白车身焊点建模设计试验与应用*

袁宜友，储亚峰，蔡 蕾，张 俊

(奇瑞汽车股份有限公司,安徽 芜湖 241009)

0 引 言

在汽车行业白车身产品设计中，焊点设计是其中关键环节之一，焊点不仅仅是下游焊接工艺部门开展的必要输入条件，同时也是车身CAE仿真分析的重要约束条件，相对于复杂的板料成形件建模，焊点设计显得较为简单，但白车身焊点多达上千个，单个焊点建模简单，但数量巨大，其工作显得极其繁琐，另外，重复的工作内容很容易导致错误的产生[1-3]。所以，焊点设计的建模效率及规范性显得尤为重要，国内、外各个汽车公司均在积极探索一种适合的高效且规范的焊点设计方法[4]。

经调研分析，目前主流的方式是几何表示法，即采用圆球、圆柱等几何体曲面来代表相应的焊点类型，制定相应的规范进行约束，并进行二次开发，实现高效建模设计、规范化设计和下游对接[5-9]。表1列出了当前焊点设计模块与传统的几何设计法对比的一些差异项。

表1 焊点设计模块表示法和几何表示法对比

续表1 焊点设计模块表示法和几何表示法对比

1 模块设计总体概述

1.1 设计流程

内部定义使用焊点设计模块工作台进行焊点设计的设计流程如图1所示。

(1) 建立内部定制的标准文件

焊点设计模块标准文件是焊点设计模块的配置文件，是焊点设计规范的载体，制定相应的规范并统一配置焊点设计模块标准文件，并统一分发配置至所有设计软件客户端。确保公司内部所有工作站创建生成的焊点均为标准焊点。

图1 焊点设计模块设计流程

(2) 焊点建模准备

在进入焊点设计模块工作台之前，需要对装配模型预处理，主要包括：①赋予一个零件厚度；②加载材料属性；③创建紧固点位置；④发布连接曲面。

(3) 加载焊点配置文件

在设计之初，依据公司焊点设计要求设置相关焊点参数和设计规则，后续创建焊点时，不符合设计规则的焊点会报错，不允许创建。

(4) 创建焊点文件

装配连接，将2个零件或者更多的零件利用最终焊接、粘合方法最终把它们组合到一起。可以预先表示出连接的数量以备后期检查使用。

连接体用来定义零件中的那些部分需要进行连接。与装配连接类似它也需要预先表示出连接的数量以备后期检查使用。

① 创建焊点焊缝

焊接分为两种，焊点和焊缝，焊点设计模块提供丰富的参数可自定义各种焊点类型和符号显示。

② 检查焊点焊缝

焊点设计模块提供了焊点检查功能，可以检查。

③ 检查焊点命名规范

检查设计规则，提供了多组可配置的设计规则用于焊点检查。

④ 创建焊点注释和图纸

焊点设计模块提供了能够对焊点创建焊接注解和3D标注，在创建二维图纸时可进行投影。

(5) 输出一个焊点报告/文件

可以输出txt、Excel等格式的报告和焊点文件，这些文件可以应用于下游和基于文件进行二次开发。用过焊点设计模块，能够导出焊点文件, 并对焊点对应文件进行正确性检查。

1.2 建模前、后的Checklist(点检表)

为了规范用户设计，指导用户正确完成设计，制定内部Checklist，分为建模前、建模后，供用户在相应操作节点进行自检，表2为焊点设计开始前的Checklist，表3为焊点设计完成后的Checklist。

表2 焊点设计开始前的Checklist

表3 焊点设计完成后的Checklist

2 关键技术应用

2.1 配置焊点设计模块标准文件

定制焊点设计模块标准文件：配置文件和焊点设计模块符号库，可通过 xls格式的配置文件进行设置及维护。

依据技术标准规范来定义全局控制的焊点设计模块标准文件来指定技术表达和参数，实现设计规范化的目的。

通过标准配置文件可以控制：①定义可用的连接类型；②定义各项连接类型的参数(颜色，符号)；③定义连接类型的命名规范；④定义工艺参数。

图2展示了焊点3D符号显示示例，可以通过不同的配置来控制焊点显示为不同的符号[10]。

图2 焊点设计模块的符号设置显示示例

为了将焊点设计模块丰富的设置项和车身焊接多样的焊接类型和焊接工艺要求匹配，经过深入调研，统一分析，以及收集焊接工艺、白车身设计等多专业的经验丰富的设计工程师的建议，完成了配置文件的设置，表4为联接类型部分配置示例，表5为焊接形状部分示例。

表4 联接类型配置示例

表5 焊接形状示例

2.2 焊点位置比对分析

(1) 需要分析

车身焊点文件创建后，存在包含子件相同但数据层级结构不同，如图所示，源装配文档已经存在焊点，目标装配文档所包含子件与源装配文档下子件相同，仅组成结构层级不同。图3为实际实用中存在的异构示意图。

图3 焊点转换结构示例

通过分析调研，开发焊点自动转换辅助工具来实现自动将对两版数据的焊点文件自动转换，实时显示焊点位置结果，并生成Excel报表显示差异项。

(2) 二次开发

通过焊点设计模块提供的输出输入接口，并利用CAD软件提供的二次开发软件接口开发相应自动化工具，实现了焊点坐标位置及方向定义，导入焊点数据并生成新的焊点的功能,图4为部分代码示例。

图4 部分关键实现代码示例

2.3 焊点报告检查

(1) 需要分析

创建的焊点报告的应用是非常广泛，承载了上、下游焊点信息传递，所以焊点报告的正确性和完整性显得非常重要，但是焊点设计模块工作台导出报表功能存在一定的局限，导出的报表存在层级不对，焊点丢失等问题，工程师无法确认报表内容是否正确。

为了快速的验证焊点报告的完整性和正确性，经过调研分析，开发辅助工具，实现自动对焊点报告的检查，确认报告内容与导出的焊点数据信息一致且完整,图5为焊点检查结果示例。

图5 焊点检查结果示例

(2) 部分实现代码

通过焊点设计模块提供的输出输入接口，利用CAD软件提供的二次开发软件接口开发相应自动化工具，实现了通过导入原始和新创建的焊点报告，进行位置比对，导出报表的功能。图6是部分代码片段。

图6 部分关键实现代码示例

3 应用实例

自内部标准发布以来，由最初单个车型试点，目前，已在所有新开发车型项目白车身设计中进行应用，并由以前的几何建模方法全面切换到焊点设计模块。图7展示了某车身零件焊接应用示例，展示了焊点和焊缝的显示效果。

图7 某车身零件焊接应用示例(局部)

下面针对应用过程中遇到的典型问题以及解决方案进行说明。

3.1 创建的焊点不符合规范要求

如果工程师设计软件环境未按标准环境设置，那么创建的焊点的显示和参数都不符合标准规范，为了更快速地识别出不符合规范的焊点，将焊点的显示颜色作了修改，是最容易区分的，表6为配置的焊接元素颜色示例。

表6 焊接元素颜色配置

3.2 焊点消失

工程师从PDM系统打开前期更新的焊点数据后，发现所负责层级的每个连接体单元下无焊点数据。

经过分析焊点消失的主要原因有两个：①工程师应该是在焊点设计模块焊点创建好后误删焊点设计参数设置项。②出现了更新错误时，工程师使用更新诊断工具，点击了删除操作，程序将所有更新错误的焊点删除。

4 结 论

通过焊点设计，实现了焊点设计所包含内容的标准化、高效化，同时保证数据状态一致，相比几何设计，实施新的设计方法后，主要收获体现在以下两个方面。

(1) 建模效率提升：①焊点过程建模效率提升，尤其是异构的数据间的转换，约提升30%；②跨专业应用效率提升：提升分析部门工作效率，如白车身工艺部门进行一次白车身工艺规划可节约5个人1天，同步工程节约15天。

(2) 建模质量及集成能力提升：①初步解决原有几何法设计法表达方法带来的不良问题，初步实现设计-分析-工艺等部门数据的无缝对接；②利用焊点所带的信息，进行二次开发，进行信息处理，能迅速对接集成下游应用，形成工艺文件，如焊点信息表，焊接参数表等；③自动导入CAE软件，程序自动检查。