汽車產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量關(guān)鍵技術(shù)研究

□ 馮賀平 □ 趙 鋼 □ 儲亞峰 □ 杜宏艷

奇瑞汽車股份有限公司 安徽蕪湖 241009

1 研究背景

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,汽車開發(fā)的所有軟硬件大多以產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)為核心。如果產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)存在問題,那么生產(chǎn)出的零部件由質(zhì)檢部門進(jìn)行檢驗(yàn)并發(fā)現(xiàn)問題,然后返工修正,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,同時(shí)會(huì)增加成本,削弱企業(yè)的市場競爭力。如何在早期發(fā)現(xiàn)零部件存在的問題并進(jìn)行改正,減少開發(fā)人員對產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)的處理時(shí)間,是汽車行業(yè)內(nèi)執(zhí)行產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量管理的重要目的[1-3]。

國外車企將產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量視為虛擬的產(chǎn)品質(zhì)量,并根據(jù)自身的發(fā)展策略制訂不同階段的產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。如某日系主機(jī)廠的供應(yīng)商采用專業(yè)質(zhì)量檢查軟件,針對車型項(xiàng)目的數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查,并自動(dòng)修復(fù)。檢查合格會(huì)賦予旗幟標(biāo)志,帶有旗幟標(biāo)志的數(shù)據(jù)可以順利通過審核,否則數(shù)據(jù)會(huì)被退回重新修改[4]。

2 存在的問題

當(dāng)前奇瑞公司計(jì)算機(jī)輔助工程部門專司結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、模態(tài)分析和溫度場分析,計(jì)算機(jī)輔助工程部門和車身部門等使用的產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)存在非相切面、碎面、狹窄面、面與面之間間隙大或扭曲等數(shù)據(jù)質(zhì)量問題。這些問題會(huì)產(chǎn)生如下不良影響:① 影響設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)度,如在產(chǎn)品開發(fā)后期才發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題,則會(huì)使數(shù)據(jù)修改周期變得更長;② 造成產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換失真,影響虛擬評審結(jié)果;③ 影響計(jì)算機(jī)輔助工程的前處理分析進(jìn)程,如增加數(shù)據(jù)處理時(shí)間、無法進(jìn)行網(wǎng)格劃分等;④ 造成沖壓同步工程分析結(jié)果不準(zhǔn)確,影響模具、檢具、夾具的加工質(zhì)量。

針對以上問題,從兩個(gè)方面入手,對產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)。一是制訂管理業(yè)務(wù)規(guī)則,對車身、底盤、內(nèi)外飾、電子電器等專業(yè)每個(gè)階段發(fā)布的產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)提出質(zhì)量要求,并與產(chǎn)品開發(fā)流程相融合。二是應(yīng)用數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查及修復(fù)工具,快速、有效識別產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)的幾何質(zhì)量問題,并進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)。

3 產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)建設(shè)

應(yīng)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)對奇瑞公司生產(chǎn)的產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量管控和檢查,檢查合格后方能正式使用。產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)主要從功能、應(yīng)用程序接口、性能要求和軟件幫助四個(gè)方面進(jìn)行建設(shè),如圖1所示。應(yīng)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)對識別出的有問題產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行控制,通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢查,并修復(fù)產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量問題。

▲圖1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)根據(jù)功能特點(diǎn)與業(yè)務(wù)需求,采用基于互聯(lián)網(wǎng)的瀏覽器和服務(wù)器架構(gòu)模式,運(yùn)行于視窗操作系統(tǒng)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示,由用戶層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層及操作系統(tǒng)四部分組成。

▲圖2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)架構(gòu)

(1) 用戶層。管理員通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器登錄系統(tǒng)服務(wù)器,進(jìn)行系統(tǒng)配置。用戶通過CAD設(shè)計(jì)軟件內(nèi)二次開發(fā)工具條提交數(shù)據(jù),進(jìn)行檢查、修復(fù),并可下載運(yùn)行結(jié)果。

(2) 服務(wù)層。系統(tǒng)服務(wù)器可以通過創(chuàng)建用戶和組的方式對用戶的權(quán)限進(jìn)行設(shè)置,可以創(chuàng)建場景,對數(shù)據(jù)的運(yùn)行方式進(jìn)行控制。從屬服務(wù)器可以執(zhí)行導(dǎo)入、導(dǎo)出、檢查和修復(fù)等數(shù)據(jù)處理功能。

(3) 數(shù)據(jù)層。底層數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)服務(wù)器運(yùn)行任務(wù)的相關(guān)記錄,包括創(chuàng)建時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和運(yùn)行狀態(tài)等信息。

(4) 操作系統(tǒng)。目前采用視窗操作系統(tǒng)。

4 產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量典型問題

基于全球策略汽車供應(yīng)者組織的標(biāo)準(zhǔn)和奇瑞公司數(shù)據(jù)應(yīng)用部門對產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求,開展對產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)的建模工作。當(dāng)CAD設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)為非實(shí)體時(shí),無法滿足彷真分析工具所需的前處理格式要求,這種不良數(shù)據(jù)模型會(huì)造成前處理的網(wǎng)格劃分困難,即CAD設(shè)計(jì)軟件原始數(shù)據(jù)模型或.STEP等格式文件的數(shù)據(jù)模型無法由計(jì)算機(jī)輔助工程分析軟件快速進(jìn)行網(wǎng)格劃分和處理,因此這種數(shù)據(jù)模型質(zhì)量需要提升[5-6]。數(shù)據(jù)模型非參數(shù)化設(shè)計(jì)更新迭代慢,具有不精準(zhǔn)特性,會(huì)導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差,造成裝配干涉或間隙,從而返工[7]?？梢?產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)的主要目的是解決產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量問題,制訂檢查項(xiàng)規(guī)則和公差,以滿足計(jì)算機(jī)輔助工程部門、同步工程部門、制造中心等的數(shù)據(jù)應(yīng)用要求。

當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中,三個(gè)較為典型的問題如下:① 產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)在CAD設(shè)計(jì)軟件中顯示為實(shí)體,但在計(jì)算機(jī)輔助工程分析軟件中顯示為片體,主要是碎面、狹窄面問題[8];② 數(shù)據(jù)模型在CAD設(shè)計(jì)軟件中為實(shí)體,但導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助工程分析軟件后顯示為多個(gè)實(shí)體;③ 板料成形件不能增厚,在CAD設(shè)計(jì)軟件中使用加厚命令后,軟件顯示為錯(cuò)誤。

圖3所示為產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)中存在的碎面,圖4所示為產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)中存在的狹窄面。為尋找碎面、狹窄面問題的解決方法,按以下步驟進(jìn)行操作:① 將有問題的產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助工程分析軟件,查找碎面位置;② 將有問題的產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)導(dǎo)入產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng),在相應(yīng)位置查找數(shù)據(jù)質(zhì)量的問題項(xiàng);③ 結(jié)合全球策略汽車供應(yīng)者組織標(biāo)準(zhǔn)查找對應(yīng)檢查規(guī)則;④ 在產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)中設(shè)置檢查項(xiàng)Narrow face,對有問題的產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù);⑤ 將修復(fù)后的產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助工程分析軟件,確認(rèn)數(shù)據(jù)正常。

圖5所示為產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)中存在的多實(shí)體問題實(shí)例,解決多實(shí)體問題的方法如下:① 將問題數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助工程分析軟件,查找多實(shí)體位置;② 結(jié)合全球策略汽車供應(yīng)者組織標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行查找,初步判斷數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查項(xiàng)為Large edge gap可以解決此問題;③ 在檢查軟件中進(jìn)行Large edge gap檢查項(xiàng)的設(shè)置;④ 將修復(fù)后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助工程分析軟件,確認(rèn)數(shù)據(jù)顯示正常。

針對CAD軟件中板料不能增厚的問題,解決方法如下:① 在CAD設(shè)計(jì)軟件中打開有問題的數(shù)據(jù)模型,使用加厚命令,軟件顯示錯(cuò)誤信息;② 將問題數(shù)據(jù)導(dǎo)入產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng),定義檢查項(xiàng)Tiny edge和Large face gap,并進(jìn)行修復(fù);③ 將修復(fù)后的數(shù)據(jù)再導(dǎo)入CAD設(shè)計(jì)軟件,并進(jìn)行加厚命令驗(yàn)證,數(shù)據(jù)模型增厚成功。由于產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)在修復(fù)數(shù)據(jù)模型的過程中會(huì)優(yōu)先保證點(diǎn)連續(xù),因此修復(fù)后的數(shù)據(jù)模型會(huì)產(chǎn)生相切不連續(xù)的情況,只需工程師后續(xù)在CAD設(shè)計(jì)軟件中手動(dòng)修復(fù)相切不連續(xù)問題即可。

▲圖3 碎面▲圖4 狹窄面▲圖5 多實(shí)體問題實(shí)例

5 產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查項(xiàng)和流程

通過對問題數(shù)據(jù)解決方法進(jìn)行研究,制訂滿足奇瑞公司當(dāng)前要求的產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)質(zhì)量管控項(xiàng),并結(jié)合奇瑞公司產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)實(shí)際情況,著手對數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢查和修復(fù)進(jìn)行分步控制。

根據(jù)實(shí)際情況,設(shè)置產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量具體檢查項(xiàng)。從產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)現(xiàn)狀和質(zhì)量成本控制的角度考慮,初期數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查項(xiàng)不宜過多,后期會(huì)根據(jù)各階段運(yùn)行情況,調(diào)整或增加產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)檢查項(xiàng)的設(shè)置。產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)檢查項(xiàng)和流程如圖6所示。

基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)具體工作內(nèi)容,與奇瑞公司數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián),與CAD軟件進(jìn)行集成,優(yōu)化用戶體驗(yàn)[9-11]。根據(jù)研發(fā)工程師實(shí)際使用場景,產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)涵蓋數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查、數(shù)據(jù)質(zhì)量修復(fù)、任務(wù)狀態(tài)查詢、數(shù)據(jù)下載、錯(cuò)誤信息查看等場景。產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)中,檢查任務(wù)提交流程如圖7所示,檢查任務(wù)提交界面如圖8所示。為保證工程師能夠快速有效使用產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng),產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)與集成的CAD設(shè)計(jì)軟件界面風(fēng)格保持一致。

▲圖6 產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)檢查項(xiàng)和流程▲圖7 產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)檢查任務(wù)提交流程▲圖8 產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)檢查任務(wù)提交界面

6 結(jié)束語

在應(yīng)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng)后,計(jì)算機(jī)輔助工程及主要產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)應(yīng)用部門的工作均有不同程度優(yōu)化。計(jì)算機(jī)輔助工程部門某待分析車型產(chǎn)品的102個(gè)數(shù)據(jù)中,修復(fù)前有14個(gè)不滿足要求,修復(fù)后全部滿足要求。另外,當(dāng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助工程分析軟件時(shí),導(dǎo)入平均耗時(shí)較之前節(jié)約22%,內(nèi)存占用降低約14%,文件字節(jié)數(shù)減少約22%。

車身部門根據(jù)實(shí)際應(yīng)用結(jié)果,可以對產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)非復(fù)雜曲面進(jìn)行自動(dòng)修復(fù),修復(fù)率達(dá)到96.8%。同時(shí)提交檢查與修復(fù)任務(wù),可以與CAD設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行集成,操作簡單,能夠快速掌握。

參考國外主機(jī)廠在開發(fā)流程上的節(jié)點(diǎn)控制,以及管控?cái)?shù)據(jù)模型質(zhì)量的全面性,采用產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查系統(tǒng),可以確保開發(fā)流程中各部門快速得到正確及高質(zhì)量的數(shù)據(jù)模型,以避免返工和增加成本。

另一方面,汽車開發(fā)過程所用的軟硬件較復(fù)雜,所跨平臺和格式較多,因此應(yīng)盡可能采用相同的CAD設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行集成。