基于內(nèi)飾件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的門飾板設(shè)計*

袁智軍周　磊梁海峰危學(xué)兵王　輝

（1.武漢理工大學(xué)現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室，武漢430070；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州545007）

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基于內(nèi)飾件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的門飾板設(shè)計*

袁智軍1,2周磊2梁海峰2危學(xué)兵2王輝1

（1.武漢理工大學(xué)現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室，武漢430070；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州545007）

【摘要】針對汽車門飾板B面設(shè)計中重復(fù)建模工作量大且易出錯的問題，提出了基于內(nèi)飾件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的門飾板設(shè)計方法。介紹了基于NX二次開發(fā)技術(shù)的內(nèi)飾件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的建立，并在對門飾板B面基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行分析和研究的基礎(chǔ)上建立了門飾板的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫組件。以某車型門飾板為例，運用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫軟件設(shè)計了門飾板上的大量重復(fù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

1　引言

門飾板作為汽車內(nèi)飾件的重要組成部分，具有包覆金屬門板，提供滿足人機工程、舒適性、功能性和方便性的優(yōu)美外觀的功能［1］。不同車型門飾板的B面基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)大體相似。傳統(tǒng)的設(shè)計方法是設(shè)計人員參照舊車型門飾板的B面結(jié)構(gòu)重新設(shè)計結(jié)構(gòu)或直接截取已有的相似結(jié)構(gòu)復(fù)制到正在設(shè)計的門飾板中進行二次設(shè)計，這種方法的效率低且工作量大，難以標(biāo)準(zhǔn)化。針對此問題，本研究提出建立內(nèi)飾件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫并利用其進行門飾板設(shè)計的方法，此方法可有效縮短設(shè)計時間，保證產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量并減少工作量。

2　基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的建立

汽車門飾板的B面有諸多基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有許多相同或相似的結(jié)構(gòu)特征。為了提高這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計效率，將其進行歸納和分類，然后進行參數(shù)化設(shè)計，并基于NX的二次開發(fā)模塊建立交互界面，然后導(dǎo)入對話框文件到C++工程，基于NX/Open API（Appli?cation Programming Interface）實現(xiàn)模型導(dǎo)入及變更操作，最后發(fā)布程序建立整個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫。

2.1基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的開發(fā)平臺

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的建立基于NX軟件平臺，它提供了NX/Open API［2］和NX/Open GRIP（Graphics InteractiveProgramming）［3］程序設(shè)計模塊，還提供了菜單設(shè)計模塊（MenuScript）和用戶界面制作模塊（UIStyler）用于輔助設(shè)計。NX/Open GRIP是內(nèi)嵌的一種專用的圖形交互開發(fā)語言，靈活性和擴充性差［3］。而NX/Open API是C語言實現(xiàn)的NX對象模型操作函數(shù)集，可與Visual C++集成開發(fā)，從而實現(xiàn)復(fù)雜可視化界面交互、底層運算和數(shù)據(jù)操作。

汽車內(nèi)飾件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫系統(tǒng)需要復(fù)雜的可視化界面交互、快速的數(shù)據(jù)檢索、強大的模型數(shù)據(jù)存儲與運算、實時的模型編輯與操作等功能，綜合上述兩種二次開發(fā)語言的特點，本文主要采用NX/Open API二次開發(fā)工具結(jié)合Visual C++開發(fā)平臺來完成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫系統(tǒng)的構(gòu)建。

2.2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫要求

考慮到軟件操作應(yīng)方便、快捷，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的導(dǎo)入和修改要高效實用，設(shè)計過程要清晰規(guī)范等因素，該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的建立具有以下特點：

a.便捷性。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫基于NX平臺開發(fā)，考慮了設(shè)計人員的工作習(xí)慣和設(shè)計思維，使用更加流暢；基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的菜單直接嵌入NX菜單欄，如圖1所示；結(jié)構(gòu)庫操作界面采用NX的對話框制作模塊Block UI Styler 和UIStyler編輯，以便風(fēng)格與NX相統(tǒng)一。

b.實用性。運用NX二次開發(fā)功能可實現(xiàn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的自動導(dǎo)入、參數(shù)的實時調(diào)整和模型的動態(tài)更新；能夠自動記錄設(shè)計人員的操作及所輸入的參數(shù)，在下次調(diào)用時不必重新設(shè)置。

c.規(guī)范性。建立了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計規(guī)則表，可自動讀取并調(diào)用其中的設(shè)計經(jīng)驗和規(guī)則，使設(shè)計規(guī)范化。

3　門飾板B面基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分析

門飾板具有覆蓋鈑金、與相鄰內(nèi)飾件（如B柱、儀表板）配合的功能，其B面基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一般具有保證門飾板強度、門飾板定位以及門飾板與鈑金等周圍零件的緊固等功能。針對這些功能，對B面基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行分類，從中分別提取出1種典型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行分析。在此基礎(chǔ)上通過NX參數(shù)化建模方法建立門飾板的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫組件，并將分析得到的設(shè)計參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系固化到模型設(shè)計規(guī)則表中，通過規(guī)則表來驅(qū)動參數(shù)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組件。

3.1加強筋

加強筋是保證門飾板強度的典型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其主要作用是增強門飾板的強度和剛度，也用于限位。

加強筋的厚度一般取決于門飾板的材料及厚度。門飾板本體一般選用改性聚丙烯（Polypropylene，PP）材料。飾板的常見厚度為2.5 mm，加強筋的根部厚度一般不超過飾板料厚的50％，即通常不超過1.25 mm。如果加強筋根部過厚，會使內(nèi)飾板表面產(chǎn)生收縮痕、翹曲變形等問題，影響產(chǎn)品外觀及感知質(zhì)量。

考慮到門飾板的外觀影響及注塑要求，門飾板的加強筋尺寸要求如圖2所示。其中，t為門飾板壁厚；h為加強筋在拔模方向的高度；b為加強筋根部厚度；r為根部位置圓角半徑，可防止應(yīng)力集中；拔模角為0.5°，可減小脫模時的頂出力。

圖2　加強筋尺寸

3.2定位銷

定位銷是門飾板上常用的定位結(jié)構(gòu)。在門飾板的定位設(shè)計中，獨立的定位銷和卡扣均可使用。但由于定位銷通常在門飾板上直接注塑成型，與卡扣定位相比更加精確，也更便于根據(jù)實際情況改變其長度，裝配效果更好，生產(chǎn)效率更高，所以應(yīng)盡量采用獨立定位銷定位的方式。

定位銷可分四向定位銷和兩向定位銷，如圖3所示。四向定位銷可用于門飾板前、后、上、下定位；兩向定位銷用于前、后定位，位于門飾板前端的上邊緣。

（a）四向定位銷　（b）兩向定位銷圖3　定位銷種類

3.3卡扣及卡扣座

卡扣是門飾板上的常用緊固件，一般后端安裝在門飾板卡扣座上，前端與鈑金相連。卡扣作為塑料緊固件的一種，有別于傳統(tǒng)的螺紋緊固件機械連接，其主要通過彈性變形卡入裝配孔，裝入后卡扣回彈與孔形成過盈配合實現(xiàn)固定連接［4］。不同類型卡扣采用的材料主要為聚酰胺6（Polyamide 6，PA6）、聚甲醛（Polyformaldehyde，POM）。PA6韌性好，但吸水性強而耐候性差；POM耐候性好，但韌性差，需要進行增韌。POM的成本遠小于PA6，所以一般塑料卡扣優(yōu)先選用POM。

卡扣座位于門飾板B面，與卡扣相連，根據(jù)不同用途其結(jié)構(gòu)的設(shè)計也不同。如圖4所示，短距卡扣及卡扣座用于門飾板B面與鈑金距離較小的位置，長距卡扣座則用于門飾板B面與鈑金距離較大的位置。一般通過調(diào)節(jié)卡扣座的高度來滿足實際需求，同時用卡扣座也可解決門飾板A面的縮印問題，無需考慮卡扣壁厚與門飾板壁厚的關(guān)系。

圖4　卡扣及卡扣座

4　基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的門飾板設(shè)計

前面分析了門飾板的幾種典型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，結(jié)合這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計案例，在NX中建立門飾板的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫組件，并將其集成至內(nèi)飾件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫。以某車型的門飾板為例，以基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的方式進行其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。某門飾板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計前的B面造型如圖5所示。

圖5　某門飾板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計前B面造型

4.1卡扣及卡扣座的設(shè)計

根據(jù)不同車型的需求，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫中建立了多種卡扣及卡扣座結(jié)構(gòu)，如圖6所示。該門飾板選用了其中第1種卡扣及卡扣座。

圖6　卡扣及卡扣座結(jié)構(gòu)選擇界面

選取合適的卡扣及卡扣座后，進入操作對話框，選擇方向和定位點，同時可調(diào)整模型的導(dǎo)入位置、編輯參數(shù)等，如圖7所示。選擇拔模方向，根據(jù)鈑金位置確定定位點，則可將其導(dǎo)入到工作空間，然后根據(jù)設(shè)計需求編輯參數(shù)，并將其與門飾板進行布爾求和。

圖7　卡扣及卡扣座結(jié)構(gòu)導(dǎo)入操作對話框

在模型設(shè)計完成后，通過結(jié)構(gòu)庫編輯功能可重新調(diào)出操作對話框進行模型修改，如定位方向和定位點的更改以及參數(shù)修改等。如圖8所示，圖8a為重新調(diào)出的操作對話框；點擊基礎(chǔ)截面（Basic Cross-Section）按鈕即可調(diào)出圖8b所示對話框查看結(jié)構(gòu)的具體尺寸，供設(shè)計人員分析和參考；點擊編輯參數(shù)（Edit Parameter）按鈕，則可調(diào)出如圖8c所示的參數(shù)編輯對話框，可對相關(guān)參數(shù)進行更改；這些參數(shù)的當(dāng)前值及表達式顯示在左側(cè)零件導(dǎo)航欄內(nèi)，如圖8d所示。

重復(fù)上述操作即可完成門板所有卡扣及卡扣座的設(shè)計，基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫設(shè)計的某門飾板部分卡扣及卡扣座如圖9所示。

4.2定位銷及導(dǎo)向柱等結(jié)構(gòu)的設(shè)計

定位銷、導(dǎo)向柱及焊柱等結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程與卡扣及卡扣座的設(shè)計過程大致相同，但在結(jié)構(gòu)的提取與導(dǎo)入上有一些不同。卡扣及卡扣座有單獨的選擇界面，在其他內(nèi)飾件的設(shè)計中也可使用；定位銷、導(dǎo)向柱等結(jié)構(gòu)的選擇界面如圖10所示，是針對門飾板設(shè)計的，囊括了門飾板上所需的所有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型，如定位銷、導(dǎo)向柱、焊柱、特殊卡子結(jié)構(gòu)等。

4.3加強筋的設(shè)計

在門飾板的設(shè)計中，加強筋設(shè)計的規(guī)律性并不強，多為設(shè)計人員根據(jù)實際情況直接設(shè)計。實際上加強筋作為門飾板上重要的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其尺寸要求及布置形式都需要規(guī)范化。所以在對加強筋進行參數(shù)化建模時，不僅要考慮其尺寸要求，還要根據(jù)其布置形式的不同，建立多種類型的加強筋模型。

加強筋一般不采用直接十字交錯，以免相交處壁厚增加而導(dǎo)致門飾板表面發(fā)生縮印。通常在門飾板的中部采用圖11a的布置形式，在門飾板邊緣采用圖11b的布置形式。

圖11　加強筋布置形式

根據(jù)加強筋的尺寸和布置要求，進行多種類型的加強筋模型的參數(shù)化建模，在門飾板上進行加強筋設(shè)計時，通過基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫導(dǎo)入所需的類型。由于加強筋結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計人員無需通過結(jié)構(gòu)庫編輯功能調(diào)用操作對話框進行參數(shù)更改，可直接在導(dǎo)入的模型上進行二次設(shè)計以滿足設(shè)計需求。

最后，基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫設(shè)計的某門飾板如圖12所示。

圖12　基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫設(shè)計的某門飾板

基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的門飾板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計流程可歸納為：打開設(shè)計對象；進入結(jié)構(gòu)庫，檢索到需導(dǎo)入的對象；導(dǎo)入所需結(jié)構(gòu)并進行定位與設(shè)計。設(shè)計人員可通過編輯功能對已導(dǎo)入的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行修改。

為了驗證二次開發(fā)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的實用性與效率，選定兩位門飾板設(shè)計工程師進行該門飾板草版數(shù)據(jù)設(shè)計。通過對比發(fā)現(xiàn)，采用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的設(shè)計周期明顯縮短，因為采用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫設(shè)計的工程師基本無需考慮連接結(jié)構(gòu)的配合尺寸問題，只需考慮設(shè)計結(jié)構(gòu)的位置和保證出模。而采用傳統(tǒng)方法設(shè)計的工程師除調(diào)整結(jié)構(gòu)位置外，還需不斷查閱數(shù)據(jù)檢查清單或根據(jù)經(jīng)驗確認配合尺寸是否滿足設(shè)計要求，使設(shè)計復(fù)雜度增加。

5　結(jié)束語

提出基于內(nèi)飾件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的門飾板設(shè)計方法，通過NX二次開發(fā)技術(shù)建立基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫，實現(xiàn)門飾板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)導(dǎo)入式快速高效設(shè)計。本方法減少了工程師重復(fù)建模工作；改變以往截取-拷貝的設(shè)計思路，規(guī)范了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計；使工程師擺脫局部細節(jié)設(shè)計，降低設(shè)計復(fù)雜性并提高設(shè)計效率。

參考文獻

1曹渡.汽車內(nèi)外飾設(shè)計與實踐.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

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4保羅R博登伯杰.塑料卡扣連接技術(shù).馮連勛，馬秀清，董力群譯.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

（責(zé)任編輯斛畔）

修改稿收到日期為2015年12月16日。

主題詞:門飾板NX二次開發(fā)技術(shù)內(nèi)飾件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫

The Design of Door Trim Based on the Basic Structure Library of Interior Trim

Yuan Zhijun1,2, Zhou Lei2, Liang Haifeng2, Wei Xuebing2, Wang Hui1
（1. Hubei Key Laboratory of Advanced Technology for Automotive Components, Wuhan University of Technology, Wuhan 43070; 2. SAIC-GM-Wuling Automobile Co., Ltd., Liuzhou 545007）

【Abstract】Similar modeling is always repeated in the traditional design of automobile door trim surface B, which increases workload and error. To avoid this problem, a design method of door trim based on the basic structure library of interior trim is proposed in this paper. First, the establishment of the basic structure library of interior trim based on NX secondary development technology is introduced, secondly, the basic structures on B surface of a door trim are analyzed and studied, then the components used for door trim design are built. Finally, with a door trim as an example, large amount of repeated basic structures of door trim are designed with basic structure library software.

Key words:Door trim, NX secondary development technology, Basic structure library

*基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（51305318）；中國博士后科學(xué)基金項目（2015M582484）；湖北省自然科學(xué)基金項目（2015CFB277，ZRY2014001117）；武漢市科技計劃項目（2013011803010606-4）。

中圖分類號:U463.83+4

文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1000-3703（2016）04-0001-04