3DCS三維偏差分析軟件分析汽車柔性零件的應用

李會　楊冬冬

【摘 要】3DCS軟件的應用，有效降低了新產品所需的開發成本，同時產品不需要以往那么長的開發時間。文章詳細介紹了3DCS軟件的應用及其他方面，同時分析了柔性零件在裝配期間進行質量評定的重要性。

【關鍵詞】3DCS三維偏差；分析軟件；汽車柔性零件

1 3DCS簡述

3DCS軟件主要運用了蒙特卡羅模擬法，以此開展公差模擬分析。蒙特卡羅算法通過計算某種隨機事件的發生概率，或通過運用實驗法來計算某個隨機變量的具體期望值，根據事件的出現頻率實現對隨機事件的發生概率進行估計，或根據隨機變量所表現出的數字特征，將其作為問題的答案。公差問題若采用蒙特卡羅算法，首先需將封閉環尺寸存在的公差問題轉換成隨機變量中常見的統計問題，運用隨機模擬、統計實驗等方法來確定封閉環的尺寸公差，運用這種方法將得到與實際情況相符的結果，以下是具體步驟。

首先，了解每個組成環的具體分布，按照要求的計算精度來確定具體的模擬次數。接下來，觀察每個組成環的分布規律及范圍，隨機抽取封閉環，或是抽取組成環。然后，利用公差函數對封閉環尺寸進行計算，不斷重復以上步驟，由此得到N個子樣并構成樣本。最后，統計所有的樣本，計算封閉環的尺寸公差以及標準差，同時確定其平均值。

2 3DCS軟件分析柔性零件的應用

通過對柔性零件進行分解，發現某一區域的柔性零件與剛性體相似，可采用分塊法以及彎曲法，下面展開了詳細論述。

2.1 采用分塊法為前保建立3DCS分析模型

對前保進行分塊處理，按照前保的具體匹配要求，將其分成3塊進行處理，每塊前保都可視為剛性體，前保以及前格柵進行匹配的區域可命名為Move1，前保以及前大燈進行匹配的區域可命名為Move2，前保以及翼子板進行匹配的區域可命名為Move3。

Move1遵循3DCS"3-2-1”的定位原則，且滿足前保、前格柵的裝配關系，要控制上下防線可選取1面或2面，也可選取3面，要控制左右方向可選取5槽，要控制前后方向可選取6槽。1和2以及3和4等基準特征必須與白車身相符，5和6兩個基準特征需符合前格柵；Move2的大燈和前保之間不存在裝配關系，其6個基準特征都符合白車身；Move3的翼子板、前保要進行裝配必須借助相關安裝支架。1面和2面可控制上下方向，3面也可達到這一目的，4銷以及5槽孔可控制左右方向，6銷可控制前后方向。1-6配合特征的裝配必須在翼子板上完成。

2.2 采用Bend法分析為翼子板建立3DCS分析模型

圖1和圖2是Bend法的基本原理，將物體1上的各個點安裝到物體2上，其中點11需對應點21，點12需對應點22，點13以及點14分別對應的是點23以及點24。點1以及點2，還包括點3都可重合，而點14以及點24無法實現重合，通過采用Bend法使物體1稍微彎曲，可使點14重合于點24。Bend法可實現對現實裝配的彎曲進行模擬。

翼子板需采取合適的處理方式，從圖3可以看出，翼子板接近于前門裝配位置，其具有良好的剛性，直線以下位置可視為非變性區域，直線以上部分則屬于彎曲變形區域。非變性區域的1面和2面，還包括3面都可控制翼子板的左右方向，孔4以及孔5則可對其前后方向進行控制，孔6可控制其上下方向，1-6配合特征都可在白車身上完成安裝。彎曲變形區域的孔2也可對左右方向進行控制，面5可對上下方向進行控制，Move可模擬翼子板的安裝過程。

由此得出結論，分塊法以及彎曲法都是3DCS分析軟件經常采用的方法，這兩種方法可適用在不同的范圍，必須按照實際的安裝需求來選擇合適的方法。彎曲法主要適用于安裝期間需進行強制安裝，或發生強制變形，尤其是焊接或螺栓緊固期間，最好采用彎曲法。當部分零件的體積或形狀比較大，且相應的匹配零件數超過2個時，采用分塊法將取得更好的效果。

3 柔性零件裝配質量評定

產品零件必須經歷極其復雜的過程，從設計階段到加工生產階段，尤其是裝配期間難免產生誤差，此稱之為裝配誤差。裝配誤差容易受各種因素的影響，其產生原因多種多樣且根據其特征可進行分類，一種是隨機誤差，另一種是系統誤差。隨機誤差可能是由于測量裝置因素導致，如零部件缺乏穩定性，發生變形或零件表面油膜沒有涂抹均勻，也可能是摩擦因素導致。環境因素也可能導致隨機誤差的出現，如溫度和氣壓以及光照強度等方面發生變化。此外，操作員也是引發隨機誤差的主要因素之一，操作員進行測量時沒有瞄準，讀數不正確或操作不熟練等。

條件相同的情況下，對同一量值進行多次測量，不能改變誤差的絕對值以及其符號。當必須改變條件時，誤差需滿足一定的規律變化，此稱之為系統誤差。柔性產品進行設計時，既不能避免系統誤差的出現，也不能將其消除。在沖壓零部件上設定相應的移動公差，可避免系統誤差的出現，減少誤差的積累，同時還可使零部件具有更好的裝配質量。柔性零件進行裝配時，隨機誤差容易對其質量造成影響。通過使用相關測量系統對零部件進行測量，測量得到的相關數據可作為隨機變量。通過分析相關理論并進行實驗，發現測量數據的誤差符合正態分布，每次對零件尺寸進行測量，得到的數據必須與理論設計值相符。隨機變量（x）含有兩種參數，其分別為μ和σ且其滿足正態分布規律，下面是隨機變量的概率密度。

在正態隨機變量中，參數μ代表數學期望，參數σ代表標準差。工件尺寸若符合正態分布要求，99.9997%的點將落入[μ-3σ，μ+3σ]區間內，此即為6σ原理。實際生產時，質量控制目標通常為±3σ，且99.73%的產品需達到合格標準。若合格產品不超過99.73%，我們在判斷處于加工狀態的產品時，認為出現了系統誤差。因此，需結合誤差對結果做進一步分析結果，由此診斷出誤差源。

4 結論

汽車行業取得迅猛發展，顧客要求車身需具備一定舒適性，同時對車身外觀也提出了更高要求。整車設計以及制造階段難免出現偏差，而零部件偏差可能直接影響到整車的裝配。因此，必須不斷優化3DCS軟件的工藝設計，避免車身在制造期間出現尺寸偏差，擴大3DCS軟件的應用領域，使汽車行業得到進一步發展，這也是本文闡述的意義所在。

參考文獻：

[1]李良，王德倫車身公差分配工程應用重慶工學院學報（自然科學）Nov.2008.

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[3]熊潔.三維偏差分析軟件在汽車開發中的應用〔1）.企業科技與發展，2010.

（作者單位：國能新能源汽車有限責任公司）