数字模拟阶段的控制及提升

文/杨庆志，曹江怀·奇瑞汽车股份有限公司

奇瑞汽车通过十多年的正向开发，发现在整个产品的实现过程中都会产生表面缺陷。具体有产品设计阶段、冲压工艺（模具）设计阶段，模具制造阶段，批量生产管理，板料性能控制等。

产品数据作为整车开发的第一阶段，若自身带有大量缺陷、工艺无法解决的问题而导致表面缺陷，将无法在后期的实物开发阶段解决。本文将重点针对产品数据阶段产生车身覆盖件缺陷的原因，识别方法、控制方法及改善方法等方面进行探讨。

设计阶段面品控制的几个阶段

产品数据阶段大致可以分为油泥模型阶段、点云扫描阶段、CAS阶段、数据分析阶段（即同步工程阶段）。油泥模型为手工制作，型面偏差3mm极为正常，且覆盖件及整车表面质量相对较差，只能进行大致的造型和基础的冲压工艺分析。

油泥模型评审完成后，会有专业的技术人员进行点云扫描、点云输入、点云处理，进行详细的A面设计。以一个车型为主：一般情况下，要求有比较严格的A级曲面，由四个人来完成，需要约两个月时间（不包括扫面时间）。

第一阶段

主要是根据扫描的点云及模型的特征做出完整的数字模型，模型的局部过渡区域不一定要花费大量的时间做到与基础面G3连续，一般做到G1连续即可，我们一般称之为C级表面。但是主要的面及母体一定要做到精度足够好，不然第二阶段会花费更多时间来做修改。另外一点就是尽可能的接近点云（如果点云的质量足够好），因为点云是反映了模型的特性，通常要求尺寸精度控制在0.5mm之内。此时，数据表面质量调整的工作大约完成了50%。

第二阶段

主要是精确的制作B级曲面，一些细节的调节，主要是对型面、过渡面、特征、匹配关系等进行更改。此阶段一般情况下都是抛开了点云，在C级表面的基础上进行优化，达到G2连续。此时，数据表面质量调整的工作大约完成了70%。

第三阶段

主要是精确的制作A级曲面，此阶段不需要对型面、过渡面、特征、匹配关系等进行更改，仅需要进行面的精细化调整。对于A级曲面，必须满足相邻曲面之间的间隙在0.005mm以下（有些汽车厂甚至要求到0.001mm），切向改变（tangency change）在0.16°以下，曲率改变（curvature change）在0.005°以下等，符合这些标准才能确保汽车表面覆盖件的环境反射不会存在瑕疵（各企业的标准和要求不一致，对面的质量要求可能存在差异，此处数据仅供参考）。此时，数据表面质量调整的工作大约完成了98%。

最后根据完成的A面铣削整车模型，显示真实效果如图1所示，再根据实物效果进行评估和改进。此时，修改的地方已经极少了。

图1 数据模型A面连续性的对比示意图

从点云扫描一直到冲压模具调试出件，大约需要近三年时间，在这个较长的阶段，我们所接触的都是油泥模型和数据模型，如何在此阶段内进行数据表面质量评估和改进，就涉及到我们现在常用的数据模拟分析。

设计阶段数值面品模拟评价方法

汽车A级曲面，是能被用户直接观察到的表面。对于A级曲面，主要的模拟评价方法有三种，斑马线、曲面曲率法和色彩光照图，常用的方法为前两种。

⑴斑马线法主要是通过软件模拟曲面的高光。高光对曲面上点的法矢方向的变化十分敏感。轮廓图的杂乱无章表明曲面上相应区域内曲率分布不均。在G1连续的边界处，高光轮廓图有断点，对G0连接则不连续如图2所示。

图2 斑马线分析

⑵不规则的轮廓图表明曲面上相应区域质量不好（不光顺）。曲率半径检查比高光检查容易，因此在设计阶段常采用这种方法。但是，仅用曲率轮廓图检查对于评估曲面质量是不够的。因为有时曲率轮廓图看起来很好，但是高光分布图（图3）有波动，必须对曲面进行修改——曲面断面线法。

图3 高光分布图分析

设计阶段数值面品模拟的开展实例介绍

对CAS面质量进行检查(free style环境下)并提出工艺问题，推动产品进行同步更改。首先利用CATIA软件，斑马线检查面视觉效果：点击斑马线检查命令，设置如图4所示，检查CAS面钣金部分是否存在叠加、不连续、不对等等现象。

例如对某车型门外板进行斑马线检查，检查结果见表1和图5。

图4 CATIA斑马线分析示例

图5 CATIA斑马线分析缺陷部位详细展示

表1 某后门斑马线检测缺陷列表

设计阶段面品控制的前期工艺要求输入

在油泥模型制作前期和数据优化的第一阶段、第二阶段，工艺开发部门可以优先将工艺需求发送至造型部门，在项目的前期进行规避。可提高数据的表面质量、工艺性，也可减少后期优化所浪费的人力、物力及时间。

例如：前翼子板相关尺寸和结构形式的需求，如图6所示的油泥造型，就存在四个问题需要在设计前期考虑。

图6 数字样车翼子板缺陷图

大灯配合区域

零件尖角θ小于30°(2D)，零件此处表面变形；大灯尖角处R角值太小，成形、翻边质量差；模具强度弱、寿命短，如图7所示。

图7 翼子板尖角示意图

以上问题的更改建议方案以及相应的推荐更改方案，如图8所示。

前翼子板与发动机罩分界线区域

分界原则：尽量增大发动机罩的面积，减少翼子板的面积，分界线尽量为直线。

图8 翼子板尖角更改推荐方案

原因：减少翼子板的面积可以有效改善翼子板上部侧整的量，进而减轻翼子板回弹；同时可以降低间隙对外观的影响，图9为问题描述和更改建议示意图。

图9 翼子板分块建议示意图

翼子板与侧围、前门配合区（三角区）

问题：翼子板与侧围、三角块的分界线不佳，导致翼子板三角块区成形困难，面品不佳。翼子板与侧围、三角块的分界线不佳，导致翼子板三角区成形困难，翻边开裂；翼子板与侧围尺寸配合很难控制，如图10所示；翼子板三角区域更改建议，如图11所示。

门槛配合区

问题：翼子板下部与门槛配合区为A面，与侧围门槛匹配困难，成形复杂，更改建议，如图12所示。

图10 翼子板三角区域问题

图11 翼子板三角区域更改建议

图 12 翼子板下部分块建议

结束语

本文通过对油泥模型到数据完成的整个过程，各阶段的表面质量工作开展、质量要求等进行介绍。简述了一种最为常用、简单、快捷的表面质量检查方式，并通过实例讲解，建议将工艺对造型、数据的要求等提前输入给造型部门及表面数据处理部门，做到提前控制、规避。

表面质量较高的A面数据是车身表面质量控制的基础，没有好的数据，必定没有好的实物质量。车身表面质量控制需要从油泥模型及初步数据开始，贯穿整个项目开发。