白車身虛擬匹配技術(shù)及應(yīng)用

周翰　張磊　吳炤駿　彭?xiàng)睢⌒靹偂×_帥　趙云

摘 要：文章針對(duì)汽車車身匹配操作的功能要求，在綜合分析了現(xiàn)有匹配方法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于數(shù)字化的虛擬匹配方法以及完整的操作流程，并以相關(guān)實(shí)際案例說(shuō)明了這種方法的可行性和有效性。關(guān)鍵詞：白車身;評(píng)估;虛擬匹配;測(cè)量中圖分類號(hào)：TP333.96 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）11-169-03

Abstract：?Based on analysis of the existing matching method in car body in white manufacture， The Matching based realistic simulation technology and detail operating process has been advanced in this paper. One example has been discussed to show the feasibility and validity of this method.Keywords： Body in white; Evaluate; Virtual matching; MeasurementCLC NO.： TP333.96 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）11-169-03

前言

尺寸匹配評(píng)估（Matching）活動(dòng)是整車項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中非常關(guān)鍵的一個(gè)活動(dòng)，從底層鈑金零件開(kāi)始精密拼裝，細(xì)致分析識(shí)別所有影響尺寸匹配的問(wèn)題點(diǎn)并實(shí)施匹配方案推進(jìn)，期間又需要聯(lián)合設(shè)計(jì)、工藝、質(zhì)量、車間、零部件等環(huán)節(jié)協(xié)同運(yùn)作最終形成高精度尺寸的車身及精致平順內(nèi)外飾配合的整車。

通過(guò)制造工藝的不斷升級(jí)優(yōu)化，及車身2MM工程、六西格瑪?shù)扔行з|(zhì)量管理方法在上汽通用汽車公司內(nèi)的有效推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)匹配方法已處于行業(yè)中相對(duì)精益的地位。但是隨著汽車個(gè)性化需求日漸強(qiáng)烈，在保證質(zhì)量的前提下，如何通過(guò)更有效的智能化手段來(lái)縮短整車項(xiàng)目開(kāi)發(fā)啟動(dòng)周期、加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代以滿足客戶日益更新的需求又是目前每個(gè)整車廠都在嘗試和推進(jìn)的研究之重。

本文旨在研究運(yùn)用一種虛擬環(huán)境下的數(shù)字化分析方法，在尺寸匹配活動(dòng)中進(jìn)一步降低制造成本，縮短白車身尺寸評(píng)估周期，提高鈑金零件整改效率。

1 虛擬匹配技術(shù)介紹

傳統(tǒng)尺寸匹配評(píng)估，都是基于零件、工裝均到位的情況下開(kāi)展的，而隨著本文提出一種基于數(shù)字化軟件的虛擬匹配方法，不局限于工裝的ready時(shí)間，具有快捷、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，其定義如下。

虛擬匹配：通過(guò)對(duì)零件實(shí)物的數(shù)字化檢測(cè)和三維建模，并在三維CAD環(huán)境中與其他零件實(shí)物模型和CAD理想模型進(jìn)行拼裝，并評(píng)估分析匹配效果的操作。

其具體的匹配操作流程如圖1所示：

虛擬匹配的實(shí)際操作中，主要涉及到以下幾個(gè)重點(diǎn)步驟：

1.1 零件實(shí)物的數(shù)字化

采用激光掃描系統(tǒng)、影像測(cè)量系統(tǒng)等設(shè)備，在零件定位工況下，對(duì)零件型面和結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維測(cè)量，獲得能表征實(shí)物零件狀態(tài)的點(diǎn)云。并按照檢具基準(zhǔn)或者零件基準(zhǔn)擬合到車身坐標(biāo)系下。

1.2 零件點(diǎn)云的三維逆向建模

對(duì)零件點(diǎn)云進(jìn)行剔除誤差、濾波等處理，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行匹配面的三維重建，這里的重建結(jié)果，一般是面模型，目前常用的是滿足形面重構(gòu)精度的三角面即可。

1.3 零件點(diǎn)云的虛擬拼裝

運(yùn)用基于CAD的三維匹配軟件，根據(jù)零件GD&T基準(zhǔn)或者檢具基準(zhǔn)擬合到車身坐標(biāo)系下，對(duì)匹配零件進(jìn)行虛擬拼裝，從而在CAD軟件中再現(xiàn)零件的實(shí)際裝配狀態(tài)。

1.4 零件虛擬匹配評(píng)估

在車身坐標(biāo)系中的虛擬拼裝狀態(tài)下，檢測(cè)各個(gè)零件匹配面之間的關(guān)系，準(zhǔn)確量化干涉狀態(tài)、間隙量。

在整個(gè)虛擬匹配活動(dòng)中，需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容有：

（1）實(shí)物工件測(cè)量時(shí)的工況保證和裝配基準(zhǔn)狀態(tài)的正確獲取;

（2）測(cè)量過(guò)程的測(cè)量精度，包括測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度等;

（3）點(diǎn)云的有效處理，特別測(cè)量粗糙點(diǎn)、邊緣點(diǎn)和無(wú)關(guān)點(diǎn)的處理;

（4）形面重構(gòu)的精度，由于拼裝過(guò)程和匹配評(píng)估都是針對(duì)面操作的，因此，需要在匹配面重構(gòu)時(shí)重點(diǎn)考慮重構(gòu)的精度。同時(shí)，對(duì)于復(fù)雜的車身零件而言，形面的模型體量也是一個(gè)不得不考慮的問(wèn)題，即輕量化問(wèn)題，這其中應(yīng)該有一個(gè)平衡點(diǎn)。

2 虛擬匹配技術(shù)應(yīng)用案例

為了驗(yàn)證虛擬匹配技術(shù)的實(shí)用性和有效性，上汽通用汽車通過(guò)在兩款新車型上同步驗(yàn)證虛擬匹配活動(dòng)，規(guī)范相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、完善流程。然后在一款新車型的白車身零件匹配評(píng)估中進(jìn)行了正式試運(yùn)行。選擇該車型項(xiàng)目的原因?yàn)椋河捎陧?xiàng)目開(kāi)發(fā)及啟動(dòng)周期壓縮，MC1（第一輪Matching實(shí)物造車）時(shí)間需要相應(yīng)提前，但是車身車間的工裝ready時(shí)間由于一些原因無(wú)法相應(yīng)提前到MC1造車之前，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)多方討論，該項(xiàng)目決定采用虛擬匹配替代MC1造車來(lái)辨識(shí)零件問(wèn)題。同時(shí)空出的實(shí)物造車時(shí)間給車身車間工裝準(zhǔn)備及標(biāo)定。從原來(lái)的串行工作模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿心Ｊ?，從而克服時(shí)間上的困難。

在實(shí)際應(yīng)用中針對(duì)白車身60個(gè)關(guān)鍵零件，通過(guò)掃描采集零件點(diǎn)云，使用在Polyworks軟件基礎(chǔ)上定制開(kāi)發(fā)的插件環(huán)境中進(jìn)行虛擬匹配分析。

整個(gè)匹配操作過(guò)程和中間結(jié)果如圖2所示，其中：

圖2（a）為被匹配的實(shí)物零件CAD模型;

圖2（b）為擬合到數(shù)模所在坐標(biāo)系下的實(shí)物零件點(diǎn)云及三角面模型：考慮到虛擬匹配時(shí)的精度和輕量化的要求，分別通過(guò)對(duì)點(diǎn)云的粗過(guò)濾、精過(guò)濾及對(duì)三角化的邊長(zhǎng)、公差等參數(shù)的選擇將點(diǎn)云模型形成符合要求的適合虛擬匹配的三角化模型;

圖2（c）匹配面之間的狀態(tài)分析評(píng)估（云圖和數(shù)據(jù)）：虛擬匹配計(jì)算后通過(guò)色差圖的設(shè)置，其中紅色代表干涉，藍(lán)色代表間隙。從圖中可看出四個(gè)角的匹配處于2mm的干涉狀態(tài);

圖2（d）被匹配零件的單件精度分析：根據(jù)從虛擬匹配中獲取的匹配點(diǎn)自動(dòng)對(duì)應(yīng)到A、B兩零件的單件偏差，測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng);

圖2（e）輸出虛擬匹配報(bào)告：在定制開(kāi)發(fā)的插件環(huán)境中，自動(dòng)抓取匹配分析過(guò)程中的信息，形成虛擬匹配報(bào)告，其中包括圖像報(bào)告及測(cè)點(diǎn)的數(shù)值報(bào)告，可進(jìn)一步對(duì)零部件的匹配狀態(tài)進(jìn)行分析。同時(shí)對(duì)所有問(wèn)題定義風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，明確更改優(yōu)先級(jí)。

圖2（f）輸出零件問(wèn)題報(bào)告：在定制開(kāi)發(fā)的插件環(huán)境中，自動(dòng)將虛擬匹配報(bào)告轉(zhuǎn)化為零件問(wèn)題報(bào)告（MCPR），釋放給供應(yīng)商，精準(zhǔn)指導(dǎo)零件改進(jìn)，提高零件整改效率。

最終，該新項(xiàng)目通過(guò)虛擬匹配技術(shù)的支持，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別充分、零件針對(duì)性整改到位，而且省去了一輪實(shí)物造車的物料成本。同時(shí)提供了更充分的時(shí)間給予工裝準(zhǔn)備，確保更好的拼裝環(huán)境。在以上兩點(diǎn)同時(shí)到位的情況下，通過(guò)一次實(shí)物拼車順利達(dá)成了以往項(xiàng)目需要兩輪實(shí)物拼車（MC2）才能達(dá)到的階段性白車身合格率目標(biāo)，同時(shí)縮短了20%白車身尺寸評(píng)

估周期。

3 小結(jié)

本文給出了虛擬匹配技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，為匹配操作提供了一個(gè)快捷有效的匹配方法。虛擬匹配方法是在定制開(kāi)發(fā)的虛擬環(huán)境下快速有效的分析零件之間的可視、不可視區(qū)域的間隙和干涉問(wèn)題，并通過(guò)設(shè)定合理的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，自動(dòng)輸出匹配問(wèn)題報(bào)告以及零件問(wèn)題報(bào)告，明確更改優(yōu)先級(jí)，通過(guò)帶有測(cè)點(diǎn)的色差圖報(bào)告精準(zhǔn)指導(dǎo)零件改進(jìn)。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，該方法實(shí)現(xiàn)了在保證階段性尺寸質(zhì)量目標(biāo)的前提下，以虛擬匹配替代第一輪實(shí)物造車，節(jié)省物料成本，減少工裝設(shè)備資源占用，縮短白車身尺寸評(píng)估周期，提高鈑金零件整改效率。

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