一种汽车智能化断面设计的新方法*

张建 朱鑫 丁振 李翔

（湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司）

近几年国内汽车销量的急速增长，加剧了国内汽车行业之间的竞争。压缩设计开发周期，使产品能快速迭代更新、快速地占领市场，已经成为各大主机厂重要的竞争策略。主断面是汽车结构设计流程中的一条主线，是国内外汽车开发过程中的一项核心技术。在新款车型开发过程中，汽车结构开发都以主断面为设计基础，但主断面设计过程受汽车造型、结构、安全性能、工艺等多方面影响，多年来一直是汽车开发过程中的一个重点和难点，据不完全统计，汽车开发过程中，从造型反馈阶段到TG2 阶段绘制与标注主断面的工作耗费了40%左右的工作量。为此，研发一款具备自动生成主断面与标注的设计平台，是未来汽车开发的发展方向。

1 传统主断面设计

传统的主断面设计通常遵循以下步骤：1）主断面方案制定与主断面线段绘制；2）主断面标注；3）主断面检查。图1 示出汽车传统主断面设计流程。

图1 汽车传统主断面设计流程

1.1 主断面方案制定与主断面线段绘制

根据输入的造型数据与总布置要求，进行车身结构初步方案制定。综合考虑钣金件（白车身、开闭件）与零部件（附件、内外饰件、电子电器等）之间的安装与配合关系（如卡扣、螺接、铆接、粘接等的安装拆卸方式），焊接边的大小与焊接工艺可行性，侧围与门密封结构及配合间隙，结构对整车安全性能的影响等工程因素[1]，确定基本方案与各项输入条件、各项配合关系后，进行推算、分析绘制主断面的线段。

1.2 主断面标注

主断面线段绘制完毕后，需标注与内外造型有关的各种缝隙和段差值、安装密封条的配合间隙与压缩量、运动件的极限状态开合角度等各项区域的重要配合尺寸。

1.3 主断面检查

车身主断面需要经过核查程序确认合格后，才能交付结构设计使用，通常检查配合是否有干涉和间隙、焊接边的宽度及零部件定位是否满足工艺要求、安装密封件的配合面及开闭件的配合间隙是否满足设计要求、各项重要尺寸标注是否有遗漏[2]。

经上述步骤形成第1 版主断面数据。在审核与标注尺寸过程中，会发现一些结构设计不合理或者结构实现困难的问题，如此就需要反复修改有关的断面数据，使之符合结构设计要求，形成最终主断面，完成主断面的设计工作。

传统的主断面设计过程繁琐，一旦某一区域产生设变，需要进行大量的更改操作，并需要具备丰富经验的工程师才能绘制出符合结构设计要求的主断面。

2 智能化断面设计

文章提出一种汽车智能化断面设计的新方法。该方法基于CAD 软件，进行大数据库智能分析运算[3]，可省去复杂的设计环节（断面绘制与断面标注），自动生成断面，有效节约人力成本、缩短整车开发周期，同时具有较高的实用性，其具体流程，如图2所示。图2 包括7 个主要部分：1）100 指令定义断面基准要素；2）200指令通过输入的基准要素启动，900 指令智能推理系统自动推算断面结构；3）300 指令根据系统推算生成初版断面；4）400 指令根据推算的初版断面生成方案报表；5）500 指令通过则设计师根据方案报表与推算的断面选择合适的断面，不通过则启动800 指令重新推算或人工进行主参数调整，重新生成断面；6）600 指令生成BOM 信息、尺寸标注信息；7）700 指令完成并执行1000 指令归档数据库，由此完成整个断面的设计工作。

图2 汽车智能化主断面设计流程

3 智能化断面工具开发介绍与应用

文章主要基于CATIA 软件，采用CAA V5 的C++和Java 应用接口[4]，用户通过安装RADE 模块，可以在VC++编程环境下，与CATIA 进行通信，对CATIA 进行二次开发。

图3示出汽车断面示意图，以图3 为例，汽车断面一般由车身、开闭件、内外饰、附件、标准件组成，传统的断面设计过程通常是先建立一个断面平面，然后以输入的造型、门洞限制线、铰链、总布置要求为基准，在断面平面的基础上进行推导绘制合理的主断面与标注[5]。

图3 汽车断面示意图

图4示出汽车智能断面工具管理系统显示界面，具体使用方法为：1）因断面基准是无序的，选择断面的基准要素需要人工进行定义，所以需要在弹出的基准对话框内（如图4a 所示）选择定义断面所在的平面，定义铰链、造型面、门洞止口等基准要素。2）系统通过输入的基准要素启动图2 中的900 指令智能推理系统，自动推算断面结构。3）300 指令根据系统推算生成初版断面。4）工程师根据方案报表与推算的断面选择合适的断面,确认是否合格，不通过则启动800 指令重新推算或人工进行主参数（料厚、材料、标注信息，主断面线段参数等）调整，重新生成主断面。图4b 示出人工自定义界面。5）生成尺寸标注信息。图5 示出汽车断面局部尺寸截图。6）完成断面并执行1000 指令，归档至数据库。

图4 汽车智能断面工具管理系统显示界面

图5 汽车断面局部尺寸截图

4 结论

基于我国汽车行业竞争愈加激烈、开发设计周期愈渐压缩，而在整车开发过程中，断面质量的好坏与绘制效率直接影响到结构开发与后续工作的背景，文章以三维软件二次开发为基础，研究智能断面的绘制方法，从而提升设计效率、缩短开发周期，提升主机厂或设计公司的影响力。智能化断面平台能有效地搜集、计算出较好或者较为成熟的断面，方便从业人员学习或者了解到较为先进的结构设计方式。

从研究的结果来看，采用CAA V5 的C++和Java应用接口，基于CATIA 开发的智能断面平台从基准输入、断面生成、工程师修改断面、断面标注等流程，基本实现了智能化断面绘制功能，为后续的主断面绘制提供了一条便捷、智能的开发途径。