CETOL在公差設(shè)計(jì)的解決方案汽車

1、CETOL軟件在三維公差設(shè)計(jì)的解決方案莎益博工程系統(tǒng)開(kāi)發(fā)（上海）有限公司1. 三維公差1.1. 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足國(guó)內(nèi)的大部分企業(yè)，對(duì)于公差分析還是存在模糊的認(rèn)識(shí)，即公差分配是設(shè)計(jì)人員的任務(wù)。設(shè)計(jì)人員在做公差分析的時(shí)候，大多數(shù)時(shí)候參照已有產(chǎn)品的公差分配，公差無(wú)法參照的地方，多采用手工畫(huà)一維尺寸鏈圖，粗略的得出封閉換尺寸公差。上述情況存在諸多不足，第一，當(dāng)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)公差時(shí)參照老產(chǎn)品，并不能提高設(shè)計(jì)人員對(duì)公差分配原理的理解，當(dāng)遇到和老產(chǎn)品不一樣的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)人員就失去了參照的依據(jù)。第二，手工計(jì)算一維尺寸鏈很容易出錯(cuò)，當(dāng)這種錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，又不容易檢查。第三，手工計(jì)算效率較低，當(dāng)尺寸鏈包含非常長(zhǎng)時(shí)，需要大

2、量的公差計(jì)算時(shí)間。第四，手工方法計(jì)算一維尺寸鏈比較容易，但是對(duì)于二維或三維的尺寸鏈計(jì)算就更加復(fù)雜。1.2. 使用公差分析軟件的優(yōu)勢(shì)公差分析軟件為設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)公差分析與綜合的平臺(tái)，使設(shè)計(jì)人員通過(guò)它實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段對(duì)關(guān)鍵零件尺寸進(jìn)行公差分析，結(jié)合實(shí)際的工藝加工能力，選擇制造成本最低，又能保證滿足設(shè)計(jì)要求的最優(yōu)公差，分析的結(jié)果也可以為設(shè)計(jì)提供參考。具體來(lái)說(shuō)，公差分析與綜合系統(tǒng)為設(shè)計(jì)人員提供了評(píng)估公差狀況的手段，通過(guò)該系統(tǒng)，給出了可靠、準(zhǔn)確、合理的公差分配的依據(jù)?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，使用公差分析軟件有如下優(yōu)勢(shì)：一 在CAD環(huán)境下模擬三維零件的裝配過(guò)程。它可以直接讀取CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)設(shè)計(jì)參數(shù)更新時(shí)，公

3、差分析的數(shù)據(jù)也一起更新。圖1 Solidworks公差分析界面圖2 CATIA公差分析界面 圖3 Cre/Proe 公差分析界面 二 自動(dòng)計(jì)算三維尺寸鏈誤差的傳播。下圖是V形塊和圓柱銷的裝配，公差分析軟件不僅能計(jì)算沿著尺寸方向的尺寸對(duì)圓柱銷高度的影響，還可以計(jì)算V形塊的寬度和夾角對(duì)圓柱銷高度的影響。 圖4自動(dòng)計(jì)算三維誤差的傳播三 真實(shí)地模擬零部件之間的裝配關(guān)系。例如，在銷和孔的裝配過(guò)程中，在CAD的裝配關(guān)系中，定義二者的中心軸線同心，這樣銷和孔的配合關(guān)系就產(chǎn)生了，但是這種狀態(tài)是不符合現(xiàn)實(shí)的，應(yīng)當(dāng)考慮重力或者在實(shí)際的裝配狀態(tài)中受某一方向外力的反作用力的影響，實(shí)際銷和孔是處于相切的狀態(tài)。中心重合

4、相切圖5 銷與孔的關(guān)系四 自動(dòng)形成三維尺寸鏈裝配關(guān)系圖，幫助設(shè)計(jì)人員深刻理解公差的傳播。 圖6. 裝配關(guān)系可視化2. 公差分析的必要性一般的實(shí)體建模系統(tǒng)，如在CAD系統(tǒng)下可以在完成基本尺寸的設(shè)計(jì)后，通過(guò)軟件提供的間隙和干涉檢查功能來(lái)確保裝配的精度，同時(shí)還可以取基本尺寸的上偏差和下偏差值，檢查在極限尺寸的情況下，裝配精度（間隙、干涉等）是否仍然可以滿足?？梢栽跈z測(cè)時(shí)設(shè)置為上偏差或下偏差的值。但是，這并不是真正的公差分析。在這種分析中并未考慮裝配中各種偏差源對(duì)裝配質(zhì)量的影響。我們知道，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有很多因素都會(huì)導(dǎo)致誤差的出現(xiàn)，如制造加工中的誤差，環(huán)境對(duì)加工設(shè)備的影響，各種不同的誤差會(huì)通過(guò)零件

5、之間的配合關(guān)系慢慢積累起來(lái)，最終影響整體系統(tǒng)的裝配精度和成本。因此，必須充分重視產(chǎn)品中可能出現(xiàn)的誤差，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)和昂貴的質(zhì)量缺陷。在設(shè)計(jì)過(guò)程中將設(shè)計(jì)好的零件進(jìn)行三維預(yù)裝配，建立數(shù)字樣機(jī)，利用公差分析與綜合系統(tǒng)通過(guò)分析零件公差對(duì)產(chǎn)品裝配過(guò)程和裝配精度的影響，建立裝配公差模型和零件公差模型。在建立裝配公差模型樹(shù)、裝配公差網(wǎng)絡(luò)圖的基礎(chǔ)上，進(jìn)行公差分析與綜合。提供最壞情況設(shè)計(jì)分析方法、統(tǒng)計(jì)分析方法、在結(jié)果分析器調(diào)整敏感度和貢獻(xiàn)度數(shù)值，找到制造成本低又能滿足裝配精度要求的公差分配。通過(guò)該系統(tǒng)的分析，可以分析出設(shè)計(jì)過(guò)程中公差分配是否合理、正確，對(duì)公差進(jìn)行優(yōu)化，并將結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)人員，使設(shè)計(jì)人員

6、能夠及時(shí)地進(jìn)行修改，以減少裝配時(shí)發(fā)生干涉和精度超標(biāo)的概率。運(yùn)用變量化幾何技術(shù)確定裝配過(guò)程中配合零件之間的最壞情況及統(tǒng)計(jì)的公差積累，得到裝配過(guò)程中影響關(guān)鍵尺寸公差的約束及其敏感度。利用該系統(tǒng)，通過(guò)改變個(gè)別關(guān)鍵尺寸的公差約束來(lái)提高零件的可裝配性和互換性，減少由于公差分配不合理或不正確而造成的裝配后產(chǎn)品精度超標(biāo)和返工的概率，減少裝配過(guò)程中的選配、修配和調(diào)整時(shí)間，提高裝配效率，降低制造成本。3. 解決方案CETOL是集成于三維CAD軟件下的專業(yè)公差分析軟件。它從開(kāi)發(fā)到發(fā)展至今，已有20多年的發(fā)展歷史。在低壓電器行業(yè)有成熟的解決方案。它采用最先進(jìn)的公差分析方法，在產(chǎn)品的早期階段做公差分析的合理性做評(píng)估，

7、預(yù)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量，結(jié)合工廠的實(shí)際工藝加工能力，找到影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。CETOL具體的公差分析流程如下圖所示：圖7 CETOL軟件公差分析流程3.1. CETOL軟件及相關(guān)公司介紹Sigmetrix 公司介紹Sigmetrix公司是CETOL的原開(kāi)發(fā)商，總部在美國(guó)的得克薩斯州的達(dá)拉斯，從創(chuàng)立到發(fā)展至今，公司一直致力于公差分析軟件開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新。它最早和Rand Worldwide組成的合資企業(yè)，是一家專注于裝配公差分析軟件研發(fā)的軟件公司，自CETOL問(wèn)世以來(lái)，Sigmetrix一直通過(guò)各種方式，如參與高校的ADCATS項(xiàng)目，努力促進(jìn)公差分析技術(shù)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，Sigmetrix已經(jīng)成為世

8、界范圍內(nèi)知名的公差分析服務(wù)提供商。借助于Solidworks的平臺(tái)，CETOL已經(jīng)為廣大的客戶所熟知，應(yīng)用范圍涵蓋了各類工程領(lǐng)域。同時(shí)， CETOL又有著組織和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，和其它相關(guān)軟件公司的合作，自身多年的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，CETOL同時(shí)又是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理(PLM)和6 sigma方法的核心技術(shù)。近20年的成熟市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)也驗(yàn)證了Sigmetrix公司以客戶為中心的理念所提供的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。作為全球最大的CAE解決方案供應(yīng)商之一的Cybernet System Co. LTD的全資子公司，美國(guó)Sigmetrix,LLC公司是一家應(yīng)用于在設(shè)計(jì)及制造系統(tǒng)中，專注于尺寸裝配公差分析軟件研發(fā)的CAE公司，通

9、過(guò)其研發(fā)的世界一流的公差優(yōu)化技術(shù)軟件CETOL，由全球頂級(jí)的專家向離散制造業(yè)提供產(chǎn)品性能和制造過(guò)程中的6Sigma質(zhì)量控制解決方案。關(guān)于sigmetrix公司的詳細(xì)信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)如下網(wǎng)站：Sigmetrix 公司與 Dassault SolidWorks、Dassault CATIA、PTC是金牌合作伙伴關(guān)系 圖8. 與主流CAD軟件公司是金牌合作伙伴關(guān)系CYBERNET集團(tuán)介紹莎益博工程開(kāi)發(fā)系統(tǒng)有限公司是CYBERNET集團(tuán)在中國(guó)的分公司，依托母公司的豐富經(jīng)驗(yàn)，為中國(guó)用戶提供世界領(lǐng)先的工程軟件、技術(shù)支持、培訓(xùn)以及先進(jìn)的整體解決方案、項(xiàng)目咨詢等業(yè)務(wù)。莎益博工程開(kāi)發(fā)有限系統(tǒng)在中國(guó)有三個(gè)分部：莎益博

10、工程開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（上海）有限公司、莎益博工程開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（成都）有限公司、莎益博工程開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（深圳）有限公司。CYBERNET集團(tuán)是日本最大的CAE技術(shù)服務(wù)公司，于1985年在日本東京成立，一級(jí)上市公司，股票代碼：4312。至2010年4月1日，共有516名員工。自2006年起，全資收購(gòu)了五家獨(dú)立公司：日本PLAMEDIA，日本KGT，美國(guó)Sigmetrix，加拿大Maplesoft和比利時(shí)Noesis。2008年的營(yíng)業(yè)額近210億日元?？偛吭谌毡緰|京，在大阪和名古屋設(shè)有分部；2005年以來(lái)公司積極拓展國(guó)際化服務(wù)理念，在中國(guó)大陸、臺(tái)灣、美國(guó)、加拿大和比利時(shí)陸續(xù)設(shè)立了分公司。CYBERNET集團(tuán)是一家專

11、業(yè)提供CAE 軟件、行業(yè)解決方案及相關(guān)技術(shù)服務(wù)的日本上市公司，25年來(lái)，與全球20多家頂級(jí)CAE技術(shù)公司建立了長(zhǎng)期的合作伙伴關(guān)系，為客戶提供50多個(gè)CAE 軟件和硬件產(chǎn)品。CYBERNET在東京開(kāi)設(shè)了全球第一家CAE University，全時(shí)提供專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)課程。CYBERNET提供的解決方案覆蓋了電子、機(jī)械、光學(xué)、控制系統(tǒng)、通訊，IT信息技術(shù)、納米技術(shù)、新藥開(kāi)發(fā)、知識(shí)創(chuàng)新等各個(gè)學(xué)科， 為客戶提供從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、仿真優(yōu)化、設(shè)計(jì)驗(yàn)證和產(chǎn)品性能檢測(cè)全流程相關(guān)工具和服務(wù)。 更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)： ； 3.2. CETOL全球主要用戶CETOL全球主要用戶群：3.3. 客戶案例汽車行業(yè)應(yīng)用案

12、例1）汽車座椅系統(tǒng)公差分析CETOL6進(jìn)行公差分析的目標(biāo)就是獲得基于公差分析的需求的敏感度 。該座椅系統(tǒng)要求在3個(gè)不同設(shè)計(jì)的構(gòu)成位置對(duì)凸輪角的接觸角度進(jìn)行分析，裝配約束包括多個(gè)凸輪曲面之間的約束關(guān)系設(shè)置，1天的分析結(jié)果在與客戶召開(kāi)關(guān)鍵會(huì)議時(shí)提供強(qiáng)大的信息支持 。2） 汽車制動(dòng)系統(tǒng)公差分析需要分析制動(dòng)板到圓盤(pán)之間的距離，還需要分析卡鉗鑄件到加工特征之間的制造工藝公差，CETOL6成功以幫助設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行公差，對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)裝配。3）汽車車燈裝配系統(tǒng) 為了控制汽車尾燈在裝配后的裝配質(zhì)量，需要對(duì)裝配后燈具與車體之間的間隙和外觀表面光順度，在對(duì)車燈裝配支架進(jìn)行敏感度分析時(shí)，需要對(duì)敏感度

13、高的部位進(jìn)行控制，保證裝配質(zhì)量。CETOL6在寶馬車燈裝配系統(tǒng)上的成功應(yīng)用，保證燈具在裝配后的整體質(zhì)量。 3.4. 方案選擇（配置模塊）1） 功能模塊:a)配合關(guān)系設(shè)置模塊b)基于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)置模塊c)分析器模塊d)形狀和位置公差設(shè)置模塊e)“what if”分析設(shè)置模塊f)建模器模塊g）測(cè)量尺寸設(shè)置模塊2) 軟件環(huán)境：可運(yùn)行在Windows XP、Win7、HP-UX、SGI IRIX和SUN SOLARIS操作系統(tǒng)下；支持32位和64位機(jī)器；提供中文系統(tǒng)用戶界面。支持的三維CAD軟件： Solidworks /ProE（Cre）/CATIA，幫助文檔瀏覽器adobe acrobt read

14、er 5.0以上。3) 硬件系統(tǒng)：可運(yùn)行在Intel（R）Pentium（R）、HP RISC、SGI MIPS和SUN ULTRASPARC機(jī)型上；需要至少30MB硬盤(pán)空間，256MB內(nèi)存和支持32位1024*768的顯卡；需要網(wǎng)卡以獲得單機(jī)或浮動(dòng)license。3.5. 解決方案主要內(nèi)容 CETOL 6sigma在建立裝配約束關(guān)系時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)約束特征的特性自動(dòng)生成多種配合類型，下拉菜單提供多種選項(xiàng)，幫助快速找到所需的配合類型，系統(tǒng)計(jì)算配合的自由度狀態(tài)，有助于正確理解三維實(shí)體的空間自由度。對(duì)于裝配約束的偏置情況，系統(tǒng)提供方便的設(shè)置工具。裝配約束關(guān)系超過(guò)300種 。復(fù)雜裝配公差分析對(duì)于一個(gè)復(fù)

15、雜的裝配機(jī)構(gòu)，需要評(píng)估零件在不同位置時(shí)的裝配性能，CETOL 6sigma實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)裝配模型對(duì)多個(gè)裝配位置的設(shè)置，簡(jiǎn)化的模型設(shè)置，提高了裝配建模的效率。在CETOL 6sigma可以改變零件的位置，計(jì)算在不同裝配狀態(tài)下的測(cè)量尺寸，每一個(gè)具體位置的變化，就會(huì)生成一個(gè)新的裝配模型。在同一個(gè)裝配文件，只需定義零件的不同位置，就可表達(dá)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，無(wú)需重新定義原有的配合關(guān)系。圖12 多個(gè)位置關(guān)系的定義精確定義裝配約束過(guò)程裝配過(guò)程實(shí)際也是一個(gè)對(duì)零件自由度約束的過(guò)程，通過(guò)在零件之間建立配合關(guān)系，使零件的自由度逐個(gè)被約束，最終達(dá)到準(zhǔn)確約束的狀態(tài)。配合關(guān)系不僅包括交叉軸合、球與面配合、點(diǎn)與面配合、球面配合

16、、一般面配合等。除了準(zhǔn)確約束之外，還有過(guò)約束和欠約束兩種狀態(tài)。過(guò)約束是指一個(gè)零件的某個(gè)自由度被多個(gè)配合關(guān)系所約束，因此，零件尺寸的微小變化會(huì)使零件無(wú)法同時(shí)滿足多個(gè)裝配關(guān)系，導(dǎo)致裝配無(wú)法達(dá)到指定的精度，而欠約束則是指一個(gè)零件的某個(gè)或多個(gè)自由度未被任何配合關(guān)系所約束，因此該零件可能有該自由度上的剛體運(yùn)動(dòng)，這樣也會(huì)導(dǎo)致裝配出現(xiàn)問(wèn)題。表1 零件之間的配合關(guān)系敏感度分析靈敏度是封閉環(huán)尺寸對(duì)組成環(huán)尺寸變動(dòng)的敏感程度，可以用封閉環(huán)尺寸對(duì)組成環(huán)尺寸的導(dǎo)數(shù)來(lái)計(jì)算，首先建立封閉環(huán)尺寸和組成環(huán)尺寸之間的函數(shù)關(guān)系，然后對(duì)每個(gè)組成環(huán)尺寸取偏導(dǎo)數(shù)，即可得到封閉環(huán)尺寸對(duì)每個(gè)組成環(huán)尺寸的一階敏感度。下面一個(gè)例子具體說(shuō)明了靈敏

17、度的計(jì)算方法，靈敏度的正負(fù)代表封閉環(huán)尺寸的相對(duì)變化方向，如果為正，封閉環(huán)尺寸和組成環(huán)尺寸的變化方向一致，如果為負(fù)，則組成環(huán)尺寸與封閉環(huán)尺寸的變化方向相反。靈敏度越高，則表示封閉環(huán)尺寸對(duì)該尺寸的變化比較敏感，可以考慮提高該尺寸的公差指標(biāo)，反之，則可以對(duì)該尺寸取較低的公差指標(biāo)。 圖13 敏感度數(shù)據(jù)調(diào)整CETOL 6sigma分析結(jié)果，是用其中的“敏感度”來(lái)計(jì)算數(shù)值。在通常情況下，對(duì)偏差結(jié)果影響大的公差尺寸是用“貢獻(xiàn)度”來(lái)計(jì)算的。如果發(fā)現(xiàn)求解的尺寸象上圖顯示的那樣比測(cè)量尺寸小，這樣改變相關(guān)尺寸的公差是沒(méi)有意義的。改變尺寸或角度的名義值，能把求解尺寸對(duì)應(yīng)到測(cè)量尺寸公差的中間值，這樣通過(guò)改變尺寸或角度的

18、名義值來(lái)驅(qū)動(dòng)測(cè)量尺寸，從這種意義來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)測(cè)量尺寸的尺寸稱為“敏感度”。CETOL 6sigma可視化敏感度，是指掌握了敏感度高的尺寸以后，這個(gè)尺寸在實(shí)際變動(dòng)情況下對(duì)裝配精度是如何影響的，可視化敏感度是直接以視覺(jué)捕捉的形式感受敏感度高的尺寸是如何對(duì)封閉環(huán)尺寸產(chǎn)生影響的。 圖14 動(dòng)畫(huà)演示敏感度貢獻(xiàn)度分析貢獻(xiàn)度計(jì)算是指裝配尺寸鏈中，組成環(huán)尺寸公差相對(duì)于封閉環(huán)尺寸的公差的貢獻(xiàn)大小，它考慮各個(gè)尺寸公差對(duì)裝配質(zhì)量的影響，結(jié)果貢獻(xiàn)度分析是建立在靈敏度數(shù)據(jù)和一般尺寸變動(dòng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的，它反映了封閉環(huán)尺寸對(duì)封閉環(huán)尺寸公差分布的影響程度，從貢獻(xiàn)度分析中，可以找出對(duì)封閉環(huán)尺寸影響最大的封閉環(huán)尺寸，這類尺寸的變動(dòng)

19、會(huì)對(duì)封閉環(huán)尺寸產(chǎn)生很大的影響。而貢獻(xiàn)度比較小的數(shù)據(jù)，則可以不考慮其尺寸變動(dòng)的影響。一旦建立好合理的公差模型，用戶就可以研究設(shè)計(jì)和制造之間的相互作用分析，CETOL 6提供了高效的詢問(wèn)工具來(lái)理解設(shè)計(jì)選項(xiàng)，并確認(rèn)對(duì)設(shè)計(jì)和制造來(lái)說(shuō)都最好的解決方案貢獻(xiàn)度圖15 貢獻(xiàn)度數(shù)據(jù)排序4. 軟件技術(shù)服務(wù)莎益博工程開(kāi)發(fā)系統(tǒng)將提供以下的技術(shù)支持和服務(wù)：l 莎益博工程開(kāi)發(fā)派技術(shù)人員在客戶現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)軟件的安裝、調(diào)試與檢驗(yàn)，自備必要工具l 莎益博工程開(kāi)發(fā)在安裝現(xiàn)場(chǎng)對(duì)使用操作、維護(hù)管理人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。l 安裝、調(diào)試、培訓(xùn)及技術(shù)服務(wù)費(fèi)用分項(xiàng)報(bào)價(jià)并計(jì)入投標(biāo)總價(jià)。l 指導(dǎo)并完成軟件的安裝l 建立詳細(xì)的用戶信息檔案l 為客戶提供一個(gè)固定的高級(jí)應(yīng)用工程師作為總負(fù)責(zé)工程師，與客戶建立穩(wěn)定的技術(shù)聯(lián)系，提供技術(shù)支持或協(xié)調(diào)其他工程師進(jìn)行技術(shù)支持l 提供各種方式的技術(shù)支持, 包括：軟件維護(hù)、操作指導(dǎo)、解決工程技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)路線指導(dǎo)l 服務(wù)方式（免費(fèi)）：E-