張建 朱鑫 丁振 李翔
(湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開發(fā)有限公司)
近幾年國(guó)內(nèi)汽車銷量的急速增長(zhǎng),加劇了國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)。壓縮設(shè)計(jì)開發(fā)周期,使產(chǎn)品能快速迭代更新、快速地占領(lǐng)市場(chǎng),已經(jīng)成為各大主機(jī)廠重要的競(jìng)爭(zhēng)策略。主斷面是汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程中的一條主線,是國(guó)內(nèi)外汽車開發(fā)過程中的一項(xiàng)核心技術(shù)。在新款車型開發(fā)過程中,汽車結(jié)構(gòu)開發(fā)都以主斷面為設(shè)計(jì)基礎(chǔ),但主斷面設(shè)計(jì)過程受汽車造型、結(jié)構(gòu)、安全性能、工藝等多方面影響,多年來一直是汽車開發(fā)過程中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn),據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),汽車開發(fā)過程中,從造型反饋階段到TG2 階段繪制與標(biāo)注主斷面的工作耗費(fèi)了40%左右的工作量。為此,研發(fā)一款具備自動(dòng)生成主斷面與標(biāo)注的設(shè)計(jì)平臺(tái),是未來汽車開發(fā)的發(fā)展方向。
傳統(tǒng)的主斷面設(shè)計(jì)通常遵循以下步驟:1)主斷面方案制定與主斷面線段繪制;2)主斷面標(biāo)注;3)主斷面檢查。圖1 示出汽車傳統(tǒng)主斷面設(shè)計(jì)流程。
圖1 汽車傳統(tǒng)主斷面設(shè)計(jì)流程
根據(jù)輸入的造型數(shù)據(jù)與總布置要求,進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)初步方案制定。綜合考慮鈑金件(白車身、開閉件)與零部件(附件、內(nèi)外飾件、電子電器等)之間的安裝與配合關(guān)系(如卡扣、螺接、鉚接、粘接等的安裝拆卸方式),焊接邊的大小與焊接工藝可行性,側(cè)圍與門密封結(jié)構(gòu)及配合間隙,結(jié)構(gòu)對(duì)整車安全性能的影響等工程因素[1],確定基本方案與各項(xiàng)輸入條件、各項(xiàng)配合關(guān)系后,進(jìn)行推算、分析繪制主斷面的線段。
主斷面線段繪制完畢后,需標(biāo)注與內(nèi)外造型有關(guān)的各種縫隙和段差值、安裝密封條的配合間隙與壓縮量、運(yùn)動(dòng)件的極限狀態(tài)開合角度等各項(xiàng)區(qū)域的重要配合尺寸。
車身主斷面需要經(jīng)過核查程序確認(rèn)合格后,才能交付結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用,通常檢查配合是否有干涉和間隙、焊接邊的寬度及零部件定位是否滿足工藝要求、安裝密封件的配合面及開閉件的配合間隙是否滿足設(shè)計(jì)要求、各項(xiàng)重要尺寸標(biāo)注是否有遺漏[2]。
經(jīng)上述步驟形成第1 版主斷面數(shù)據(jù)。在審核與標(biāo)注尺寸過程中,會(huì)發(fā)現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或者結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)困難的問題,如此就需要反復(fù)修改有關(guān)的斷面數(shù)據(jù),使之符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,形成最終主斷面,完成主斷面的設(shè)計(jì)工作。
傳統(tǒng)的主斷面設(shè)計(jì)過程繁瑣,一旦某一區(qū)域產(chǎn)生設(shè)變,需要進(jìn)行大量的更改操作,并需要具備豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師才能繪制出符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的主斷面。
文章提出一種汽車智能化斷面設(shè)計(jì)的新方法。該方法基于CAD 軟件,進(jìn)行大數(shù)據(jù)庫智能分析運(yùn)算[3],可省去復(fù)雜的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)(斷面繪制與斷面標(biāo)注),自動(dòng)生成斷面,有效節(jié)約人力成本、縮短整車開發(fā)周期,同時(shí)具有較高的實(shí)用性,其具體流程,如圖2所示。圖2 包括7 個(gè)主要部分:1)100 指令定義斷面基準(zhǔn)要素;2)200指令通過輸入的基準(zhǔn)要素啟動(dòng),900 指令智能推理系統(tǒng)自動(dòng)推算斷面結(jié)構(gòu);3)300 指令根據(jù)系統(tǒng)推算生成初版斷面;4)400 指令根據(jù)推算的初版斷面生成方案報(bào)表;5)500 指令通過則設(shè)計(jì)師根據(jù)方案報(bào)表與推算的斷面選擇合適的斷面,不通過則啟動(dòng)800 指令重新推算或人工進(jìn)行主參數(shù)調(diào)整,重新生成斷面;6)600 指令生成BOM 信息、尺寸標(biāo)注信息;7)700 指令完成并執(zhí)行1000 指令歸檔數(shù)據(jù)庫,由此完成整個(gè)斷面的設(shè)計(jì)工作。
圖2 汽車智能化主斷面設(shè)計(jì)流程
文章主要基于CATIA 軟件,采用CAA V5 的C++和Java 應(yīng)用接口[4],用戶通過安裝RADE 模塊,可以在VC++編程環(huán)境下,與CATIA 進(jìn)行通信,對(duì)CATIA 進(jìn)行二次開發(fā)。
圖3示出汽車斷面示意圖,以圖3 為例,汽車斷面一般由車身、開閉件、內(nèi)外飾、附件、標(biāo)準(zhǔn)件組成,傳統(tǒng)的斷面設(shè)計(jì)過程通常是先建立一個(gè)斷面平面,然后以輸入的造型、門洞限制線、鉸鏈、總布置要求為基準(zhǔn),在斷面平面的基礎(chǔ)上進(jìn)行推導(dǎo)繪制合理的主斷面與標(biāo)注[5]。
圖3 汽車斷面示意圖
圖4示出汽車智能斷面工具管理系統(tǒng)顯示界面,具體使用方法為:1)因斷面基準(zhǔn)是無序的,選擇斷面的基準(zhǔn)要素需要人工進(jìn)行定義,所以需要在彈出的基準(zhǔn)對(duì)話框內(nèi)(如圖4a 所示)選擇定義斷面所在的平面,定義鉸鏈、造型面、門洞止口等基準(zhǔn)要素。2)系統(tǒng)通過輸入的基準(zhǔn)要素啟動(dòng)圖2 中的900 指令智能推理系統(tǒng),自動(dòng)推算斷面結(jié)構(gòu)。3)300 指令根據(jù)系統(tǒng)推算生成初版斷面。4)工程師根據(jù)方案報(bào)表與推算的斷面選擇合適的斷面,確認(rèn)是否合格,不通過則啟動(dòng)800 指令重新推算或人工進(jìn)行主參數(shù)(料厚、材料、標(biāo)注信息,主斷面線段參數(shù)等)調(diào)整,重新生成主斷面。圖4b 示出人工自定義界面。5)生成尺寸標(biāo)注信息。圖5 示出汽車斷面局部尺寸截圖。6)完成斷面并執(zhí)行1000 指令,歸檔至數(shù)據(jù)庫。
圖4 汽車智能斷面工具管理系統(tǒng)顯示界面
圖5 汽車斷面局部尺寸截圖
基于我國(guó)汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈、開發(fā)設(shè)計(jì)周期愈漸壓縮,而在整車開發(fā)過程中,斷面質(zhì)量的好壞與繪制效率直接影響到結(jié)構(gòu)開發(fā)與后續(xù)工作的背景,文章以三維軟件二次開發(fā)為基礎(chǔ),研究智能斷面的繪制方法,從而提升設(shè)計(jì)效率、縮短開發(fā)周期,提升主機(jī)廠或設(shè)計(jì)公司的影響力。智能化斷面平臺(tái)能有效地搜集、計(jì)算出較好或者較為成熟的斷面,方便從業(yè)人員學(xué)習(xí)或者了解到較為先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式。
從研究的結(jié)果來看,采用CAA V5 的C++和Java應(yīng)用接口,基于CATIA 開發(fā)的智能斷面平臺(tái)從基準(zhǔn)輸入、斷面生成、工程師修改斷面、斷面標(biāo)注等流程,基本實(shí)現(xiàn)了智能化斷面繪制功能,為后續(xù)的主斷面繪制提供了一條便捷、智能的開發(fā)途徑。