白車身焊點建模設計試驗與應用*

袁宜友，儲亞峰，蔡 蕾，張 俊

(奇瑞汽車股份有限公司,安徽 蕪湖 241009)

0 引 言

在汽車行業白車身產品設計中，焊點設計是其中關鍵環節之一，焊點不僅僅是下游焊接工藝部門開展的必要輸入條件，同時也是車身CAE仿真分析的重要約束條件，相對于復雜的板料成形件建模，焊點設計顯得較為簡單，但白車身焊點多達上千個，單個焊點建模簡單，但數量巨大，其工作顯得極其繁瑣，另外，重復的工作內容很容易導致錯誤的產生[1-3]。所以，焊點設計的建模效率及規范性顯得尤為重要，國內、外各個汽車公司均在積極探索一種適合的高效且規范的焊點設計方法[4]。

經調研分析，目前主流的方式是幾何表示法，即采用圓球、圓柱等幾何體曲面來代表相應的焊點類型，制定相應的規范進行約束，并進行二次開發，實現高效建模設計、規范化設計和下游對接[5-9]。表1列出了當前焊點設計模塊與傳統的幾何設計法對比的一些差異項。

表1 焊點設計模塊表示法和幾何表示法對比

續表1 焊點設計模塊表示法和幾何表示法對比

1 模塊設計總體概述

1.1 設計流程

內部定義使用焊點設計模塊工作臺進行焊點設計的設計流程如圖1所示。

(1) 建立內部定制的標準文件

焊點設計模塊標準文件是焊點設計模塊的配置文件，是焊點設計規范的載體，制定相應的規范并統一配置焊點設計模塊標準文件，并統一分發配置至所有設計軟件客戶端。確保公司內部所有工作站創建生成的焊點均為標準焊點。

圖1 焊點設計模塊設計流程

(2) 焊點建模準備

在進入焊點設計模塊工作臺之前，需要對裝配模型預處理，主要包括：①賦予一個零件厚度；②加載材料屬性；③創建緊固點位置；④發布連接曲面。

(3) 加載焊點配置文件

在設計之初，依據公司焊點設計要求設置相關焊點參數和設計規則，后續創建焊點時，不符合設計規則的焊點會報錯，不允許創建。

(4) 創建焊點文件

裝配連接，將2個零件或者更多的零件利用最終焊接、粘合方法最終把它們組合到一起?？梢灶A先表示出連接的數量以備后期檢查使用。

連接體用來定義零件中的那些部分需要進行連接。與裝配連接類似它也需要預先表示出連接的數量以備后期檢查使用。

① 創建焊點焊縫

焊接分為兩種，焊點和焊縫，焊點設計模塊提供豐富的參數可自定義各種焊點類型和符號顯示。

② 檢查焊點焊縫

焊點設計模塊提供了焊點檢查功能，可以檢查。

③ 檢查焊點命名規范

檢查設計規則，提供了多組可配置的設計規則用于焊點檢查。

④ 創建焊點注釋和圖紙

焊點設計模塊提供了能夠對焊點創建焊接注解和3D標注，在創建二維圖紙時可進行投影。

(5) 輸出一個焊點報告/文件

可以輸出txt、Excel等格式的報告和焊點文件，這些文件可以應用于下游和基于文件進行二次開發。用過焊點設計模塊，能夠導出焊點文件, 并對焊點對應文件進行正確性檢查。

1.2 建模前、后的Checklist(點檢表)

為了規范用戶設計，指導用戶正確完成設計，制定內部Checklist，分為建模前、建模后，供用戶在相應操作節點進行自檢，表2為焊點設計開始前的Checklist，表3為焊點設計完成后的Checklist。

表2 焊點設計開始前的Checklist

表3 焊點設計完成后的Checklist

2 關鍵技術應用

2.1 配置焊點設計模塊標準文件

定制焊點設計模塊標準文件：配置文件和焊點設計模塊符號庫，可通過 xls格式的配置文件進行設置及維護。

依據技術標準規范來定義全局控制的焊點設計模塊標準文件來指定技術表達和參數，實現設計規范化的目的。

通過標準配置文件可以控制：①定義可用的連接類型；②定義各項連接類型的參數(顏色，符號)；③定義連接類型的命名規范；④定義工藝參數。

圖2展示了焊點3D符號顯示示例，可以通過不同的配置來控制焊點顯示為不同的符號[10]。

圖2 焊點設計模塊的符號設置顯示示例

為了將焊點設計模塊豐富的設置項和車身焊接多樣的焊接類型和焊接工藝要求匹配，經過深入調研，統一分析，以及收集焊接工藝、白車身設計等多專業的經驗豐富的設計工程師的建議，完成了配置文件的設置，表4為聯接類型部分配置示例，表5為焊接形狀部分示例。

表4 聯接類型配置示例

表5 焊接形狀示例

2.2 焊點位置比對分析

(1) 需要分析

車身焊點文件創建后，存在包含子件相同但數據層級結構不同，如圖所示，源裝配文檔已經存在焊點，目標裝配文檔所包含子件與源裝配文檔下子件相同，僅組成結構層級不同。圖3為實際實用中存在的異構示意圖。

圖3 焊點轉換結構示例

通過分析調研，開發焊點自動轉換輔助工具來實現自動將對兩版數據的焊點文件自動轉換，實時顯示焊點位置結果，并生成Excel報表顯示差異項。

(2) 二次開發

通過焊點設計模塊提供的輸出輸入接口，并利用CAD軟件提供的二次開發軟件接口開發相應自動化工具，實現了焊點坐標位置及方向定義，導入焊點數據并生成新的焊點的功能,圖4為部分代碼示例。

圖4 部分關鍵實現代碼示例

2.3 焊點報告檢查

(1) 需要分析

創建的焊點報告的應用是非常廣泛，承載了上、下游焊點信息傳遞，所以焊點報告的正確性和完整性顯得非常重要，但是焊點設計模塊工作臺導出報表功能存在一定的局限，導出的報表存在層級不對，焊點丟失等問題，工程師無法確認報表內容是否正確。

為了快速的驗證焊點報告的完整性和正確性，經過調研分析，開發輔助工具，實現自動對焊點報告的檢查，確認報告內容與導出的焊點數據信息一致且完整,圖5為焊點檢查結果示例。

圖5 焊點檢查結果示例

(2) 部分實現代碼

通過焊點設計模塊提供的輸出輸入接口，利用CAD軟件提供的二次開發軟件接口開發相應自動化工具，實現了通過導入原始和新創建的焊點報告，進行位置比對，導出報表的功能。圖6是部分代碼片段。

圖6 部分關鍵實現代碼示例

3 應用實例

自內部標準發布以來，由最初單個車型試點，目前，已在所有新開發車型項目白車身設計中進行應用，并由以前的幾何建模方法全面切換到焊點設計模塊。圖7展示了某車身零件焊接應用示例，展示了焊點和焊縫的顯示效果。

圖7 某車身零件焊接應用示例(局部)

下面針對應用過程中遇到的典型問題以及解決方案進行說明。

3.1 創建的焊點不符合規范要求

如果工程師設計軟件環境未按標準環境設置，那么創建的焊點的顯示和參數都不符合標準規范，為了更快速地識別出不符合規范的焊點，將焊點的顯示顏色作了修改，是最容易區分的，表6為配置的焊接元素顏色示例。

表6 焊接元素顏色配置

3.2 焊點消失

工程師從PDM系統打開前期更新的焊點數據后，發現所負責層級的每個連接體單元下無焊點數據。

經過分析焊點消失的主要原因有兩個：①工程師應該是在焊點設計模塊焊點創建好后誤刪焊點設計參數設置項。②出現了更新錯誤時，工程師使用更新診斷工具，點擊了刪除操作，程序將所有更新錯誤的焊點刪除。

4 結 論

通過焊點設計，實現了焊點設計所包含內容的標準化、高效化，同時保證數據狀態一致，相比幾何設計，實施新的設計方法后，主要收獲體現在以下兩個方面。

(1) 建模效率提升：①焊點過程建模效率提升，尤其是異構的數據間的轉換，約提升30%；②跨專業應用效率提升：提升分析部門工作效率，如白車身工藝部門進行一次白車身工藝規劃可節約5個人1天，同步工程節約15天。

(2) 建模質量及集成能力提升：①初步解決原有幾何法設計法表達方法帶來的不良問題，初步實現設計-分析-工藝等部門數據的無縫對接；②利用焊點所帶的信息，進行二次開發，進行信息處理，能迅速對接集成下游應用，形成工藝文件，如焊點信息表，焊接參數表等；③自動導入CAE軟件，程序自動檢查。