數字模擬階段的控制及提升

文/楊慶志，曹江懷·奇瑞汽車股份有限公司

奇瑞汽車通過十多年的正向開發，發現在整個產品的實現過程中都會產生表面缺陷。具體有產品設計階段、沖壓工藝（模具）設計階段，模具制造階段，批量生產管理，板料性能控制等。

產品數據作為整車開發的第一階段，若自身帶有大量缺陷、工藝無法解決的問題而導致表面缺陷，將無法在后期的實物開發階段解決。本文將重點針對產品數據階段產生車身覆蓋件缺陷的原因，識別方法、控制方法及改善方法等方面進行探討。

設計階段面品控制的幾個階段

產品數據階段大致可以分為油泥模型階段、點云掃描階段、CAS階段、數據分析階段（即同步工程階段）。油泥模型為手工制作，型面偏差3mm極為正常，且覆蓋件及整車表面質量相對較差，只能進行大致的造型和基礎的沖壓工藝分析。

油泥模型評審完成后，會有專業的技術人員進行點云掃描、點云輸入、點云處理，進行詳細的A面設計。以一個車型為主：一般情況下，要求有比較嚴格的A級曲面，由四個人來完成，需要約兩個月時間（不包括掃面時間）。

第一階段

主要是根據掃描的點云及模型的特征做出完整的數字模型，模型的局部過渡區域不一定要花費大量的時間做到與基礎面G3連續，一般做到G1連續即可，我們一般稱之為C級表面。但是主要的面及母體一定要做到精度足夠好，不然第二階段會花費更多時間來做修改。另外一點就是盡可能的接近點云（如果點云的質量足夠好），因為點云是反映了模型的特性，通常要求尺寸精度控制在0.5mm之內。此時，數據表面質量調整的工作大約完成了50%。

第二階段

主要是精確的制作B級曲面，一些細節的調節，主要是對型面、過渡面、特征、匹配關系等進行更改。此階段一般情況下都是拋開了點云，在C級表面的基礎上進行優化，達到G2連續。此時，數據表面質量調整的工作大約完成了70%。

第三階段

主要是精確的制作A級曲面，此階段不需要對型面、過渡面、特征、匹配關系等進行更改，僅需要進行面的精細化調整。對于A級曲面，必須滿足相鄰曲面之間的間隙在0.005mm以下（有些汽車廠甚至要求到0.001mm），切向改變（tangency change）在0.16°以下，曲率改變（curvature change）在0.005°以下等，符合這些標準才能確保汽車表面覆蓋件的環境反射不會存在瑕疵（各企業的標準和要求不一致，對面的質量要求可能存在差異，此處數據僅供參考）。此時，數據表面質量調整的工作大約完成了98%。

最后根據完成的A面銑削整車模型，顯示真實效果如圖1所示，再根據實物效果進行評估和改進。此時，修改的地方已經極少了。

圖1 數據模型A面連續性的對比示意圖

從點云掃描一直到沖壓模具調試出件，大約需要近三年時間，在這個較長的階段，我們所接觸的都是油泥模型和數據模型，如何在此階段內進行數據表面質量評估和改進，就涉及到我們現在常用的數據模擬分析。

設計階段數值面品模擬評價方法

汽車A級曲面，是能被用戶直接觀察到的表面。對于A級曲面，主要的模擬評價方法有三種，斑馬線、曲面曲率法和色彩光照圖，常用的方法為前兩種。

⑴斑馬線法主要是通過軟件模擬曲面的高光。高光對曲面上點的法矢方向的變化十分敏感。輪廓圖的雜亂無章表明曲面上相應區域內曲率分布不均。在G1連續的邊界處，高光輪廓圖有斷點，對G0連接則不連續如圖2所示。

圖2 斑馬線分析

⑵不規則的輪廓圖表明曲面上相應區域質量不好（不光順）。曲率半徑檢查比高光檢查容易，因此在設計階段常采用這種方法。但是，僅用曲率輪廓圖檢查對于評估曲面質量是不夠的。因為有時曲率輪廓圖看起來很好，但是高光分布圖（圖3）有波動，必須對曲面進行修改——曲面斷面線法。

圖3 高光分布圖分析

設計階段數值面品模擬的開展實例介紹

對CAS面質量進行檢查(free style環境下)并提出工藝問題，推動產品進行同步更改。首先利用CATIA軟件，斑馬線檢查面視覺效果：點擊斑馬線檢查命令，設置如圖4所示，檢查CAS面鈑金部分是否存在疊加、不連續、不對等等現象。

例如對某車型門外板進行斑馬線檢查，檢查結果見表1和圖5。

圖4 CATIA斑馬線分析示例

圖5 CATIA斑馬線分析缺陷部位詳細展示

表1 某后門斑馬線檢測缺陷列表

設計階段面品控制的前期工藝要求輸入

在油泥模型制作前期和數據優化的第一階段、第二階段，工藝開發部門可以優先將工藝需求發送至造型部門，在項目的前期進行規避。可提高數據的表面質量、工藝性，也可減少后期優化所浪費的人力、物力及時間。

例如：前翼子板相關尺寸和結構形式的需求，如圖6所示的油泥造型，就存在四個問題需要在設計前期考慮。

圖6 數字樣車翼子板缺陷圖

大燈配合區域

零件尖角θ小于30°(2D)，零件此處表面變形；大燈尖角處R角值太小，成形、翻邊質量差；模具強度弱、壽命短，如圖7所示。

圖7 翼子板尖角示意圖

以上問題的更改建議方案以及相應的推薦更改方案，如圖8所示。

前翼子板與發動機罩分界線區域

分界原則：盡量增大發動機罩的面積，減少翼子板的面積，分界線盡量為直線。

圖8 翼子板尖角更改推薦方案

原因：減少翼子板的面積可以有效改善翼子板上部側整的量，進而減輕翼子板回彈；同時可以降低間隙對外觀的影響，圖9為問題描述和更改建議示意圖。

圖9 翼子板分塊建議示意圖

翼子板與側圍、前門配合區（三角區）

問題：翼子板與側圍、三角塊的分界線不佳，導致翼子板三角塊區成形困難，面品不佳。翼子板與側圍、三角塊的分界線不佳，導致翼子板三角區成形困難，翻邊開裂；翼子板與側圍尺寸配合很難控制，如圖10所示；翼子板三角區域更改建議，如圖11所示。

門檻配合區

問題：翼子板下部與門檻配合區為A面，與側圍門檻匹配困難，成形復雜，更改建議，如圖12所示。

圖10 翼子板三角區域問題

圖11 翼子板三角區域更改建議

圖 12 翼子板下部分塊建議

結束語

本文通過對油泥模型到數據完成的整個過程，各階段的表面質量工作開展、質量要求等進行介紹。簡述了一種最為常用、簡單、快捷的表面質量檢查方式，并通過實例講解，建議將工藝對造型、數據的要求等提前輸入給造型部門及表面數據處理部門，做到提前控制、規避。

表面質量較高的A面數據是車身表面質量控制的基礎，沒有好的數據，必定沒有好的實物質量。車身表面質量控制需要從油泥模型及初步數據開始，貫穿整個項目開發。