專利名稱：對轎車車身進(jìn)行公差設(shè)計定性仿真的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種計算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域的方法，特別是一種對轎車車身進(jìn)行公差設(shè)計定性仿真的方法。
背景技術(shù)：
轎車車身的制造是由數(shù)百個形狀與大小不一的、沖壓好的薄板結(jié)構(gòu)件焊接而成，在設(shè)計時，設(shè)計人員依據(jù)零件尺寸及焊接施工難易對整車及各個薄板結(jié)構(gòu)件的公差進(jìn)行分配，如果公差分配的合理，裝焊完成后的轎車車體的外形三維點的尺寸較易達(dá)到設(shè)計要求，但是，設(shè)計人員不能夠做到一次成功，通常要經(jīng)過多次修正。如果，設(shè)計人員使用計算機(jī)對整車及各個薄板結(jié)構(gòu)件的公差分配進(jìn)行定性仿真，進(jìn)一步就可以在各種定性仿真方案中進(jìn)行不斷的篩選，最終得出最優(yōu)的公差分配方案，也就可能一次裝焊出達(dá)到設(shè)計要求的汽車車體。以往裝配公差設(shè)計(包括公差分析與公差分配)都是基于詳細(xì)的定量設(shè)計，在明確的零件參數(shù)信息的前提下才可以進(jìn)行優(yōu)化分析。但是產(chǎn)品的生產(chǎn)、制造、使用和維護(hù)的許多問題本源都是發(fā)生在概念設(shè)計階段，在車身結(jié)構(gòu)概念設(shè)計階段，零件的CAD模型和裝配工藝還沒有確定，常規(guī)的數(shù)值計算已經(jīng)無法對尺寸偏差進(jìn)行仿真計算。現(xiàn)代汽車設(shè)計需要一項新的技術(shù)來在車身結(jié)構(gòu)概念設(shè)計階段預(yù)測及分析裝配公差，并可以處理待定未知的、不完備的技術(shù)參數(shù)，建立嚴(yán)密的數(shù)理邏輯，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的定性描述，同時，這種利用有限的信息進(jìn)行定性推理也有助于下一階段詳細(xì)自動化設(shè)計，使得在概念設(shè)計階段提供大量的可行方案，以進(jìn)行權(quán)衡比較，改善設(shè)計的合理性。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利號為96196485.5，名稱為統(tǒng)計公差確定方法，該專利是采用統(tǒng)計方法確定有效的零部件尺寸公差極限。該方法只選擇一種優(yōu)選的零件裝配順序并對其有效性進(jìn)行確認(rèn)。該方法定位于詳細(xì)工藝設(shè)計階段，此方法不能對轎車車身概念設(shè)計時車身的各類公差進(jìn)行定性仿真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種對轎車車身進(jìn)行公差設(shè)計定性仿真的方法，使其利用定性仿真方法的特點，應(yīng)用于車身裝配的概念設(shè)計階段，首先集成裝配順序、配置接頭，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行裝配公差分配。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟a.首先，利用關(guān)聯(lián)矩陣與優(yōu)先關(guān)系矩陣，通過收縮矩陣以串并聯(lián)的形式判斷子裝配體后，生成所有可行裝配順序，并通過利用定性信息生成裝配工藝指數(shù)矩陣約減裝配順序，生成可行裝配順序集；b.通過人機(jī)交互方式配置裝配體的初始接頭方案與裝配方案的接頭工藝約束，然后用啟發(fā)式智能算法產(chǎn)生接頭類型配置設(shè)計方案，即裝配方案接頭集；c.在步驟a得到的可行裝配順序集和步驟b得到的裝配方案接頭集的基礎(chǔ)上，對于關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸確定該關(guān)鍵尺寸鏈的每一個尺寸組成環(huán)，然后對欲進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵尺寸鏈組成環(huán)的公差進(jìn)行初始方案設(shè)置，并對組成環(huán)的公差極限進(jìn)行微小調(diào)整，從而生成裝配體的優(yōu)化公差配置方案，結(jié)合步驟a得到的可行裝配順序集和步驟b得到的裝配方案接頭集，進(jìn)行裝配尺寸的裝配偏差定性分析計算。
所述的步驟a，包括的步驟如下(1)通過裝配體優(yōu)先關(guān)系的輸入，得出該裝配體的有向連接關(guān)系圖，繼而獲得它得相鄰矩陣；(2)通過串聯(lián)、并聯(lián)以及環(huán)聯(lián)分總成的提取、有效性判斷和選擇，由裝配體的相鄰矩陣經(jīng)變換后生成收縮矩陣；(3)選擇不同的分總成生成裝配樹，通過回溯法取得該裝配體的所有裝配順序；(4)通過計算裝配體的裝配工藝矩陣，通過判斷與確定裝配體以及子裝配體的基件，約減上一步(3)獲得的可行順序數(shù)目；(5)確定進(jìn)行計算的關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸，通過基于深度搜索完成關(guān)鍵產(chǎn)品特征的所有可行尺寸鏈，按照裝配知識庫中的工藝設(shè)計規(guī)則最終確定關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸的尺寸鏈。所述的工藝設(shè)計規(guī)則公差鏈越短越好，但是如果多條尺寸鏈之間存在較長的公共鏈，那么取長的即包含其他尺寸鏈的尺寸鏈。
所述的步驟b，包括的步驟如下(1)在所選的裝配體確定關(guān)鍵尺寸鏈中的主要連接接頭進(jìn)行類型初始定義，形成裝配體的初始接頭集；(2)對遺傳算法的控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或者使用遺傳算法的缺省設(shè)置；(3)啟發(fā)式智能算法采用遺傳算法，預(yù)先對某些零件間的接頭連接形式進(jìn)行設(shè)計空間進(jìn)行約束，在遺傳算法中需進(jìn)行相關(guān)的約束懲罰，拋棄所有進(jìn)化過程中不可行解并將各種接頭方案重新進(jìn)行組合優(yōu)化，進(jìn)而生成裝配方案的接頭集。
所述的步驟c中，包括的步驟如下(1)首先確定欲進(jìn)行優(yōu)化的關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸，通過深度搜索自動確定該關(guān)鍵尺寸的組成環(huán)；(2)依據(jù)實驗設(shè)計方法，對裝配體關(guān)鍵尺寸鏈中主要零件連接特征的裝配偏差進(jìn)行初始公差方案設(shè)置，作為優(yōu)化算法的起點；(3)利用Tabu鄰域搜索的特點逐步地動態(tài)地微小地調(diào)整與改變尺寸鏈組成環(huán)零件的裝配公差極限，生成關(guān)鍵尺寸的公差分配方案集；(4)利用定性仿真將尺寸鏈中每一個尺寸環(huán)的裝配公差進(jìn)行區(qū)間數(shù)表達(dá)，結(jié)合第(2)步生成的裝配順序集與第(3)生成的步接頭方案集進(jìn)行裝配體偏差的定性仿真分析。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明首次將定性仿真理論應(yīng)用到車身裝配概念設(shè)計階段，為建立車身概念設(shè)計階段裝配偏差分析軟件提供了方法，實現(xiàn)車身概念設(shè)計階段車身偏差數(shù)值的定性評價。本發(fā)明可在轎車車身結(jié)構(gòu)概念設(shè)計階段，對整車及各個薄板結(jié)構(gòu)件的公差分配進(jìn)行定性仿真，提供大量的可行方案，進(jìn)一步就可以在各種定性仿真方案中進(jìn)行不斷的權(quán)衡比較，最終篩選出最優(yōu)的公差分配方案，這樣，就可以一次裝焊出達(dá)到設(shè)計要求的汽車車體，而無需在試制過程中反復(fù)調(diào)整公差。


圖1為本發(fā)明車身裝配系統(tǒng)偏差仿真優(yōu)化框2為本發(fā)明車車身裝配順序獲取的流程3為本發(fā)明車裝配過程公差流仿真流程4為本發(fā)明車集成順序，接頭和公差的定性計算過程5為本發(fā)明車裝配公差設(shè)計軟件分析流程圖具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容提供具體實施例一種用于S6460型概念車的公差設(shè)計定性仿真的方法如下a.如圖1所示首先生成裝配順序集，具體如圖5所示首先從模型數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入裝配體零件，每一個零件用數(shù)字1、2、3…進(jìn)行編號，利用人機(jī)交互提取關(guān)聯(lián)矩陣與優(yōu)先關(guān)系矩陣，并通過收縮矩陣以串并聯(lián)的形式判斷子裝配體后，生成所有可行裝配順序，可行裝配順序生成流程具體步驟見圖2，從屬性數(shù)據(jù)庫提取裝配體的定性信息，并通過利用定性信息生成裝配工藝指數(shù)矩陣約減裝配順序如圖4所示。
b.如圖1所示接著生成接頭裝配方案，具體如圖4所示以人機(jī)交互方式配置初始接頭方案或者由案例庫提取初始接頭方案，并從屬性數(shù)據(jù)庫中提取該裝配方案的接頭工藝約束來定義該裝配體的遺傳算法接頭染色體的約束模塊，由此利用啟發(fā)式遺傳算法產(chǎn)生接頭類型配置設(shè)計方案。
c.確定該裝配體的關(guān)鍵尺寸，利用步驟a生成的裝配順序集，確定關(guān)鍵尺寸鏈的每一個尺寸組成環(huán)，對進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵尺寸鏈的組成環(huán)，如圖1所示進(jìn)行設(shè)置零件公差，即進(jìn)行裝配尺寸鏈組成環(huán)的公差初始設(shè)置與各裝配點公差極限的優(yōu)化設(shè)置，代入裝配尺寸鏈方程，最后進(jìn)行裝配體關(guān)鍵尺寸的裝配偏差定性分析計算，計算流程如圖4，最終通過仿真運算獲得在優(yōu)化順序集下的接頭優(yōu)化方案和公差優(yōu)化配置方案，將此作為以后下一詳細(xì)設(shè)計階段的輸入。
所述的步驟a中，其裝配順序獲取的詳細(xì)流程參見圖2，包括的步驟如下(1)通過裝配體優(yōu)先關(guān)系的輸入，得出該裝配體的有向連接關(guān)系圖，繼而獲得它的相鄰矩陣；(2)通過串聯(lián)、并聯(lián)以及環(huán)聯(lián)子裝配體的提取、有效性判斷和選擇，由上步計算得的相鄰矩陣經(jīng)收縮矩陣變換獲得裝配體的收縮矩陣，該收縮矩陣作為下一級子裝配體的相鄰矩陣；以三件串聯(lián)為例進(jìn)行分析
Ra=010-1010-10,Rb=010101010,Rc=0101010-10]]>串聯(lián)分總成鄰接矩陣應(yīng)滿足的數(shù)學(xué)關(guān)系入下(ri，j＝1&&|rj，i|＝-1，j＝i+1)&&(ri，j＝0，|j-i|＞1)(3)依次選擇不同的子裝配體的組合生成裝配樹，然后通過回溯方法取得該裝配體的所有裝配順序；(4)通過零件的設(shè)計基準(zhǔn)特性、零件的相鄰接觸數(shù)量、零件的主要尺寸及重量計算出裝配體的裝配工藝矩陣，由此判斷與確定裝配體以及子裝配體的基件，約減上步獲得的可行順序數(shù)目；零件的裝配工藝指數(shù)Pdati通過下式計算Pdati＝Ddati+x1ωWi+x2ωdegi+x3ωsizei+x4ωstiffnessi質(zhì)量屬性值由ωWi=Wi/Σj=1nWj]]>計算獲得，接觸數(shù)量屬性值由ωdegi=Degi/Σj=1nDegj]]>計算獲得設(shè)計基準(zhǔn)屬性值Ddati利用設(shè)計規(guī)范進(jìn)行取值，尺寸系數(shù)ωsizei和剛度系數(shù)ωstiffnessi利用模糊推理(零件大小，零件的復(fù)雜度，零件厚度)進(jìn)行取值，其中{x1，x2，x3，x4}基于企業(yè)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行取值。通過裝配工藝指數(shù)Pdati的值來確定裝配體的基件，從而實現(xiàn)可行裝配順序的約減。
(5)確定進(jìn)行計算的關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸，通過基于深度搜索完成關(guān)鍵產(chǎn)品特征的所有可行尺寸鏈，通過基于定性經(jīng)驗知識最終確定關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸的尺寸鏈。
所述的步驟b中，包括的步驟如下
(1)在所選的裝配體確定關(guān)鍵尺寸鏈中主要連接接頭進(jìn)行類型初始定義，在概念設(shè)計階段，將接頭類型用字母ABC分別代表搭接、對接與角接，如圖3所示形成裝配體的初始接頭集，初始接頭集作為遺傳算法計算的起點；(2)然后對遺傳算法的控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或者直接使用遺傳算法在程序中的缺省設(shè)置；(3)預(yù)先對某些零件間的接頭連接形式進(jìn)行設(shè)計空間進(jìn)行約束，在遺傳算法中需進(jìn)行相關(guān)的約束懲罰。拋棄所有進(jìn)化過程中不可行解并將各種接頭方案重新進(jìn)行組合優(yōu)化，進(jìn)而生成裝配方案的接頭集。
所述的步驟c中，包括的步驟如下(1)確定欲進(jìn)行優(yōu)化的關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸及其該關(guān)鍵尺寸的組成環(huán)；(2)依據(jù)設(shè)計要求，按照實驗設(shè)計方法對裝配體關(guān)鍵尺寸鏈中主要零件連接特征的裝配偏差進(jìn)行初始公差方案設(shè)置，如圖3所示；偏差累積利用區(qū)間數(shù)進(jìn)行定性表示，如表1。
表1，裝配偏差區(qū)間表示

(3)利用Tabu鄰域搜索的特點逐步地動態(tài)地微小地調(diào)整與改變零件裝配公差的極限；(4)如圖4所示利用定性仿真建裝配公差進(jìn)行區(qū)間數(shù)表達(dá)，融合生成的裝配順序集與接頭方案集進(jìn)行裝配體偏差的定性仿真分析。
偏差分析的定性仿真函數(shù)如下
□R裝配尺寸偏差定性描述矢量；vi、vtij分別表示零部件和工藝的偏差矢量；εi、εtij分別表示裝配順序?qū)α悴考凸に嚻畹挠绊懴禂?shù)；si、stij表示接頭形式與零件結(jié)構(gòu)參數(shù)等特征的定性影響系數(shù)。
使用本發(fā)明的方法，將S6460型概念車的車體參數(shù)(不完備的參數(shù))代入后，可進(jìn)行公差設(shè)計的定性仿真，得到了經(jīng)濟(jì)成本下的裝配質(zhì)量最佳的大量的可行方案，篩選出最優(yōu)的公差分配方案，使用此方案，可一次裝焊出達(dá)到設(shè)計要求的汽車車體，而無需在試制過程中反復(fù)調(diào)整公差。
權(quán)利要求
1.一種對轎車車身進(jìn)行公差設(shè)計定性仿真的方法，其特征在于，包括以下步驟a.首先，利用關(guān)聯(lián)矩陣與優(yōu)先關(guān)系矩陣，通過收縮矩陣以串并聯(lián)的形式判斷子裝配體后，生成所有可行裝配順序，并通過利用定性信息生成裝配工藝指數(shù)矩陣約減裝配順序，生成可行裝配順序集；b.通過人機(jī)交互方式配置裝配體的初始接頭方案與裝配方案的接頭工藝約束，然后用啟發(fā)式智能算法產(chǎn)生接頭類型配置設(shè)計方案，即裝配方案接頭集；c.在步驟a得到的可行裝配順序集和步驟b得到的裝配方案接頭集的基礎(chǔ)上，對于關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸確定該關(guān)鍵尺寸鏈的每一個尺寸組成環(huán)，然后對欲進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵尺寸鏈組成環(huán)的公差進(jìn)行初始方案設(shè)置，并對組成環(huán)的公差極限進(jìn)行微小調(diào)整，從而生成裝配體的優(yōu)化公差配置方案，結(jié)合步驟a得到的可行裝配順序集和步驟b得到的裝配方案接頭集，進(jìn)行裝配尺寸的裝配偏差定性分析計算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對轎車車身進(jìn)行公差設(shè)計定性仿真的方法，其特征是，所述的步驟a，包括的步驟如下(1)通過裝配體優(yōu)先關(guān)系的輸入，得出該裝配體的有向連接關(guān)系圖，繼而獲得它得相鄰矩陣；(2)通過串聯(lián)、并聯(lián)以及環(huán)聯(lián)分總成的提取、有效性判斷和選擇，由裝配體的相鄰矩陣經(jīng)變換后生成收縮矩陣；(3)選擇不同的分總成生成裝配樹，通過回溯法取得該裝配體的所有裝配順序；(4)通過計算裝配體的裝配工藝矩陣，通過判斷與確定裝配體以及子裝配體的基件，約減上一步(3)獲得的可行順序數(shù)目；(5)確定進(jìn)行計算的關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸，通過基于深度搜索完成關(guān)鍵產(chǎn)品特征的所有可行尺寸鏈，基于裝配知識庫中的設(shè)計規(guī)則最終確定關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸的尺寸鏈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對轎車車身進(jìn)行公差設(shè)計定性仿真的方法，其特征是，所述的步驟b，包括的步驟如下(1)在所選的裝配體確定關(guān)鍵尺寸鏈中的主要連接接頭進(jìn)行類型初始定義，形成裝配體的初始接頭集；(2)對遺傳算法的控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或者使用遺傳算法的缺省設(shè)置；(3)啟發(fā)式智能算法采用遺傳算法，預(yù)先對某些零件間的接頭連接形式進(jìn)行設(shè)計空間進(jìn)行約束，在遺傳算法中需進(jìn)行相應(yīng)的約束懲罰，即拋棄所有進(jìn)化過程中不可行解并將各種接頭方案重新進(jìn)行組合優(yōu)化，進(jìn)而生成裝配方案的接頭集。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對轎車車身進(jìn)行公差設(shè)計定性仿真的方法，其特征是，所述的步驟c中，包括的步驟如下(1)首先確定欲進(jìn)行優(yōu)化的關(guān)鍵產(chǎn)品尺寸，通過深度搜索自動確定該關(guān)鍵尺寸的組成環(huán)；(2)依據(jù)實驗設(shè)計方法，對裝配體關(guān)鍵尺寸鏈中主要零件連接特征的裝配偏差進(jìn)行初始公差方案設(shè)置，作為優(yōu)化算法的起點；(3)利用Tabu鄰域搜索的特點逐步地動態(tài)地微小地調(diào)整與改變尺寸鏈組成環(huán)零件的裝配公差極限，生成關(guān)鍵尺寸的公差分配方案集；(4)利用定性仿真將尺寸鏈中每一個尺寸環(huán)的裝配公差進(jìn)行區(qū)間數(shù)表達(dá)，結(jié)合第(2)步生成的裝配順序集與第(3)生成的步接頭方案集進(jìn)行裝配體偏差的定性仿真分析。
全文摘要
一種計算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域的對轎車車身進(jìn)行公差設(shè)計定性仿真的方法，步驟為a.利用關(guān)聯(lián)矩陣與優(yōu)先關(guān)系矩陣，通過收縮矩陣以串并聯(lián)的形式判斷子裝配體后，生成所有可行裝配順序，并通過利用定性信息生成裝配工藝指數(shù)矩陣約減裝配順序，生成可行裝配順序集；b.配置裝配體的初始接頭方案與裝配方案的接頭工藝約束，產(chǎn)生裝配方案接頭集；c.確定關(guān)鍵尺寸鏈的每一個尺寸組成環(huán)，然后對欲進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵尺寸鏈組成環(huán)的公差進(jìn)行初始方案設(shè)置，并對組成環(huán)的公差極限進(jìn)行微小調(diào)整，從而生成裝配體的優(yōu)化公差配置方案，進(jìn)行裝配尺寸的裝配偏差定性分析計算。本發(fā)明可一次裝焊出達(dá)到設(shè)計要求的汽車車體，而無需在試制過程中反復(fù)調(diào)整公差。
文檔編號G06F17/50GK1750007SQ20051003012
公開日2006年3月22日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者來新民, 金隼, 李余兵, 林忠欽, 陳關(guān)龍, 邢彥鋒, 周江奇, 曹俊 申請人:上海交通大學(xué)