一種汽車智能化斷面設(shè)計的新方法*

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）

近幾年國內(nèi)汽車銷量的急速增長，加劇了國內(nèi)汽車行業(yè)之間的競爭。壓縮設(shè)計開發(fā)周期，使產(chǎn)品能快速迭代更新、快速地占領(lǐng)市場，已經(jīng)成為各大主機廠重要的競爭策略。主斷面是汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計流程中的一條主線，是國內(nèi)外汽車開發(fā)過程中的一項核心技術(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)計基礎(chǔ)，但主斷面設(shè)計過程受汽車造型、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)過程中的一個重點和難點，據(jù)不完全統(tǒng)計，汽車開發(fā)過程中，從造型反饋階段到TG2 階段繪制與標注主斷面的工作耗費了40%左右的工作量。為此，研發(fā)一款具備自動生成主斷面與標注的設(shè)計平臺，是未來汽車開發(fā)的發(fā)展方向。

1 傳統(tǒng)主斷面設(shè)計

傳統(tǒng)的主斷面設(shè)計通常遵循以下步驟：1）主斷面方案制定與主斷面線段繪制；2）主斷面標注；3）主斷面檢查。圖1 示出汽車傳統(tǒng)主斷面設(shè)計流程。

圖1 汽車傳統(tǒng)主斷面設(shè)計流程

1.1 主斷面方案制定與主斷面線段繪制

根據(jù)輸入的造型數(shù)據(jù)與總布置要求，進行車身結(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)對整車安全性能的影響等工程因素[1]，確定基本方案與各項輸入條件、各項配合關(guān)系后，進行推算、分析繪制主斷面的線段。

1.2 主斷面標注

主斷面線段繪制完畢后，需標注與內(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、運動件的極限狀態(tài)開合角度等各項區(qū)域的重要配合尺寸。

1.3 主斷面檢查

車身主斷面需要經(jīng)過核查程序確認合格后，才能交付結(jié)構(gòu)設(shè)計使用，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)計要求、各項重要尺寸標注是否有遺漏[2]。

經(jīng)上述步驟形成第1 版主斷面數(shù)據(jù)。在審核與標注尺寸過程中，會發(fā)現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理或者結(jié)構(gòu)實現(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)計要求，形成最終主斷面，完成主斷面的設(shè)計工作。

傳統(tǒng)的主斷面設(shè)計過程繁瑣，一旦某一區(qū)域產(chǎn)生設(shè)變，需要進行大量的更改操作，并需要具備豐富經(jīng)驗的工程師才能繪制出符合結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的主斷面。

2 智能化斷面設(shè)計

文章提出一種汽車智能化斷面設(shè)計的新方法。該方法基于CAD 軟件，進行大數(shù)據(jù)庫智能分析運算[3]，可省去復(fù)雜的設(shè)計環(huán)節(jié)（斷面繪制與斷面標注），自動生成斷面，有效節(jié)約人力成本、縮短整車開發(fā)周期，同時具有較高的實用性，其具體流程，如圖2所示。圖2 包括7 個主要部分：1）100 指令定義斷面基準要素；2）200指令通過輸入的基準要素啟動，900 指令智能推理系統(tǒng)自動推算斷面結(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表；5）500 指令通過則設(shè)計師根據(jù)方案報表與推算的斷面選擇合適的斷面，不通過則啟動800 指令重新推算或人工進行主參數(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，由此完成整個斷面的設(shè)計工作。

圖2 汽車智能化主斷面設(shè)計流程

3 智能化斷面工具開發(fā)介紹與應(yīng)用

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 進行通信，對CATIA 進行二次開發(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、標準件組成，傳統(tǒng)的斷面設(shè)計過程通常是先建立一個斷面平面，然后以輸入的造型、門洞限制線、鉸鏈、總布置要求為基準，在斷面平面的基礎(chǔ)上進行推導(dǎo)繪制合理的主斷面與標注[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）因斷面基準是無序的，選擇斷面的基準要素需要人工進行定義，所以需要在彈出的基準對話框內(nèi)（如圖4a 所示）選擇定義斷面所在的平面，定義鉸鏈、造型面、門洞止口等基準要素。2）系統(tǒng)通過輸入的基準要素啟動圖2 中的900 指令智能推理系統(tǒng)，自動推算斷面結(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)方案報表與推算的斷面選擇合適的斷面,確認是否合格，不通過則啟動800 指令重新推算或人工進行主參數(shù)（料厚、材料、標注信息，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

4 結(jié)論

基于我國汽車行業(yè)競爭愈加激烈、開發(fā)設(shè)計周期愈漸壓縮，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)計效率、縮短開發(fā)周期，提升主機廠或設(shè)計公司的影響力。智能化斷面平臺能有效地搜集、計算出較好或者較為成熟的斷面，方便從業(yè)人員學習或者了解到較為先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計方式。

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)的智能斷面平臺從基準輸入、斷面生成、工程師修改斷面、斷面標注等流程，基本實現(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。