計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)在新車型油漆同步設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

摘要：為提高汽車企業(yè)間的核心競(jìng)爭(zhēng)力，車型開(kāi)發(fā)進(jìn)度和成熟度的競(jìng)爭(zhēng)十分關(guān)鍵。正所謂贏在起點(diǎn)，在新車型項(xiàng)目中，油漆規(guī)劃部門借助計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，在車型設(shè)計(jì)階段就參與進(jìn)來(lái)，并且溶入制造要素，實(shí)現(xiàn)全面參與、同步設(shè)計(jì)、同步規(guī)劃，使新車型啟動(dòng)項(xiàng)目快速、高效。

關(guān)鍵詞：新車型設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)；油漆同步設(shè)計(jì)

目前，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)從盲目降價(jià)以擴(kuò)大銷量的井噴階段，發(fā)展到由新車型開(kāi)發(fā)引發(fā)的新一輪技術(shù)實(shí)力競(jìng)爭(zhēng)，也就是說(shuō)，誰(shuí)的新車型上市越快越好，誰(shuí)的技術(shù)最接近潮流，誰(shuí)就掌握了市場(chǎng)的購(gòu)車人的心。即，想提高汽車企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，新車型開(kāi)發(fā)啟動(dòng)體系必須先行，采用項(xiàng)目管理經(jīng)常提到的一個(gè)觀點(diǎn)：?jiǎn)栴}越早的預(yù)測(cè)并預(yù)防，項(xiàng)目進(jìn)度就會(huì)越有效控制，沒(méi)有拖延，項(xiàng)目也會(huì)節(jié)省后序成本。

車型項(xiàng)目啟動(dòng)階段，不但設(shè)計(jì)部門在全力工作，同時(shí)也需要規(guī)劃或制造部門的人員進(jìn)全程的參與進(jìn)來(lái)。很多汽車設(shè)計(jì)院和汽車設(shè)計(jì)公司對(duì)此都沒(méi)有給予關(guān)注，成為設(shè)計(jì)階段的盲區(qū)，以致后續(xù)油漆規(guī)劃、改造及生產(chǎn)階段必須克服很多困難，甚至返回到上序進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，造成成本和時(shí)間的極大浪費(fèi)。目前我所帶領(lǐng)的規(guī)劃團(tuán)隊(duì)將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)應(yīng)用到同步設(shè)計(jì)階段，分析車子的油漆膜厚、瀝水時(shí)間、烘烤未干區(qū)等等關(guān)鍵的性能參數(shù)上面。

本人在多個(gè)新車型平臺(tái)啟動(dòng)工作中，積累了一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，目前逐步總結(jié)出一種和車型啟動(dòng)項(xiàng)目相結(jié)合的新車型油漆同步設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，通過(guò)供應(yīng)商尋訪發(fā)現(xiàn)了一套目前國(guó)外流行的模擬分析軟件。該軟件在汽車模擬原型設(shè)計(jì)期間，對(duì)防腐蝕基礎(chǔ)涂層（磷化和電泳涂層）和外表面涂層（中涂和色漆層）的數(shù)值進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。VPS（Virtual Paint Shop） 是CADFEM開(kāi)發(fā)的一系列模塊，目的在于模擬復(fù)雜的汽車涂層過(guò)程中的不同步驟。

下面我們就結(jié)合汽車油漆制造的關(guān)鍵工藝流程對(duì)這套軟件的作用予以分析和評(píng)價(jià)。

1 前處理和電泳

多數(shù)生產(chǎn)線采用浸入加噴淋組合式工序，浸入式對(duì)車身內(nèi)外板都能進(jìn)行全面清洗，噴淋式主要是靠物理沖刷作用力來(lái)提高外表面質(zhì)量，為了各個(gè)工序的反應(yīng)效率，車身需要快速排空車內(nèi)大量的水。車身結(jié)構(gòu)空腔內(nèi)造成的空氣泡無(wú)法排凈，造成局部沒(méi)有電泳漆保護(hù)，長(zhǎng)期鈑金生銹，影響車身質(zhì)量和碰撞性能。

圖一前處理槽體

VPS/DIP和VPS/EDC模塊可以模擬汽車電泳過(guò)程中的車身結(jié)構(gòu)內(nèi)空氣腔的形成，通過(guò)CATIA/TOOLKIT軟件從CAD源模型為VPS/EDC創(chuàng)造有限元模型。整個(gè)油漆流體用四面體劃分成網(wǎng)格，VPS/EDC用這個(gè)模型來(lái)計(jì)算漆層的增長(zhǎng)，架構(gòu)局部電流密度的函數(shù)。模擬流體分布和電荷分布，從而確定是否形成空氣腔或電泳膜厚薄弱的地方，精確標(biāo)示尺寸和位置。提示設(shè)計(jì)者對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，如：通過(guò)開(kāi)孔，改變搭接方式，尋找排液和排氣通道等等。

2 烘干

油漆車間要對(duì)車身進(jìn)行至少三次的烘烤：電泳烘烤、中涂烘烤和色漆烘烤。為了使涂料充分在高溫條件下交聯(lián)固化，每個(gè)零件都要滿足一定溫度下的烘烤時(shí)間，這是確保油漆外觀質(zhì)量、耐老化等性能的必要條件。一般車身的門鉸鏈和地板等關(guān)鍵安全零部件由于位置原因，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)新車型烘烤不干的情況，對(duì)于這一情況，我們必須為烤爐開(kāi)出風(fēng)口，進(jìn)行調(diào)整風(fēng)嘴方向等實(shí)驗(yàn)工作。當(dāng)多車型共線制造時(shí)，制造的修改和分析成本就會(huì)異常高昂，使用VPS/DRY模塊，模擬油漆車身各處的零部件的溫度和時(shí)間的關(guān)系，從而判斷車身的烘干情況。取代了從前靠肉眼觀察明顯的溫差導(dǎo)致的色差，或者靠局部的爐溫塊不停測(cè)試的不可靠性。

3 噴漆

油漆車間噴漆采用機(jī)器人靜電噴涂方式，提高油漆利用率，環(huán)保。但是車身局部結(jié)構(gòu)造成電荷的排布不均（如：尖端放電）導(dǎo)致局部油漆沉積過(guò)厚，出現(xiàn)“肥邊”、“流掛”等缺陷，另外機(jī)器人行走軌跡的疊加如果在局部不合理也會(huì)造成車身的“色差”等缺陷，所以使用VPS/CP和FAUNC機(jī)器人離線編程軟件共同分析，找出造型不宜噴漆的部位和疊槍的盲區(qū)，通過(guò)修改噴漆程序或出漆量來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

4 密封膠

密封膠的作用是有效地密封和防止車身漏水，這里的設(shè)計(jì)要求僅靠經(jīng)驗(yàn)在評(píng)估設(shè)計(jì)優(yōu)劣，分析的關(guān)鍵是打膠的可達(dá)性評(píng)估以及總打膠量評(píng)估。希望我們未來(lái)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以對(duì)這個(gè)工藝的人機(jī)工程和工時(shí)作出模擬和分析，為解決這個(gè)工位的操作屏頸作出客觀評(píng)價(jià)。

綜上所述，同步設(shè)計(jì)和新車型的開(kāi)發(fā)階段環(huán)環(huán)緊扣，是具有重要意義的工作。將油漆的同步設(shè)計(jì)理念融入到車型開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中，就會(huì)避免很多后續(xù)制造出現(xiàn)的問(wèn)題和抱怨，減少后續(xù)的設(shè)備和改造投資，保障新車型項(xiàng)目按時(shí)甚至提前成功上市，為打造自主品牌汽車在國(guó)際上的核心設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)力上提供強(qiáng)大技術(shù)保障。