车身柔性薄板产品装配建模及工艺稳健设计研究

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1、上海交通大学博士学位论文车身柔性薄板产品装配建模及工艺稳健设计研究姓名：于奎刚申请学位级别：博士专业：@指导教师：来新民；金隼201012摘要车身柔性薄板产品装配建模及工艺稳健设计研究轿车车身尺寸质量不仅影响到整车外观，而且影响到风噪声、关门力和行驶平稳性等使用性能，是吸引顾客、赢得市场的重要因素。随着汽车制造技术的不断发展，车身制造统计过程控制已经稳定到较好的水平，其尺寸质量的进一步提高依赖于装配工艺设计水平的提高。传统的车身装配工艺设计主要以工程经验为主，并结合装配偏差分析软件进行虚拟装配验证和实物装配验证，实现工艺设计方案的不断优

2、化。由于在车身制造过程中，存在着零件材料厚度偏差、零件制造偏差、夹具定位偏差等多种影响装配质量的偏差源，如何在设计阶段保证装配工艺设计方案受外来的各种制造因素影响最小，保证产品制造质量的稳健性，是当前车身装配工艺设计有待解决的问题。针对上述问题，本文通过考虑车身柔性薄板产品装配特点，研究车身装配的工艺稳健性设计方法。首先研究了考虑材料厚度偏差影响的柔性薄板零件装配偏差建模方法，然后建立了装配偏差检测测点优化布置、装配夹具稳健设计以及薄板零件公差优化设计方法，最后在车身产品装配工艺设计进行了应用。本文的主要研究内容和创新成果如下：1)建立

3、了考虑零件材料厚度偏差等影响的车身柔性薄板产品装配偏差建模方法车身薄板零件具有柔性易变形特点，通常经过夹具定位、焊枪夹紧、焊接装配、焊枪释放等工艺过程完成装配，本文建立了考虑零件材料厚度偏差等多种偏差输入的柔性薄板零件装配偏差建模方法。首先分析了车身装配过程中存在的各种偏差源，然后建立了包含零件材料厚度偏差、零件制造偏差和夹具定位偏差综合影响的柔性薄板零件装配偏差建模方法，最后通过装配案例对装配偏差模型和偏差影响规律进行研究。车身柔性薄板零件装配过程建模方法与以零件刚性为基础的薄板装配分析相比，考虑了零件的焊接变形和材料材料厚度偏差的影

4、响，具有更高的计算精度，而且可实现零件装配全工艺过程的分析。2)建立了基于有效独立性方法的装配偏差检测测点优化布置为了进行夹具稳健性设计评价，以获得更好的夹具定位方案，建立了基于有效独立性方法的装配偏差检测测点优化布置方法。首先根据夹具稳健设计特点，建立了装配偏差检测测点布置的基本流程，然后建立了基于有效独立性方法的装上海交通大学学位论文配偏差检测测点优化布置方法，最后通过装配案例介绍了测点设计过程和结果分析。与以往测点优化布置方法相比，本文将柔性薄板零件装配偏差建模和有效独立性方法结合起来实现柔性装配过程偏差检测测点的优化布置，通过从

5、给定的一组反映产品特征信息的测点各选方案中，找出对所有装配夹具定位敏感度大且相互独立性强的测点组合方案作为装配质量评价，保证了零件装配整体的稳健性。3)建立了基于支持向量回归模型的柔性薄板产品装配夹具稳健设计方法装配夹具是车身薄板零件装配质量的重要保证，本文在考虑制造过程多种偏差源影响基础上，建立了以装配质量稳健性为目标的车身装配夹具优化设计方法。首先给出了夹具定位稳健设计的数学表达，建立了柔性薄板零件装配夹具稳健设计流程；然后详细论述了夹具稳健设计方法，包括夹具设计参数的敏度分析、基于支持向量回归的装配夹具响应面建模及基于遗传算法的综

6、合稳健性求解方法：最后通过装配案例阐述了夹具稳健设计过程并对稳健设计结果进行分析。本文提出的夹具稳健设计方法，相比较现有研究，考虑了夹具定位方案对多偏差源下的柔性薄板零件装配质量的复杂影响关系，并以多区域装配质量的综合稳健性为夹具设计目标，从而实现面向不同区域装配稳健控制要求的夹具优化设计。4)建立了车身柔性薄板零件公差优化设计方法零件公差的合理设计是车身装配工艺设计中重要组成部分，本文建立了考虑装配质量稳健性，并结合零件制造成本或装配工序能力控制要求的柔性薄板零件公差优化设计方法。首先在对当前公差优化设计方法分析基础上，建立了柔性薄板

7、零件公差优化设计流程；然后详细论述了薄板零件公差优化设计方法，包括零件公差建模方法和以装配质量稳健性为目标函数、制造成本和过程能力指数为约束函数的公差设计求解；最后通过装配案例阐述了零件公差设计过程并进行了结果分析。本文提出的薄板零件公差设计方法，相比较传统的公差设计方法，以零件装配稳健性为目标函数，应用制造成本模型和过程能力为约束函数。5)车身产品装配工艺稳健设计应用在车身装配过程稳健设计方法研究基础上，本文通过对车身尾灯支架和后地板总成装配工艺设计进行了应用研究。首先通过对车身产品装配结构的分析，确定了尾灯支架和后地板总成装配偏差建

8、模分析思路，然后利用前述的设计方法分别建立了车身尾灯支架和后地板总成装配偏差检测测点、夹具定位设计以及零件公差设计方案。通过案例应用，揭示了如何通过对零件装配过程分析，进行测点优化布置、装配夹具稳健设计和零