陳丹丹，王建軍

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201201）

0 引言

在汽車生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地會(huì)使用涂膠工藝來(lái)降低生產(chǎn)成本，提高汽車的舒適性和安全性。借助膠粘劑在固體表面上所產(chǎn)生的粘合力，將同種或者不同的材料牢牢地連接在一起，在減輕了汽車重量的同時(shí)還有效地保證了汽車的密封性。然而，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，汽車行業(yè)內(nèi)各主機(jī)廠車身膠數(shù)模往往以實(shí)體格式存在于數(shù)模，連接板材、長(zhǎng)度等參數(shù)信息都不與膠數(shù)模關(guān)聯(lián)，無(wú)法進(jìn)行涂膠數(shù)模檢查。另一方面，一個(gè)區(qū)域內(nèi)車身膠體是一個(gè)整體數(shù)模，在Tecnomatix系統(tǒng)中無(wú)法根據(jù)工藝分配到工位及操作。這就導(dǎo)致了車身制造中虛擬評(píng)估和工藝規(guī)劃的效率降低。

針對(duì)該問(wèn)題，本文基于UG使用UG/Open開(kāi)發(fā)了參數(shù)化車身涂膠工藝系統(tǒng)，將車身膠按照連接板材的不同來(lái)分段并賦予參數(shù)，包括所連接板材、長(zhǎng)度等屬性，支持將來(lái)的全自動(dòng)化虛擬評(píng)估及全數(shù)字化工藝規(guī)劃。對(duì)于實(shí)現(xiàn)汽車行業(yè)智能制造具有重要意義。

1 參數(shù)化涂膠工藝的實(shí)現(xiàn)

1.1 基于UG的二次開(kāi)發(fā)

UG/OPEN 是一些列UG開(kāi)發(fā)工具的總稱，其UG軟件是由UG/OpenAPI、UG/OpenGRIP、UG/OpenMenuScript及UG/OpenUIStyler 4個(gè)部分所組成[1,2]。

本系統(tǒng)選用UG/OpenAPI作為開(kāi)發(fā)工具。UG/OpenAPI又稱UserFunction，是一個(gè)允許程序訪問(wèn)并改變UG對(duì)象模型的程序集。UG/OpenAPI可以對(duì)UG的圖形終端、文件管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，封裝了近200個(gè)UG操作的函數(shù)?？墒褂肅或者C++編程語(yǔ)言。

選用Block UI Styler開(kāi)發(fā)UG風(fēng)格對(duì)話框。相較于之前的UIStyler，Block UI Styler比較有針對(duì)性，并且更加完善?？梢苑奖愕靥砑痈鞣N控件，讓用戶更方便更高效地與UG進(jìn)行交互。

1.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

任何零件，都是由一系列的應(yīng)用特征組合而成。在特定的生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)計(jì)條件下，只有其中幾個(gè)特征是決定零件工藝的決定性因素，這些特征抽象出來(lái)后就成為了零件的參數(shù)。參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)的目的就是根據(jù)這些參數(shù)信息，定義零件的幾何約束和尺寸越是來(lái)完整表達(dá)一個(gè)零部件模型，并建立起零件內(nèi)各種特征和各個(gè)不同部件之間的相關(guān)關(guān)系[3～5]。

基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的思想，要實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，就必須建立零件的參數(shù)化模型。首先以車身膠本身的材料類型、中心線位置、長(zhǎng)度等工藝參數(shù)為主，分析車身膠的建模特征，從特征中抽象出特征參數(shù)和各個(gè)特征參數(shù)間關(guān)聯(lián)和約束，進(jìn)而得出車身膠的參數(shù)模型，如圖1所示為車身涂膠工藝中的特征。車身涂膠工藝過(guò)程中需要定義的特征有膠體的種類與材料，膠體外徑以及膠體中心線。車身涂膠工藝的其他特征可以通過(guò)UG具有的很強(qiáng)的自動(dòng)提取功能來(lái)獲得。

2 參數(shù)化涂膠工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 車身膠特征示意圖

在模型創(chuàng)建過(guò)程中，通過(guò)改變?cè)O(shè)計(jì)變量來(lái)驅(qū)動(dòng)生成新零件，如圖2所示為參數(shù)話涂膠工藝設(shè)計(jì)流程。通過(guò)人工選取已有膠體中心線信息，接下來(lái)，對(duì)膠體及其周圍零件進(jìn)行檢查，然后根據(jù)所連接零件的配合關(guān)系在邊界處將中心線分段修剪。再按照順序?qū)γ慷沃行木€賦予連接零件零件號(hào)、長(zhǎng)度、膠體材料等信息，最后根據(jù)每段膠體中心現(xiàn)生成膠體數(shù)模，導(dǎo)出工藝參數(shù)。

圖2 車身涂膠工藝系統(tǒng)示意圖

2.1 車身膠定位與檢查

通過(guò)人工選取如車身膠材料、中心線等已有車身膠的信息，確定車身膠相對(duì)于坐標(biāo)軸的位置關(guān)系，之后通過(guò)系統(tǒng)，自動(dòng)查找中心線附近零件，判斷識(shí)別零件配合關(guān)系，并且通過(guò)對(duì)于車身膠平面間隙和寬度的檢查，實(shí)現(xiàn)對(duì)車身膠幾何形狀的控制，即完成了車身膠圖形的全約束。

膠體中心線的形式有以下幾種：A.單件上膠路連續(xù)；B.單件上膠路不連續(xù)；C.多件上膠路連續(xù)；D.環(huán)狀膠路；E.不規(guī)則膠路，如圖3所示。為實(shí)現(xiàn)在不同情況下的中心線的準(zhǔn)確，中心線的確認(rèn)主要有三種方法：1）直接選擇一條連續(xù)曲線；2）選擇兩條曲線，程序自動(dòng)計(jì)算兩條曲線的中心線；3）選擇一組連續(xù)面面上的一組連續(xù)邊，設(shè)定偏置值，程序自動(dòng)計(jì)算選擇的邊在面上偏置后的曲線。

車身膠平面間隙的檢查主要通過(guò)程序在中心線上每隔一定距離取一點(diǎn)，測(cè)出該點(diǎn)到一側(cè)鈑金面間最近距離的點(diǎn)P1。之后測(cè)量P1點(diǎn)所在曲率半徑，若曲率大于一定數(shù)量，則視為該點(diǎn)為平面，否則為圓角。再測(cè)量P1到另外一側(cè)鈑金面間距離，當(dāng)超出一定距離后發(fā)出報(bào)警。

圖3 膠體中心現(xiàn)形式示意圖

2.2 車身膠自動(dòng)分段修剪技術(shù)

中心線確定后，遍歷所有底層組件內(nèi)的實(shí)體片體，尋找距離中心線一定距離內(nèi)的實(shí)體，并記錄其組件名稱，再按照其距中心線起點(diǎn)距離的順序排序。之后按照如下規(guī)則對(duì)車身膠進(jìn)行分段或修剪處理：

規(guī)則1當(dāng)膠體中心線連接板材有一種或多種不同的組合時(shí)，膠體中心線需要在每相鄰兩種配合分界點(diǎn)進(jìn)行打斷分段。例如圖4所示有A+D組合、B+D組合、B+E組合及C+E組合。需要在膠體中心線每?jī)蓚€(gè)相鄰配合的分界點(diǎn)進(jìn)行打斷分段。

圖4 分段修剪規(guī)則1示意圖

規(guī)則2膠體中心線關(guān)聯(lián)配合的板材間一側(cè)零件有搭界關(guān)系形成空腔時(shí)，膠體中心線需要在形成空腔的范圍內(nèi)任意位置打斷。如圖5所示，膠體中心線有連接兩種板材配合，即A+B與A+C，膠體中心線應(yīng)分為兩段，斷點(diǎn)應(yīng)在圖示兩虛線中間任一位置。

圖5 分段修剪規(guī)則2示意圖

規(guī)則3膠體中心線連接一個(gè)或多個(gè)不連續(xù)板材時(shí)，膠體中心線需要按照距膠體中心線最近距離的零件在每相鄰兩種配合分界點(diǎn)進(jìn)行打斷，且當(dāng)無(wú)法找到膠體中心線兩側(cè)都有零件的情況下時(shí)，修剪該段膠體中心線。如圖6所示，膠體中心線連接五種板材配合，即A+B、A+C、A+D、A+E，膠體中心線應(yīng)在圖示黑點(diǎn)處打斷，其中由于B零件與C零件間沒(méi)零件存在，故對(duì)其之間的膠體中心線進(jìn)行修剪，A與E存在兩側(cè)都有零件，所以對(duì)其進(jìn)行連接。

圖6 分段修剪規(guī)則3示意圖

2.3 車身膠實(shí)體生成

根據(jù)打斷修剪得到的膠體中心線（不能基于過(guò)程線段，如投影、橋接等線段），將指定直徑的圓沿中心線掃掠生成圓柱，形成實(shí)體模型。當(dāng)膠體不在零件表面或者侵入零件時(shí)，系統(tǒng)可在一個(gè)可選范圍內(nèi)自動(dòng)識(shí)別關(guān)聯(lián)零件并投影至零件表面形成膠路。最后統(tǒng)計(jì)每段圓柱中的中心線長(zhǎng)度、重量，并在每段膠體上添加編號(hào)、長(zhǎng)度、重量等信息。

2.4 膠數(shù)模自動(dòng)導(dǎo)出

系統(tǒng)支持將在UG中已生成的膠體數(shù)模導(dǎo)出至Tecnomatix系統(tǒng)中，同時(shí)可導(dǎo)出Tecnomatix系統(tǒng)可識(shí)別的xml格式文件以及每段膠體的jt格式數(shù)模。在xml文件中包含長(zhǎng)度、材料、關(guān)聯(lián)板材等信息，并可在Tecnomatix系統(tǒng)中顯示。如圖7所示。另外系統(tǒng)可將參數(shù)化的每段膠體作為一個(gè)object導(dǎo)出，支持在視圖中點(diǎn)選或框選零件，或者在AssemblyNavigation中點(diǎn)選或復(fù)選，完成涂膠數(shù)模根據(jù)關(guān)聯(lián)零件工位的工藝自動(dòng)分配。

圖7 車身涂膠工藝系統(tǒng)使用過(guò)程

3 應(yīng)用實(shí)例

以某車身零件為例，如圖8所示。首先在Settings中選擇板間可能存在的間隙大小、材料類型、膠體外徑等信息，之后通過(guò)SelectCenterlines選項(xiàng)選擇需要分析的膠體中心線，再通過(guò)FindthematchingParts來(lái)自動(dòng)選擇關(guān)聯(lián)的零件，并且根據(jù)所連接零件的配合關(guān)系在邊界處將中心線分段修剪并對(duì)每段中心線賦予連接零件號(hào)、長(zhǎng)度、膠體材料等信息，也可以通過(guò)SelectComponents手動(dòng)選擇候選的關(guān)聯(lián)零件，此時(shí)分析將基于已選擇的零件進(jìn)行，提高了整體的效率。最后再使用系統(tǒng)導(dǎo)出jt文件，完成分析。系統(tǒng)的分析精度由系統(tǒng)的距離誤差控制，當(dāng)該值變大時(shí)，分析的精確度變差，速度加快；當(dāng)該值減小時(shí)，分析的精確度提高，速度變慢?？筛鶕?jù)不同的需求調(diào)整。

圖8 車身涂膠工藝系統(tǒng)使用過(guò)程

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)UG的二次開(kāi)發(fā)，根據(jù)膠路中所連接的板材不同分段生成膠體，并賦予膠體連接零件、長(zhǎng)度、材料參數(shù)信息等。同時(shí)，可將生成的分段后的膠體導(dǎo)出，生成Tecnomatix系統(tǒng)可識(shí)別的XML格式文件以及每段膠體的jt格式數(shù)模文件。實(shí)踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)可有效提高虛擬評(píng)估車身膠、KPI統(tǒng)計(jì)及創(chuàng)建涂膠標(biāo)準(zhǔn)文件的工作效率，同時(shí)可有效避免工藝規(guī)劃時(shí)車身膠分配錯(cuò)誤。