3DCS三维偏差分析软件分析汽车柔性零件的应用

李会　杨冬冬

【摘 要】3DCS软件的应用，有效降低了新产品所需的开发成本，同时产品不需要以往那么长的开发时间。文章详细介绍了3DCS软件的应用及其他方面，同时分析了柔性零件在装配期间进行质量评定的重要性。

【关键词】3DCS三维偏差；分析软件；汽车柔性零件

1 3DCS简述

3DCS软件主要运用了蒙特卡罗模拟法，以此开展公差模拟分析。蒙特卡罗算法通过计算某种随机事件的发生概率，或通过运用实验法来计算某个随机变量的具体期望值，根据事件的出现频率实现对随机事件的发生概率进行估计，或根据随机变量所表现出的数字特征，将其作为问题的答案。公差问题若采用蒙特卡罗算法，首先需将封闭环尺寸存在的公差问题转换成随机变量中常见的统计问题，运用随机模拟、统计实验等方法来确定封闭环的尺寸公差，运用这种方法将得到与实际情况相符的结果，以下是具体步骤。

首先，了解每个组成环的具体分布，按照要求的计算精度来确定具体的模拟次数。接下来，观察每个组成环的分布规律及范围，随机抽取封闭环，或是抽取组成环。然后，利用公差函数对封闭环尺寸进行计算，不断重复以上步骤，由此得到N个子样并构成样本。最后，统计所有的样本，计算封闭环的尺寸公差以及标准差，同时确定其平均值。

2 3DCS软件分析柔性零件的应用

通过对柔性零件进行分解，发现某一区域的柔性零件与刚性体相似，可采用分块法以及弯曲法，下面展开了详细论述。

2.1 采用分块法为前保建立3DCS分析模型

对前保进行分块处理，按照前保的具体匹配要求，将其分成3块进行处理，每块前保都可视为刚性体，前保以及前格栅进行匹配的区域可命名为Move1，前保以及前大灯进行匹配的区域可命名为Move2，前保以及翼子板进行匹配的区域可命名为Move3。

Move1遵循3DCS"3-2-1”的定位原则，且满足前保、前格栅的装配关系，要控制上下防线可选取1面或2面，也可选取3面，要控制左右方向可选取5槽，要控制前后方向可选取6槽。1和2以及3和4等基准特征必须与白车身相符，5和6两个基准特征需符合前格栅；Move2的大灯和前保之间不存在装配关系，其6个基准特征都符合白车身；Move3的翼子板、前保要进行装配必须借助相关安装支架。1面和2面可控制上下方向，3面也可达到这一目的，4销以及5槽孔可控制左右方向，6销可控制前后方向。1-6配合特征的装配必须在翼子板上完成。

2.2 采用Bend法分析为翼子板建立3DCS分析模型

图1和图2是Bend法的基本原理，将物体1上的各个点安装到物体2上，其中点11需对应点21，点12需对应点22，点13以及点14分别对应的是点23以及点24。点1以及点2，还包括点3都可重合，而点14以及点24无法实现重合，通过采用Bend法使物体1稍微弯曲，可使点14重合于点24。Bend法可实现对现实装配的弯曲进行模拟。

翼子板需采取合适的处理方式，从图3可以看出，翼子板接近于前门装配位置，其具有良好的刚性，直线以下位置可视为非变性区域，直线以上部分则属于弯曲变形区域。非变性区域的1面和2面，还包括3面都可控制翼子板的左右方向，孔4以及孔5则可对其前后方向进行控制，孔6可控制其上下方向，1-6配合特征都可在白车身上完成安装。弯曲变形区域的孔2也可对左右方向进行控制，面5可对上下方向进行控制，Move可模拟翼子板的安装过程。

由此得出结论，分块法以及弯曲法都是3DCS分析软件经常采用的方法，这两种方法可适用在不同的范围，必须按照实际的安装需求来选择合适的方法。弯曲法主要适用于安装期间需进行强制安装，或发生强制变形，尤其是焊接或螺栓紧固期间，最好采用弯曲法。当部分零件的体积或形状比较大，且相应的匹配零件数超过2个时，采用分块法将取得更好的效果。

3 柔性零件装配质量评定

产品零件必须经历极其复杂的过程，从设计阶段到加工生产阶段，尤其是装配期间难免产生误差，此称之为装配误差。装配误差容易受各种因素的影响，其产生原因多种多样且根据其特征可进行分类，一种是随机误差，另一种是系统误差。随机误差可能是由于测量装置因素导致，如零部件缺乏稳定性，发生变形或零件表面油膜没有涂抹均匀，也可能是摩擦因素导致。环境因素也可能导致随机误差的出现，如温度和气压以及光照强度等方面发生变化。此外，操作员也是引发随机误差的主要因素之一，操作员进行测量时没有瞄准，读数不正确或操作不熟练等。

条件相同的情况下，对同一量值进行多次测量，不能改变误差的绝对值以及其符号。当必须改变条件时，误差需满足一定的规律变化，此称之为系统误差。柔性产品进行设计时，既不能避免系统误差的出现，也不能将其消除。在冲压零部件上设定相应的移动公差，可避免系统误差的出现，减少误差的积累，同时还可使零部件具有更好的装配质量。柔性零件进行装配时，随机误差容易对其质量造成影响。通过使用相关测量系统对零部件进行测量，测量得到的相关数据可作为随机变量。通过分析相关理论并进行实验，发现测量数据的误差符合正态分布，每次对零件尺寸进行测量，得到的数据必须与理论设计值相符。随机變量（x）含有两种参数，其分别为μ和σ且其满足正态分布规律，下面是随机变量的概率密度。

在正态随机变量中，参数μ代表数学期望，参数σ代表标准差。工件尺寸若符合正态分布要求，99.9997%的点将落入[μ-3σ，μ+3σ]区间内，此即为6σ原理。实际生产时，质量控制目标通常为±3σ，且99.73%的产品需达到合格标准。若合格产品不超过99.73%，我们在判断处于加工状态的产品时，认为出现了系统误差。因此，需结合误差对结果做进一步分析结果，由此诊断出误差源。

4 结论

汽车行业取得迅猛发展，顾客要求车身需具备一定舒适性，同时对车身外观也提出了更高要求。整车设计以及制造阶段难免出现偏差，而零部件偏差可能直接影响到整车的装配。因此，必须不断优化3DCS软件的工艺设计，避免车身在制造期间出现尺寸偏差，扩大3DCS软件的应用领域，使汽车行业得到进一步发展，这也是本文阐述的意义所在。

参考文献：

[1]李良，王德伦车身公差分配工程应用重庆工学院学报（自然科学）Nov.2008.

[2]曹俊，来新民.基于确定性定位分析的车身三维偏差模型及求解方法研究[D].上海：上海交通大学，2008.

[3]熊洁.三维偏差分析软件在汽车开发中的应用〔1）.企业科技与发展，2010.

（作者单位：国能新能源汽车有限责任公司）