馬振海 龔海淵 邢彥鋒
(1.泛亞汽車技術(shù)中心有限公司, 上海200120;2.上海工程技術(shù)大學(xué),上海201600)
主題詞:基準(zhǔn)優(yōu)化 定位策略優(yōu)化 UG二次開發(fā) 重力變形
在以往的零件基準(zhǔn)開發(fā)工作中是通過人工確定可選定位點(diǎn)池,這種方法的設(shè)計(jì)精度不能保證,開發(fā)效率也不高。通過人工確定可選定位點(diǎn)池的方式已經(jīng)不能滿足數(shù)字化、智能化開發(fā)和現(xiàn)代化生產(chǎn)制造的需要。
針對(duì)這個(gè)問題,本文基于VS 2013 對(duì)UG NX 進(jìn)行了二次開發(fā)設(shè)計(jì)。開發(fā)了一套適用于車身鈑金件基準(zhǔn)優(yōu)化的分析方法和軟件。利用UG 中Nastran 程序計(jì)算變形,通過對(duì)重力變形數(shù)值的探測對(duì)比,獲得優(yōu)化的定位策略。
本研究還建立了數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)定位策略,通過建立Access數(shù)據(jù)庫,能夠儲(chǔ)存優(yōu)化后定位策略。
在汽車車身的裝配過程中,需要先對(duì)車身鈑金件進(jìn)行定位基準(zhǔn)開發(fā),以便后續(xù)的焊接裝配及零件檢測使用。車身鈑金件的裝夾定位,不僅要滿足精確定位的共性要求,還要充分考慮鈑金件沖壓易變形性和沖壓制造偏差較大的特征。周志強(qiáng)等提出對(duì)于車身鈑金件的裝夾定位,除了要限制零件剛體運(yùn)動(dòng)的基本功能,還必須要能夠限制零件過多的工件變形[1]。由于薄板鈑金件的這種特性,鈑金件基準(zhǔn)策略多是基于“N-2-1”定位原則。鄒景明在論文中指出為了降低車身鈑金件焊接裝夾時(shí)的重力和夾具定位點(diǎn)偏差對(duì)車身鈑金件焊接定位精度的影響,提高車身鈑金件定位方案的穩(wěn)健性,定位點(diǎn)的選擇成為鈑金件基準(zhǔn)開發(fā)尤為重要的一步[2]。本文研究的對(duì)象即為鈑金零件基準(zhǔn)“N”的位置和數(shù)量,通過研究建立一種鈑金件基準(zhǔn)選擇的優(yōu)化分析方法。
為了研究和分析鈑金件基準(zhǔn)策略,本研究開發(fā)了一套的軟件系統(tǒng),其功能如下:
(1)本系統(tǒng)在UG NX 二次開發(fā)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了零件有限元網(wǎng)格自動(dòng)劃分,劃分生成的有限元網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)作為可選定位點(diǎn)。將選取基準(zhǔn)的原則和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié),并以此為基礎(chǔ)建立了基于人工經(jīng)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型,通過角度過濾、邊界過濾、主平面過濾和稀疏過濾等方式結(jié)合,成功實(shí)現(xiàn)了非可行定位點(diǎn)的自動(dòng)過濾。
(2)自動(dòng)分析與人機(jī)交互分析并存的智能優(yōu)化系統(tǒng)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人工選擇結(jié)合自動(dòng)優(yōu)化方式進(jìn)行定位點(diǎn)的優(yōu)化和選擇,顯著提高了定位優(yōu)化的效率和精度,通過將自動(dòng)與工程師經(jīng)驗(yàn)的交互兩種方式互為優(yōu)化基礎(chǔ),優(yōu)化得出的定位方案的穩(wěn)健性也有所提高。
(3)利用Access 的數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析能力及數(shù)據(jù)檢索查詢功能,本研究系統(tǒng)建立了數(shù)據(jù)庫模塊,用于存儲(chǔ)和分析定位策略數(shù)據(jù)。用戶可以將每一次分析的定位策略進(jìn)行存儲(chǔ),也可以將優(yōu)化后的定位策略與先前的定位策略進(jìn)行比較分析;并且這些存儲(chǔ)的定位策略還可以繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)優(yōu)化,直到用戶得到更滿意的優(yōu)化結(jié)果。
UG(Unigraphics NX)是Siemens PLM Software 公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案,在用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工過程中給用戶提供數(shù)字化造型和經(jīng)驗(yàn)手段。這是一個(gè)交互式計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)[3],其中OPENAPI(UG開放應(yīng)用程序接口)是Unigraphics中一個(gè)非常重要的模塊,也是UG/OPEN二次開發(fā)軟件包中的一個(gè)開發(fā)工具。高原在論文中介紹了UG/OPENAPI 作為UG與外部應(yīng)用程序之間的接口(圖1),UG/OPEN API 是一系列函數(shù)的幾何,通過UG/OPEN API 的編程,用戶幾乎能夠?qū)崿F(xiàn)所有的UG功能,開發(fā)者可以通過C 語言編程來調(diào)用這些函數(shù),進(jìn)而達(dá)到實(shí)現(xiàn)用戶化的需要[4]。
圖1 UG/OPENAPI的組成[4]
本研究基于UG NX二次開發(fā),建立了網(wǎng)格數(shù)據(jù)處理模塊,鈑金件重力變形分析模塊,基準(zhǔn)優(yōu)化分析模塊幾個(gè)功能,基準(zhǔn)智能推理模塊等功能,實(shí)現(xiàn)了鈑金件基準(zhǔn)智能優(yōu)化分析功能。
基準(zhǔn)優(yōu)化分析需要經(jīng)過8個(gè)步驟,如圖2所示。
圖2 鈑金件定位策略優(yōu)化過程
(1)首先需要將待分析零件CAD數(shù)模導(dǎo)入(圖3)。
圖3 汽車前蓋內(nèi)板設(shè)計(jì)數(shù)模
(2)通過開發(fā)的分析軟件,對(duì)數(shù)模進(jìn)行網(wǎng)格劃分,可按照10 mm×10 mm大小劃分網(wǎng)格。
(3)根據(jù)零件設(shè)計(jì)選用的材料,在軟件中對(duì)網(wǎng)格文件設(shè)置材料屬性,主要時(shí)通過楊氏模量,密度,泊松比,材料厚度等信息進(jìn)行模擬,如圖4所示。
(4)為設(shè)置測點(diǎn)信息,創(chuàng)建的測點(diǎn)用于后續(xù)輸出變形分析數(shù)據(jù)結(jié)果。
(5)根據(jù)零部件設(shè)計(jì)開發(fā)期間制定的基準(zhǔn)策略,如圖5前蓋內(nèi)板基準(zhǔn)圖紙所示,根據(jù)基準(zhǔn)的位置,輸入進(jìn)行重力變形分析。
(6)經(jīng)過計(jì)算,輸出計(jì)算結(jié)果如圖6所示。
(7)計(jì)算結(jié)果分析,可發(fā)現(xiàn)最大重力變形數(shù)值為-0.492 mm左右。
(8)將優(yōu)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。
經(jīng)評(píng)估這個(gè)變形量較大,不符合設(shè)計(jì)要求,基準(zhǔn)策略需要優(yōu)化。根據(jù)圖6顯示的最大變
圖4 設(shè)置材料信息
圖5 圖紙定位策略
圖6 汽車前蓋內(nèi)板優(yōu)化分析結(jié)果
圖7 汽車前蓋內(nèi)板優(yōu)化分析結(jié)果
形位置位于零件中部結(jié)構(gòu)較弱區(qū)域,可考慮在薄弱區(qū)域位置增加支撐基準(zhǔn),增加的基準(zhǔn)位置如圖7 所示。經(jīng)過再次計(jì)算分析,在中部結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域增加2個(gè)輔助支撐基準(zhǔn),再次優(yōu)化分析重力變形,分析結(jié)果如圖8 所示。優(yōu)化后的分析結(jié)果,最大變形量為-0.23 mm,與圖7 初次分析結(jié)果對(duì)比,質(zhì)量提升了53.25%,滿足了設(shè)計(jì)要求。
圖8 汽車前蓋內(nèi)板優(yōu)化分析結(jié)果
關(guān)于零部件定位策略智能優(yōu)化,本研究提出一種通過零部件相似度對(duì)比的方法,來實(shí)現(xiàn)同類型零件基準(zhǔn)策略的智能推理方法,其推理的流程如圖9。
圖9 零件基準(zhǔn)相似推理流程
當(dāng)開發(fā)新零件基準(zhǔn)體系時(shí),可采用相似推理方法快速獲得任務(wù)零件基準(zhǔn)體系。
(1)先將新零件劃分網(wǎng)格,劃分網(wǎng)格是用于求解零件幾何尺寸信息。
(2)然后在零件庫中檢索同類型零件,將這些零件加入相似度計(jì)算候選。
(3)根據(jù)相似度計(jì)算結(jié)果,在庫中選出最接近新零件的基準(zhǔn)方案,并通過幾何比例計(jì)算,推導(dǎo)出新零件的基準(zhǔn)位置信息。其中,相似度計(jì)算公式為:
式中sim 為相似度;Pi,Pj為零件i,j;dij為2 個(gè)零件i,j之間重要屬性關(guān)系;Vik,Vjk為零件i,j的屬性,包括長寬比,比例關(guān)系等。
這2 個(gè)公式,實(shí)質(zhì)上是通過零件的幾何形狀來判斷和選擇相似度,并根據(jù)相似度在基準(zhǔn)策略庫中的選出最接近當(dāng)前待開發(fā)零件的基準(zhǔn)策略。根據(jù)幾何形狀,按照比例計(jì)算輸出新零件的基準(zhǔn)位置。
本研究基于VS 2013 對(duì)UG NX 軟件二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)了鈑金類零件定位策略優(yōu)化和智能推理工作。本研究通過UG NX二次開發(fā),以探測零件重力變形為探測手段,實(shí)現(xiàn)了零定位策略優(yōu)劣分析工作。本研究實(shí)現(xiàn)的鈑金件定位策略優(yōu)化精度可靠,優(yōu)化方法工作效率高;在設(shè)計(jì)發(fā)布期間,通過定位策略的早期設(shè)計(jì)優(yōu)化,可提高設(shè)計(jì)發(fā)布質(zhì)量,減少設(shè)計(jì)變更成本。