汽車白車身開發(fā)中同步工程的應(yīng)用

申丹鳳

（湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開發(fā)有限公司）

傳統(tǒng)的白車身開發(fā)流程通常是階梯型串行結(jié)構(gòu)，各階段的工作按順序進行，一個階段的工作完成后，下一階段的工作才開始，某一階段的輸入是上一階段的輸出。由于傳統(tǒng)的設(shè)計過程中存在大量的設(shè)計修改和返工情況，越是在產(chǎn)品生命周期后期發(fā)現(xiàn)的缺陷，其修改周期比概念設(shè)計時發(fā)現(xiàn)缺陷的修改周期越長，因為其反饋修改結(jié)果依然依原來的執(zhí)行路線順序執(zhí)行下來，造成最終修改成本及總設(shè)計成本升高，最主要的是直接影響產(chǎn)品開發(fā)周期，推遲產(chǎn)品上市時間。為了更大程度地縮短白車身開發(fā)周期，必須在產(chǎn)品開發(fā)流程的第1步采用同步工程（SE）理念對開發(fā)流程進行重組，針對產(chǎn)品的開發(fā)過程建立并行流程模型。文章運用SE方法對白車身三大工藝進行了分析。

1 同步工程分析的內(nèi)容

一輛全新汽車的開發(fā)大約需要36個月的時間，主要包括創(chuàng)意評審、總體設(shè)計、白車身數(shù)據(jù)設(shè)計、試制試驗到小批量生產(chǎn)及批量生產(chǎn)5個階段。在白車身設(shè)計階段需要充分考慮零件的成型性，制定合理的焊接順序及焊接工藝，考慮涂裝的質(zhì)量及工藝方法，通過SE分析提供可執(zhí)行的質(zhì)量控制文件，用來指導(dǎo)后期的生產(chǎn)制造。

SE分析主要包括CAE分析、工藝分析以及試制階段的驗證與反饋3個方面。CAE分析對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)斷面、接頭形式、材料選擇、料厚確定及加強方式等方面進行靜態(tài)、模態(tài)、安全、剛度、強度和疲勞等諸多因素的綜合分析和評價，為設(shè)計方案提供技術(shù)支持。工藝分析用來為設(shè)計者提供沖壓、焊裝、涂裝及總裝等方面的工藝可行性技術(shù)支持。因此，概念設(shè)計、詳細設(shè)計及方案評價都是在面向裝配和制造的并行設(shè)計知識庫的支持下進行，實現(xiàn)了全局優(yōu)化，克服了傳統(tǒng)設(shè)計中因?qū)υO(shè)計以外的其他過程因素考慮較少而造成反復(fù)設(shè)計的缺點。在試制前確定需要驗證的項目，在試制時對機器的參數(shù)進行調(diào)節(jié)，并逐一驗證，將需要修改的地方反饋到研發(fā)部門進行早期設(shè)計修改[1]。圖1示出SE的效果曲線。

圖1 車輛開發(fā)同步工程效果曲線

2 SE在沖壓工藝中的應(yīng)用

2.1 沖壓SE

沖壓SE通過先進的三維造型，模擬仿真和有限元分析軟件，將汽車產(chǎn)品設(shè)計問題最大限度地消除在前期三維數(shù)模設(shè)計階段，大大縮短了后期模具制造的時間。沖壓工藝貫穿于新車開發(fā)的全過程，從了解參考車的工藝開始，到樣車的制作完成，都要求沖壓工藝人員的參與。它要求沖壓工藝人員與其他開發(fā)人員一起集成地、同步地參與汽車設(shè)計。沖壓工藝人員主要解決車身的工藝問題，在早期造型設(shè)計時，相關(guān)的工藝工程師就開始介入，將生成過程中可能出現(xiàn)的問題盡可能在造型階段和工程設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)并解決，從而避免了到模具階段才發(fā)現(xiàn)問題，可以縮短傳統(tǒng)設(shè)計過程中用于彌補工藝問題的補充設(shè)計階段，通過與其他部門人員的良好協(xié)作及其信息的及時交流，使工藝問題解決在萌芽狀態(tài)[2]。沖壓SE人員從產(chǎn)品品質(zhì)、模具結(jié)構(gòu)、沖壓工藝性、生產(chǎn)線布置及成本等因素出發(fā)，針對關(guān)鍵零件借助計算機輔助工程（CAE）進行沖壓工藝分析，完成CAE分析報告和工程變更報告（ECR）。主要工作包括：判斷可能產(chǎn)生變形不足的部位及確定解決措施；判斷沖擊線和滑移線產(chǎn)生部位及確定解決措施；判斷起皺產(chǎn)生部位及確定解決措施；判斷開裂產(chǎn)生部位及確定解決措施；預(yù)測可能產(chǎn)生的線偏移，進行回彈分析及確定解決措施[3]。沖壓SE工作流程，如圖2所示。

圖2 白車身沖壓同步工程工作流程

2.2 典型案例

目前普遍采用有限元數(shù)值模擬沖壓過程并預(yù)示其成型性。本節(jié)是在開發(fā)過程中針對前門內(nèi)板來做成型性分析工作，采用沖壓有限元分析軟件AutoForm進行前門內(nèi)板的拉延過程模擬。預(yù)測沖壓過程中可能出現(xiàn)的成型缺陷。從仿真結(jié)果分析產(chǎn)品的沖壓可行性，并提出合理可靠的修改建議。汽車前門內(nèi)板拉延過程仿真，如圖3所示。

圖3 汽車前門內(nèi)板拉延過程仿真

經(jīng)沖壓仿真分析，從成型性結(jié)果可以看出，前門內(nèi)板在沖壓過程中可能出現(xiàn)多處成型問題。由于側(cè)圍內(nèi)板成型問題較多，此處不一一列舉，以其中的問題A和B為例進行結(jié)果分析并提出相應(yīng)的修改建議，如圖4和圖5所示。

圖4 汽車前門內(nèi)板A處問題修改方案

圖5 汽車前門內(nèi)板B處問題修改方案

從圖4可以看出，由于數(shù)模斷差比較大，A處開裂起皺嚴重，消除斷差后成型性明顯改善。這樣大大減少了后期調(diào)模的次數(shù)。從圖5可以看出，B處產(chǎn)生嚴重起皺現(xiàn)象，影響汽車質(zhì)量，為了保證該處在實際沖壓時的成型性達到質(zhì)量要求，沖壓SE分析提出局部加吸皺筋，如圖5c所示。

3 SE在焊接工藝中的應(yīng)用

3.1 焊接SE

焊接SE工作是在整車開發(fā)過程中，分別在造型設(shè)計階段、工程設(shè)計階段和樣車試制階段以白車身為對象進行的包括車身結(jié)構(gòu)、成本、工藝難度、主斷面、焊接可行性及定位夾緊計劃等焊接工藝性分析[4]。焊接SE的目標就是通過焊接SE活動，使白車身數(shù)據(jù)在零件的可焊接性、焊接強度與可靠性上有很大提高，從而提高焊接后白車身的質(zhì)量及穩(wěn)定性，縮短整車的開發(fā)周期，最終達到降低成本和提高主機廠市場競爭力的目的。焊接SE工作流程，如圖6所示。

圖6 白車身焊接同步工程工作流程

3.2 典型案例

要對白車身左前邊梁延伸板與前保險杠固定板左支架進行點焊，經(jīng)測量，其焊點間距僅有20 mm，焊鉗電極直徑一般為13 mm和16 mm，理論上是可以實現(xiàn)的。對于小零件來講，這樣的間距在焊接時可以使用，但對于大零件上連續(xù)的焊點，除第1個焊點外，后面的焊點會因為前面的焊點連接而出現(xiàn)分流，導(dǎo)致整體焊接強度不足。建議將此零件焊點距離加大到40 mm。

4 SE在涂裝工藝中的應(yīng)用

4.1 涂裝SE

涂裝SE工作分為造型設(shè)計階段、工程設(shè)計階段與樣車試制階段。造型設(shè)計階段的主要工作是制定初始過程流程圖，而數(shù)模主要是分析車身外觀面是否對涂裝作業(yè)產(chǎn)生影響；工程設(shè)計階段主要以設(shè)計部門提供的三維數(shù)模數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行多方面的分析，其中涵蓋了電泳成膜性分析及焊縫密封膠作業(yè)性分析等內(nèi)容，分析內(nèi)容是這3個階段最多的，范圍也是最廣的，其中還會應(yīng)用計算機軟件進行生產(chǎn)過程模擬，大大提高了分析結(jié)論的準確性；樣車試制階段的主要工作是與生產(chǎn)線緊密連接的，同時為新產(chǎn)品量產(chǎn)開辟道路，試制過程既能對SE過程進行驗證，也能衡量所在生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。涂裝SE工作流程，如圖7所示。

圖7 白車身涂裝同步工程工作流程

4.2 典型案例

以某款汽車的發(fā)動機罩內(nèi)板為例，此零件的防氣泡性是涂裝工藝工程師關(guān)注的重點。使用涂裝分析軟件，對該部分的防氣泡性進行仿真，仿真結(jié)果，如圖8所示。

圖8 某款汽車發(fā)動機罩內(nèi)板涂裝CAE仿真圖

圖8中粉紅色區(qū)域為氣泡路徑，紅色區(qū)域為氣泡區(qū)域，在這2個區(qū)域所覆蓋的地方電泳質(zhì)量比較差，尤其是紅色區(qū)域。如果整個電泳過程都為紅色氣泡區(qū)，那么該部位將無法電泳成膜。根據(jù)仿真分析，得出氣泡排出的最佳位置，并要求在此位置開孔，由此提出設(shè)計變更，可以解決電泳質(zhì)量差的問題，從而提高了發(fā)動機罩的電泳成膜效果，保證了品質(zhì)要求。修改前后的數(shù)模，如圖9所示。

圖9 某款汽車發(fā)動機罩內(nèi)板排出氣泡解決方案

5 結(jié)論

白車身開發(fā)中SE主要圍繞白車身制造的三大工藝（沖壓、焊接及涂裝）進行。通過對白車身整體規(guī)劃工藝的分析，根據(jù)制造經(jīng)驗及軟件手段，對產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)和制造工藝提出合理的建議。由于工藝及相關(guān)過程的提前介入，將原本要到工藝實施或者其他相應(yīng)階段時才可能會暴露的問題提前至產(chǎn)品研發(fā)期暴露并予以解決，使產(chǎn)品研發(fā)和后期的工藝實施等盡量實現(xiàn)無縫對接。基于同步工程的車身開發(fā)，可以縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及降低開發(fā)成本，已經(jīng)成為汽車生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的必行之路。