊點不符合規(guī)范要求

如果工程師設(shè)計軟件環(huán)境未按標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境設(shè)置，那么創(chuàng)建的焊點的顯示和參數(shù)都不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為了更快速地識別出不符合規(guī)范的焊點，將焊點的顯示顏色作了修改，是最容易區(qū)分的，表6為配置的焊接元素顏色示例。

表6 焊接元素顏色配置

3.2 焊點消失

工程師從PDM系統(tǒng)打開前期更新的焊點數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)所負(fù)責(zé)層級的每個連接體單元下無焊點數(shù)據(jù)。

經(jīng)過分析焊點消失的主要原因有兩個：①工程師應(yīng)該是在焊點設(shè)計模塊焊點創(chuàng)建好后誤刪焊點設(shè)計參數(shù)設(shè)置項。②出現(xiàn)了更新錯誤時，工程師使用更新診斷工具，點擊了刪除操作，程序?qū)⑺懈洛e誤的焊點刪除。

4 結(jié) 論

通過焊點設(shè)計，實現(xiàn)了焊點設(shè)計所包含內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化、高效化，同時保證數(shù)據(jù)狀態(tài)一致，相比幾何設(shè)計，實施新的設(shè)計方法后，主要收獲體現(xiàn)在以下兩個方面。

(1) 建模效率提升：①焊點過程建模效率提升，尤其是異構(gòu)的數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換，約提升30%；②跨專業(yè)應(yīng)用效率提升：提升分析部門工作效率，如白車身工藝部門進(jìn)行一次白車身工藝規(guī)劃可節(jié)約5個人1天，同步工程節(jié)約15天。

(2) 建模質(zhì)量及集成能力提升：①初步解決原有幾何法設(shè)計法表達(dá)方法帶來的不良問題，初步實現(xiàn)設(shè)計-分析-工藝等部門數(shù)據(jù)的無縫對接；②利用焊點所帶的信息，進(jìn)行二次開發(fā)，進(jìn)行信息處理，能迅速對接集成下游應(yīng)用，形成工藝文件，如焊點信息表，焊接參數(shù)表等；③自動導(dǎo)入CAE軟件，程序自動檢查。