基于CATIA的汽車測點批量開發(fā)的研究與應用

闞天水

（愛馳汽車有限公司，上海 200082）

前言

在汽車開發(fā)生產(chǎn)過程中，測量的目的是確定過程控制和不斷改進[1]。測點不僅是測量的前提，而且測量結果的好壞最終都由通過測點報告進行體現(xiàn)。由于整車零部件眾多，測點開發(fā)工作量巨大，白車身根據(jù)不同車型也有 700到 1000個測點[2]。同時在測點開發(fā)過程之中，還存在著以下問題。

（1）通過CATIA測點創(chuàng)建無法識別測點法向，測點編輯及命名費時費力；

（2）測點的公差定義需根據(jù)圖紙進行輸入，效率低下且容易出錯；

（3）零部件更新后，難以識別上一版測點與新零部件的對應性，人工排查不完全；

（4）手動完成測點文件向測量表格的轉(zhuǎn)化，難以滿足項目進度需求。

隨著 CATIA軟件應用領域的日益普及，用戶對軟件的功能和性能的要求不斷提高[3]。本文采用 VC++2008對CATIA進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了CATIA測點開發(fā)的批量化創(chuàng)建、命名、公差導入以及報告生成，較好地解決了測點開發(fā)中的大量問題。新的測點開發(fā)工具如圖1所示。

圖1 測點開發(fā)工具菜單

1 測點的批量創(chuàng)建

1.1 測點的批量創(chuàng)建

在測點開發(fā)前，需要創(chuàng)建一個單獨的 CATIA文件，后續(xù)開發(fā)的測點信息都將保存在該文件中。創(chuàng)建測點文件時，從零部件屬性中自動調(diào)用零件名稱和版本信息填充到測點文件名稱中，來保證測點文件與工程數(shù)據(jù)的名稱及版本的統(tǒng)一。根據(jù)不同功能對測點進行分組，每個分組號僅在當前Part文件中有效。選中某個幾何集后，創(chuàng)建的測點自動放到該幾何集下。

汽車測點一般分為兩種類型，一種是型面匹配特征，一種是孔/軸類特征，不同類型的測點創(chuàng)建方式有所不同。

1.1.1 型面測點的批量化創(chuàng)建

選擇一個或多個連續(xù)面，通過間距或個數(shù)兩種方式批量創(chuàng)建測點。所有測點生成時，自動創(chuàng)建測點法向線。法向線生成的計算方法：查找距離所選點最近的面，并將點投影到面上，投影點所在的面法向，即為測點的第一方向；自動識別方孔、腰孔的中心點，取方孔或腰孔的長度方向作為測點的第二方向。另外對于外覆蓋件，DTS定義了大量測量斷面，在斷面的位置同樣需要創(chuàng)建測點。在創(chuàng)建測點前導入斷面文件，于零件斷面位置和測點所在行/列的交點上自動創(chuàng)建測點。

如圖2所示，在采用等間距方法批量創(chuàng)建測點時，通過對偏置距離、到邊距離、測點間距、測點行數(shù)等參數(shù)進行設置來批量生成測點。若測點所在面上有凸臺或孔等特征時，測點創(chuàng)建自動避開。在測點終止一側到邊線的尺寸小于圖示的測點間距尺寸的一半時，無新測點生成；若該尺寸大于測點距離的一半時，則從終止邊線開始往前按照到邊距離的尺寸創(chuàng)建測點。

圖2 曲面測點的批量化創(chuàng)建

在采用個數(shù)的方式創(chuàng)建測點時，測點間距自動切換為測點個數(shù)，其值代表了每一行的測點數(shù)量。測點左右兩側均遵從到邊距離值，其余各點均布于兩側的測點之間。在遇到凸臺或孔等特征時，不生成測點。因凸臺或孔等特征上無測點生成，故測點總數(shù)會小于等于測點設置數(shù)。

1.1.2 孔/軸類測點的批量化創(chuàng)建

汽車零部件的孔類特征按照結構類型分為規(guī)則孔和不規(guī)則孔。不規(guī)則孔通常為漏液孔、減重孔和工藝孔等，其位置精度要求不高，故一般都沒有GD&T定義。所以孔類特征測點的批量化創(chuàng)建，僅適用于規(guī)則孔，如圓孔、腰孔、方孔以及多邊孔。孔的識別原則是一個封閉的規(guī)則空缺區(qū)域。

孔類特征測點的創(chuàng)建主要分為兩種模式：一種是框選，一種是面選。如圖3所示，框選就是將需要標注的孔包裹在一個可調(diào)整大小的長方體區(qū)域內(nèi)，自動識別該區(qū)域內(nèi)的孔類特征并批量創(chuàng)建孔心測點。面選則是通過選擇一個或多個連續(xù)或不連續(xù)的面，自動識別這些面上的孔類特征，并批量創(chuàng)建孔心測點。因零件存在板厚，所有測點僅在視圖所在側的面上生成。

圖3 孔類特征測點的批量化創(chuàng)建

1.1.3 測點的柔性創(chuàng)建

測點批量化創(chuàng)建后，一些位置的測點可能難以滿足最初的設計意圖?！皠?chuàng)建測點”具有較高的柔性，可通過調(diào)用CATIA點創(chuàng)建的方式實現(xiàn)各種特征的測點創(chuàng)建。“螺母/螺柱測點”通過選取多個螺母/螺柱端面的方法實現(xiàn)測點的批量創(chuàng)建，實現(xiàn)原則為所選型面的幾何中心。對于通過 CATIA自身命令創(chuàng)建的點，可通過“常規(guī)點轉(zhuǎn)測點”來實現(xiàn)測點的轉(zhuǎn)換和法向線的創(chuàng)建。

1.2 測點的批量命名

因不同特征類型的測點定義有差異，所以測點命名規(guī)則統(tǒng)一規(guī)范、準確尤為重要[4]。通過CATIA二次開發(fā)將測點命名規(guī)則編譯進軟件中，實現(xiàn)測點批量命名的規(guī)范性和統(tǒng)一性。如圖4所示，在測點創(chuàng)建完成后，通過選擇多個測點或多個幾何集，按照統(tǒng)一編號規(guī)則自動批量定義和修改測點名稱。

2 3D GD&T信息的批量導入與創(chuàng)建

現(xiàn)在的大部分主機廠，越來越多地采用三維GD&T公差設計，以滿足MBD的發(fā)展需求。測點創(chuàng)建完成后，需要將測點和公差定義進行關聯(lián)。首先必須規(guī)范三維GD&T標注，否則軟件無法100%識別。三維GD&T與測點對應的中介即為零件特征，故三維GD&T的指引線必須指引到需要創(chuàng)建測點的面/線上。在創(chuàng)建測點時，通過提取零件特征上的三維GD&T信息，自動建立與該特征上測點的對應關系。

圖4 測點的批量命名

如果數(shù)據(jù)上無三維GD&T信息，可通過“公差定義”選擇多個測點或多個幾何集對測點批量定義公差，如圖5所示。

圖5 測點GD&T信息的查詢與定義

3 測點更新檢查

數(shù)據(jù)版本更新后，對應的測點文件也需要根據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)進行更新。對于新版本零部件來說，人工排查變化區(qū)域難免會有遺漏。對于更新區(qū)域需要自動識別以下幾種內(nèi)容：面上的測點、孔/軸類測點、測點公差定義、測點重復性以及測點與焊點距離。

通過計算面上的測點與零件的距離來判斷測點是否在零件表面。測點在零件外側為正值，在零件內(nèi)部為負值。孔/軸類測點直接與最近的孔中心點坐標進行對比，來判定孔/軸類特征是否有變化。由于焊點內(nèi)部及其附近尺寸狀態(tài)不穩(wěn)定，故不可布置測點。以焊點為圓心10mm為半徑作為檢查區(qū)域，自動檢測和識別該區(qū)域內(nèi)不合理測點。對于識別出的不同類型問題的測點，以不同顏色的測點球和測點報告進行展示，如圖6所示。

圖6 測點問題檢查

4 測點表格的自動導出

除了三維的測點文件外，還需要導出測點表格，以滿足不同部門的生產(chǎn)和讀取需求。如圖7所示，有兩種類型的測點輸出表格，一類為檢具類表格，另一類為三坐標類表格。根據(jù)兩種表格的模板，通過軟件自動導出EXCEL格式的測點信息文件，包含測點號、測點布置圖、XYZ坐標值、法向IJK值、公差、直徑等信息。

圖7 測量報告的自動化輸出

5 結論

通過測點開發(fā)工具在項目中的成功應用，帶來了如下經(jīng)濟效益：減少項目尺寸開發(fā)工時，縮短項目周期，提高新能源汽車更新?lián)Q代的快速響應；減少對人力資源的投入，降低企業(yè)開發(fā)成本；避免因人為因素導致的測點錯誤；支持數(shù)字化測量和智能制造，順應MBD的發(fā)展方向。