王立影，高愷村，張 琦

車身工藝造型虛擬評(píng)審

王立影，高愷村，張 琦

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201201）

文章介紹白車身在產(chǎn)品開發(fā)過程中的造型虛擬評(píng)審內(nèi)容，著重探討車身工藝造型虛擬評(píng)審的主要關(guān)注點(diǎn)，分析車身工藝未來(lái)在造型虛擬評(píng)審時(shí)間節(jié)點(diǎn)、造型虛擬評(píng)審效率和質(zhì)量及造型虛擬評(píng)審前瞻性等方面有待改進(jìn)。研究整車開發(fā)過程中造型評(píng)審對(duì)于產(chǎn)品可制造性及生產(chǎn)成本的影響及解決方案，對(duì)未來(lái)車身造型評(píng)審提出了完善建議，為車身工藝針對(duì)造型虛擬評(píng)審的深入研究和應(yīng)用提供參考。

白車身；車身工藝造型；虛擬評(píng)審；制造要求

白車身制造過程中涉及零件搬運(yùn)、工裝定位、零件的點(diǎn)焊、涂膠、折邊等多種工藝，其相關(guān)設(shè)備工藝的獨(dú)特性直接影響產(chǎn)品開發(fā)的可制造性[1-3]。因此，在產(chǎn)品開發(fā)過程中，將制造要求信息輸入給產(chǎn)品工程的同時(shí)，也需要通過虛擬技術(shù)評(píng)估白車身的可制造性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。造型設(shè)計(jì)在整車開發(fā)過程中起到主導(dǎo)作用，產(chǎn)品工程需要根據(jù)造型輸入進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而造型方面的可制造性評(píng)估直接影響開發(fā)進(jìn)度和成本，若前期評(píng)估不充分將直接導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不可制造或達(dá)不到設(shè)計(jì)效果。因此，車身造型虛擬評(píng)審對(duì)于提高產(chǎn)品開發(fā)效率，降低整車制造風(fēng)險(xiǎn)及制造成本具有重要意義。

本文在介紹車身虛擬評(píng)審內(nèi)容的基礎(chǔ)上，著重探討車身工藝造型虛擬評(píng)審的主要關(guān)注點(diǎn)，分析車身工藝未來(lái)在造型虛擬評(píng)審時(shí)間節(jié)點(diǎn)，造型虛擬評(píng)審效率和質(zhì)量及造型虛擬評(píng)審前瞻性等方面的改進(jìn)點(diǎn)，為車身工藝針對(duì)造型虛擬評(píng)審的深入研究和應(yīng)用提供參考。

1 造型虛擬評(píng)估

汽車造型評(píng)審是在造型階段，由工藝和產(chǎn)品共同參與，對(duì)造型工藝可行性和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行評(píng)估的一項(xiàng)活動(dòng)。通過造型、產(chǎn)品和工藝的協(xié)同工作，推動(dòng)造型部門進(jìn)行合理優(yōu)化，或者由工藝進(jìn)行相應(yīng)制造工藝改進(jìn)等，從而避免或者減少后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生。在不同的項(xiàng)目階段，造型會(huì)釋放含分縫線外表面數(shù)模，同時(shí)組織油泥模型評(píng)審活動(dòng)，繼而產(chǎn)品會(huì)根據(jù)造型輸入開發(fā)結(jié)構(gòu)斷面。在造型評(píng)審中一般有兩類評(píng)審內(nèi)容，一方面是關(guān)鍵界面配合及感知質(zhì)量的評(píng)估，如圖1所示，即對(duì)零件匹配的階差和間隙敏感的區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，通過視覺感知外觀是否美觀，評(píng)估后續(xù)制造風(fēng)險(xiǎn)及是否能夠滿足造型要求；另一方面是車身工藝相關(guān)評(píng)估，如成形、折邊、焊接等可制造性問題的識(shí)別和推動(dòng)，制造過程中涉及多種工藝，其相關(guān)設(shè)備工藝的獨(dú)特性直接影響產(chǎn)品造型的可制造性[4]。

圖1 車身造型虛擬評(píng)估內(nèi)容示意

2 車身造型虛擬評(píng)審關(guān)注點(diǎn)

2.1 焊接設(shè)備可達(dá)性

產(chǎn)品開發(fā)過程中，依據(jù)造型分縫特征，鈑金零件若無(wú)法進(jìn)行沖壓一片式成形，則需要對(duì)鈑金進(jìn)行分片設(shè)計(jì)，在零件和零件搭接處通過焊接工藝實(shí)現(xiàn)連接以滿足造型效果。因此，車身工藝需要進(jìn)行零件的焊接可達(dá)性評(píng)估。

以側(cè)圍尾燈區(qū)域造型設(shè)計(jì)為例，若尾燈造型為細(xì)長(zhǎng)形狀且尾燈全部為發(fā)光體，為了滿足燈體安裝空間，需要設(shè)計(jì)較深的尾燈支架，在沖壓無(wú)法對(duì)側(cè)圍外板成形尾燈支架時(shí)，需要設(shè)計(jì)額外的尾燈支架并與側(cè)圍外板焊接，如圖2(a)所示?；谖矡舭惭b空間及尾燈支架上下翻邊與側(cè)圍外板的焊接可達(dá)性要求，尾燈支架寬度需要設(shè)計(jì)較寬，如圖2(b)所示。因此，在造型評(píng)審中需要反饋造型滿足制造焊接可達(dá)性的產(chǎn)品寬度要求。另一方面也可以搜集類似造型的車型信息，在滿足細(xì)長(zhǎng)形狀燈的造型的同時(shí)，設(shè)計(jì)燈與后保配合，而側(cè)圍外板可能不必進(jìn)行分片焊接，如圖2(c)所示?；蛘呖梢栽O(shè)計(jì)較淺的燈安裝面，以便側(cè)圍外板可以直接成形，而不必進(jìn)行分片焊接，如圖2(d)所示。因此，造型評(píng)審過程中一方面評(píng)估焊接設(shè)備可達(dá)性；一方面要進(jìn)行精益化設(shè)計(jì)建議，盡量在滿足造型的同時(shí)降低制造風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 焊接工藝控制難度

造型確認(rèn)的情況下，零件的分片結(jié)構(gòu)也是影響制造的一個(gè)因素。造型分縫線的設(shè)置不同即使應(yīng)用相同連接工藝，除了進(jìn)行焊接可達(dá)性評(píng)估之外，還要考慮制造過程中的工藝控制難度。以后舉門造型為例，如圖3所示，后舉門外板上下片之間采用激光釬焊連接，零件分縫一種是幾字形焊縫軌跡，一種是直線形焊縫軌跡。在激光釬焊過程中，對(duì)于半徑較小的圓弧段焊縫或過渡段焊縫，需要調(diào)整焊接速度和送絲速度來(lái)滿足焊接質(zhì)量要求，過快的焊接速度產(chǎn)生的離心力將會(huì)阻礙熔融釬料的鋪展，使焊接過程不穩(wěn)定。在一定的焊接速度下，需根據(jù)焊縫填充量的多少來(lái)匹配適當(dāng)?shù)乃徒z速度。送絲速度過快，焊縫表面會(huì)出現(xiàn)釬料的堆積，影響外觀質(zhì)量，送絲速度過慢則會(huì)使焊縫表面出現(xiàn)下陷，且過少的填充量會(huì)影響焊縫的焊接強(qiáng)度。因此，圓弧段焊縫對(duì)激光釬焊焊接工藝過程控制更難。因此，在零件分片時(shí)優(yōu)選直線形激光釬焊焊縫軌跡，對(duì)制造工藝更加友好。

圖3 后舉門造型優(yōu)化示意

2.3 零件及工藝量

造型分縫同樣會(huì)影響車身鈑金的數(shù)量及對(duì)應(yīng)的連接工藝量。分縫線位置設(shè)計(jì)不同，會(huì)導(dǎo)致零件尺寸不同，基于鈑金成形分析結(jié)果做分片設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致工藝量增加。以側(cè)圍外板和翼子板分縫為例，如圖4(a)所示，側(cè)圍外板前端延伸較長(zhǎng)，側(cè)圍與翼子板高低相匹配，潛在受側(cè)圍外板成形性限制，會(huì)將側(cè)圍外板前端增加延伸件的分片設(shè)計(jì)，導(dǎo)致需要車身車間將延伸件焊接至側(cè)圍外板上。該設(shè)計(jì)會(huì)增加零件數(shù)量和焊接數(shù)量，同時(shí)小延伸件需要單獨(dú)開模，增加單件成本。因此，造型評(píng)估時(shí)可優(yōu)化為如圖4(b)所示狀態(tài)，即側(cè)圍外板與翼子板分縫上移至A柱區(qū)域，減小側(cè)圍外板尺寸，從而減少成本。

圖4 側(cè)圍外板前端造型

2.4 折邊外觀

在車身制造中，折邊工藝是連接車身封閉件最常用的一種連接工藝。折邊是將外板的翻邊緊緊壓緊內(nèi)板，使外板和內(nèi)板被整合成一體的過程。零件折邊的翻邊參數(shù)的確定直接影響折邊狀態(tài)和制造成本。在造型虛擬評(píng)審時(shí)，折邊所在面的曲率是影響翻邊高度的因素，折邊弧度較大時(shí)一般需縮短外板折邊翻邊，以避免翻邊開裂或鈑金堆料。因此，前期要通過造型面及分縫位置評(píng)估折邊區(qū)域型面的曲率，如圖5所示，當(dāng)折邊面夾角較大且折邊線圓角半徑較小時(shí)，需評(píng)估是否可以折邊，如外板無(wú)法壓緊內(nèi)板，則需推動(dòng)造型優(yōu)化。

圖5 后門前端型面

3 討論

1）評(píng)審時(shí)間。車身造型開發(fā)時(shí)間在整車開發(fā)計(jì)劃中比較靠前，因此，針對(duì)車身造型的評(píng)審越早開始越好，可以提前發(fā)現(xiàn)問題避免后期造型更改造成的較大影響。而早期的造型只有面及分縫，還未落實(shí)到零件結(jié)構(gòu)數(shù)模，因此，需要積累各項(xiàng)目過程中的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，形成造型評(píng)審檢查清單，并轉(zhuǎn)化成對(duì)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的制造要求，從而在產(chǎn)品開發(fā)最前期更全面地對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)范和評(píng)審，降低后續(xù)項(xiàng)目的實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

2）評(píng)審效率和質(zhì)量。車身造型虛擬評(píng)審內(nèi)容中涉及工具可達(dá)性、折邊可行性、工藝控制難度等檢查，現(xiàn)有的評(píng)審方法是打開造型數(shù)模，手工進(jìn)行工具擺放查看工具與零件干涉情況，或者手動(dòng)測(cè)量面曲率等進(jìn)行人工評(píng)估。由于人員工作經(jīng)驗(yàn)及工作效率因人而異，對(duì)于虛擬評(píng)審的效率和質(zhì)量也有影響。因此，如何針對(duì)車身造型評(píng)審內(nèi)容開發(fā)出自動(dòng)檢查評(píng)審的技術(shù)及工具是可以研究的課題。

3）評(píng)審前瞻。造型是客戶第一感官認(rèn)知，設(shè)計(jì)美的造型，有助于提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。整車造型上會(huì)不斷有新的創(chuàng)意特征，對(duì)于車身工藝連接工藝等有更多的挑戰(zhàn)。因此，在造型評(píng)審過程中除了進(jìn)行傳統(tǒng)工藝的可制造性評(píng)估外，車身工藝及產(chǎn)品開發(fā)工程師更應(yīng)該前瞻性研究新的斷面結(jié)構(gòu)，采用創(chuàng)新性連接工藝等，為實(shí)現(xiàn)美的造型提供新實(shí)施可能性。

4 展望

產(chǎn)品開發(fā)過程中同步進(jìn)行車身造型虛擬評(píng)審可以提前發(fā)現(xiàn)制造風(fēng)險(xiǎn)，降低成本?，F(xiàn)有成熟車身造型評(píng)審關(guān)注了產(chǎn)品可制造性和易制造性，但在評(píng)審時(shí)間節(jié)點(diǎn)、提高評(píng)審效率及質(zhì)量、評(píng)審前瞻性等方面需要進(jìn)一步深入研究，從而使造型優(yōu)美與白車身制造精益性達(dá)到完美平衡，提高汽車企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 蔣榮斌.基于某車型的車身焊裝工藝同步工程方法簡(jiǎn)介[J].汽車工藝與材料,2010(8):5-7.

[2] 袁智軍,趙小羽,胡潔,等.基于同步工程的汽車車身設(shè)計(jì)流程分析[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2009,22(5): 81-83.

[3] 郝明,曹鐵.汽車車身制造工藝同步工程淺析[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào),2013(11):281-282.

[4] 王冬梅.淺析汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中的焊裝工藝評(píng)審[J].汽車工藝與材料,2021(5):22-28.

Body Process Styling Virtual Assessment

WANG Liying, GAO Kaicun, ZHANG Qi

( Vehicle Manufacturing Engineering, SAIC General Motors Company Limited, Shanghai 201201, China )

This paper introduces the content of virtual assessment of body in white in the process of product development, focuses on the main concerns of virtual assessment of body process, and analyzes the future needs to be improved in the aspects of virtual assessment time node, virtual review efficiency and quality of virtual assessment and forward-looking of virtual assessment. Study the impact to manufacture feasibility and cost down of styling virtual assessment and the resolution, also the improvements need to be analyzed in the future. All the content can be reference for detail exploration in body styling virtual assessment.

Body in white; Body process styling; Virtual assessment; Manufacture requirement

U463.82

A

1671-7988(2023)17-150-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.017.027

王立影（1979－），女，博士，正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槠囍圃旒夹g(shù)，E-mail:liying_wang@saic-gm.com。