MBD技術在白車身生產中的應用研究

□ 趙 鋼 □ 袁宜友 □ 徐本曄 □ 徐美應

奇瑞汽車股份有限公司 安徽蕪湖 241009

1 研究背景

MBD技術是一種在三維數據上承載建模設計定義、工藝過程描述、屬性項、管理項等信息的先進數字化定義技術,MBD技術的實施使三維模型取代二維圖紙成為可能。20世紀90年代,美國機械工程師協會在波音公司的協助下發起了三維標注技術及其標準化的研究,并最早于2003年形成了ASME Y14.41—2003《數字化產品定義數據實施規程》。2006年,國際標準化組織借鑒ASME Y14.41—2003制定了ISO標準,草擬了ISO 16792—2006《技術產品文件 數字化產品定義數據通則》,為歐洲及亞洲國家的用戶提供了支持。波音公司目前已實現無紙化工作及生產[1]。2009年,我國頒布了GB/T 24734.1～24734.11—2009《技術產品文件 數字化產品定義數據通則》系列標準。在我國的航空研究所,MBD技術已被廣泛應用。汽車行業中的部分合資品牌廠商也在設計生產過程中開始全面推行MBD技術[2]。

白車身是完成焊接但未涂裝之前的車身,不包括四門、兩蓋等運動件。以奇瑞公司為例,其白車身的三維數據包含信息內容較多,目前三維數據和二維圖紙之間尚未實現自動關聯,在開發過程中需出具二維圖紙,使成本升高,并且供應商還有可能得到錯誤的信息,導致生產出的零件出現差錯[3]。

2 實施路徑及內容

基于奇瑞公司產品開發現狀,以及當前所具備的條件,規劃實施MBD技術的路徑和內容。

2.1 路徑

從MBD技術的發展趨勢來看,實施MBD技術主要分為六個階段:二維圖紙信息轉換階段、三維模型定義階段、工藝過程信息定義階段;制造過程信息定義階段、全面三維模型定義階段、基于模型的企業。當前,奇瑞公司處在二維圖紙信息轉換和三維模型定義階段之間的過渡階段[4-5]。

2.2 內容

對產品三維數據進行MBD建模時,需要包含零件的幾何結構尺寸、參考基準、形位公差、表面粗糙度、技術要求等內容,還要包括焊接技術要求、工藝制造過程等零件制造過程的信息[6]。根據行業標準和技術研究,產品三維數據包含的數據集分為幾何元素和非幾何元素兩種,如圖1所示。

▲圖1 產品三維數據

2.3 自定義標準

結合國家及行業標準,制訂企業級標準要求,將相關標注元素的對象信息,如線型、顏色、粗細等封裝入可擴展標記語言文件,并作為配置文件嵌入三維設計軟件,供工程師標注時調用,確保符合規范要求。

3 三維標注流程

按照自定義標準要求,將標注信息封裝入可擴展標記語言文件,實際上已形成了三維標注要求。對三維數據建模及整體協同設計流程進行梳理分析,確認三維標注流程所涉及的環節。某零件形位公差三維標注流程如圖2所示。

▲圖2 零件形位公差三維標注流程

4 三維標注要點

4.1 自定義圖層項

為確保三維數據中幾何元素及非幾何元素的正確顯示,在三維設計軟件中需要對圖層項進行自定義,工程師應嚴格按表1自定義圖層內容執行[7]。

表1 自定義圖層內容

4.2 視圖與幾何特征關聯

標注過程中,各種不同用途的結構功能幾何單元,包括含焊接搭接面、修邊線及各種孔特征等,應發布并按功能命名。若標注的信息對應一組特征或一個特征的某個局部區域,則應對該特征進行接合和剪裁,將結果在三維設計軟件中發布,與對應視圖關聯。左D柱下連接板視圖與幾何特征關聯如圖3所示。

▲圖3 左D柱下連接板視圖與幾何特征關聯

4.3 視圖定制管理

三維標注信息要求在視圖下體現,一般為零部件工作位置,需要將能夠完整展現零部件主要特征及尺寸信息的視圖定義為主視圖。在完整、清晰表示零部件技術信息的前提下,視圖的數量應盡量少。三維基本視圖要求按二維圖基本視圖名稱對應進行命名,包括主視圖、俯視圖、左視圖、右視圖、仰視圖、后視圖、剖視圖、軸側視圖等[8]。可調緩沖塊視圖定義實例如圖4所示。

4.4 標注內容可重用性

為提高標注的使用效率,并便于驗證其正確性,可以將定制的標注信息應用到不同設計上,進行重復使用。

4.5 技術要求與視圖關聯

基于二維圖紙內容,零部件的技術要求是重要內容之一。在三維數據上,對于零件的技術要求,需要同樣填寫在標注集下單獨的視圖內。視圖方向與主視圖平行,且位置要居中,不能被遮擋。

5 自定義工具開發

結合白車身生產制造實際,在軟件中進行模板定制,或對部分功能進而自定義開發,進而提升三維數據非幾何信息過程的標注效率和質量[9-11]。

▲圖4 可調緩沖塊視圖定義

5.1 注釋對象屬性模板定制

為提高工作效率,對使用頻繁的形位公差實現模板化,采用快捷按鈕方式直接調用,主要內容有未標注形位公差模板、已標注形位公差模板等。

以未標注形位公差模板為例,注釋屬性和進行模板定制操作如下:

(1) 基于二維圖紙.CATDrawing格式文件,創建未標注形位公差模板并保存;

(2) 將含有未標注形位公差模板的.CATDrawing格式文件另存為.catalog格式模板文件;

(3) 在三維數據中調用該.catalog格式模板文件。

5.2 標記列表更改

當零部件三維數據發生變更時,對更改區域需要進行標記。除進行標記更改外,還應在變更標記列表中記錄每次更改的內容及更改區域數量,根據更改時間自上而下按順序填寫,表格可根據需要定制。因手工填寫較為麻煩,可開發輔助工具進行填寫。

6 應用實例

MBD技術已在奇瑞公司白車身的開發過程中全面推廣應用。

奇瑞公司制訂和發布了MBD技術標準,在某車型白車身的開發中實現了形位公差等信息的三維可視化顯示,并且不需要出具二維圖紙,提升了產品設計效率。某車型白車身左D柱上隔板三維標注應用實例如圖5所示。

在總成上有形位公差標注需求時,標注所鏈接的幾何特征在單件中抽取,并存放在各單件規定的幾何圖形集中。若總成形位公差要求相同,則應以單件為單位對搭接區域面進行接合并隔離,然后再發布基于接合面的標注。與此同時,配合尺寸等的其它標注信息也要基于單件的發布特征進行標注。對于相對復雜的總成或單件屬于不同所有者的情況,在單件特征更新后,需要替換原特征發布,然后在發布特征上重新標注。關聯的總成特征需手動更新標注。

▲圖5 左D柱上隔板三維標注應用實例

7 結束語

通過對MBD技術進行研究,利用三維數字化模型來完整表達零部件幾何及非幾何定義信息,實現白車身開發及生產過程的無二維圖紙和全三維信息體現,同時保證數據源唯一。應用MBD技術,在某新開發車型的白車身研發設計周期中,每天節約20人的工作量,且不需要出具二維圖紙。由下游數據應用部門直接基于三維數據進行結構、基準、形位公差分析,不需要傳統人工對二維圖紙內容進行轉換,此項每天可節約約25人的工作量。

MBD技術的深度應用,可為未來兼容制造、檢測、分析設備,以及與供應商信息交互、數據質量檢查等領域提供基礎技術支撐。