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一種設(shè)計(jì)油箱的新的建模流程既可以提供更大的設(shè)計(jì)精度，同時(shí)又能夠節(jié)約汽車(chē)供應(yīng)商高達(dá)40%的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。 

VITEC為汽車(chē)制造商生產(chǎn)塑膠的燃油儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)，客戶(hù)包括通用汽車(chē)公司、戴姆勒克萊斯勒公司和哈利-戴維森公司。像大多數(shù)供應(yīng)商一樣， VITEC使用容積和基準(zhǔn)線(volume and grade-line)研究，在生產(chǎn)之前來(lái)評(píng)估有關(guān)設(shè)計(jì)的可制造性以及相關(guān)設(shè)計(jì)的功能性表現(xiàn)。 

本研究需要知道發(fā)生形變后的厚度的信息，而這一信息在零件沒(méi)有被制作完成之前，是無(wú)法獲得的。在過(guò)去， VITEC假設(shè)油箱的各處厚度都是均一的，然后取平均厚度進(jìn)行模擬。但這種估算存在著產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能，進(jìn)而增加生產(chǎn)時(shí)間或者重新加工的成

三維對(duì)比分析是利用Geomagic Qualify軟件完成的，主要是計(jì)算出發(fā)生在的吹塑過(guò)程中的油箱壁的正向和逆向形變

模擬吹塑

VITEC的新工藝通過(guò)將那些從CAD數(shù)據(jù)獲得的模擬效果與通過(guò)掃描實(shí)物零件所獲得的模型進(jìn)行比較，從而確保準(zhǔn)確的厚度測(cè)量。這一流程從模擬用來(lái)生產(chǎn)油箱的吹塑成型工藝開(kāi)始。

吹塑模塑通過(guò)加熱一個(gè)塑料管(稱(chēng)為坯)來(lái)實(shí)現(xiàn)，加熱到熔化狀態(tài)以后通過(guò)一個(gè)模具將其壓制成型。模具型芯(die's core)的同步移動(dòng)將決定著型坯的厚度值。

VITEC的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)理，卡里姆阿梅拉爾(Karim Amellal)博士說(shuō)，"型坯的膨脹壓迫塑料使其在模具的空腔壁內(nèi)(壓縮成型)就形成了最終的形狀"。一旦冷卻，制造出的產(chǎn)品的厚度(可變的)，就可以在不同點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

把二進(jìn)制STL文件輸入到blowview軟件，他們被轉(zhuǎn)換成與PATRAN文件，讓后可以被BlowSim分析求解儀利用。如上所述，blowsim模擬兩個(gè)燃料箱產(chǎn)品的吹塑成型的過(guò)程

VITEC的新方法模擬了整個(gè)吹塑成型過(guò)程，自動(dòng)計(jì)算出厚度，并將CAD模型與實(shí)際制造的零件進(jìn)行協(xié)調(diào)匹配。

阿梅拉爾說(shuō)，“由于引入了吹塑模擬技術(shù)，其中一項(xiàng)功能是在制造之前，能夠預(yù)見(jiàn)到加工和設(shè)計(jì)的任何問(wèn)題，并能預(yù)測(cè)油箱壁厚度的變化幅度”。

在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)

VITEC的流程首先要求客戶(hù)提供燃料箱在車(chē)內(nèi)所在位置的外圍分界線。這一分界線將確定油箱的形狀。 VITEC將相關(guān)的分邊界的數(shù)據(jù)錄入到Unigraphics或者關(guān)于油箱外殼的CATIA CAD文件中。

部分文件從CAD系統(tǒng)中作為立體成型stereolithography(STL)文件被輸出。一部份文件被輸入到MSC.Software的PATRAN軟件，該軟件會(huì)生成一個(gè)關(guān)于燃料箱外表面的有限元網(wǎng)格。其他的文件被輸入到BlowView仿真軟件，在那里相關(guān)的文件被轉(zhuǎn)化為PATRAN文件，并且被BlowSim分析求解儀利用來(lái)計(jì)算膨脹型坯的厚度值。然后將該型坯厚度結(jié)果映射(繪制)到網(wǎng)格化的燃料箱外表面。

通過(guò)BlowSi可以得到所設(shè)計(jì)的油箱的擠壓吹塑的預(yù)測(cè)結(jié)果，然后由PATRAN加工處理。其內(nèi)部固體(純色)將通過(guò)PATRAN在扣除外表面厚度值影響后產(chǎn)生。

阿梅拉爾說(shuō)，“吹塑成型模擬分析提供了最佳的工藝條件，從而實(shí)現(xiàn)均一的箱體厚度分布，結(jié)果是通過(guò)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的初始階段對(duì)整個(gè)工藝和設(shè)計(jì)問(wèn)題的評(píng)估，來(lái)節(jié)省加工和材料成本，并且最大限度地減少迭代次數(shù)”。

把PATRAN ST關(guān)于內(nèi)表面以及外表面文件輸入到Geomagic Studio軟件，這可以使得制造商大規(guī)模的生產(chǎn)定制的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)面向訂單的生產(chǎn)，并能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)零部件和模具的再創(chuàng)造。

連接實(shí)體和數(shù)字的橋梁

VITEC使用了一套光學(xué)掃描系統(tǒng)，在生產(chǎn)車(chē)間對(duì)燃料箱外殼外部表面進(jìn)行掃描，并將相關(guān)的信息數(shù)字化。并將從掃描儀所獲得的點(diǎn)云狀(point-cloud)的數(shù)據(jù)輸入到Geomagic Studio軟件，進(jìn)行表面加工和建模處理。Geomagic Studio軟件將會(huì)自動(dòng)進(jìn)行表面修復(fù)和孔隙填充，并最后生成一個(gè)閉合的多邊形。

對(duì)生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)外油箱外殼樣品的外表面進(jìn)行掃描，并將由此產(chǎn)生的模型輸入到Geomagic Studio軟件做表面加工和建模處理

然后將外殼樣品切去一半，并對(duì)其內(nèi)側(cè)表面進(jìn)行掃描。對(duì)于外殼二等分部分的外表面也進(jìn)行掃描，以獲得基準(zhǔn)面的參考。經(jīng)過(guò)掃描，把兩個(gè)半塊油箱殼體(一分為二的兩半)的點(diǎn)云狀(point-cloud)的數(shù)據(jù)輸入到Geomagic Studio軟件中。該軟件會(huì)使用最佳的校準(zhǔn)工具把兩個(gè)半塊油箱自動(dòng)整合到一起。

Geomagic Studio軟件，使得VITEC可以把由BlowSim軟件生成的Patran模型和通過(guò)掃描油箱實(shí)物而獲得的模型做一個(gè)三維對(duì)比。這使得VITEC可以驗(yàn)證通過(guò)BlowSim預(yù)測(cè)的理論壁厚是否準(zhǔn)確。

翹曲的影響也可以通過(guò)Geomagic Studio軟件進(jìn)行建模。當(dāng)剪切油箱殼體的時(shí)候，由于在吹塑過(guò)程中的冷卻階段殘余應(yīng)力的凝結(jié)，塑膠壁會(huì)發(fā)生翹曲。 Geomagic Studio軟件能進(jìn)行三維比對(duì)，從而計(jì)算出由于翹曲而引起的壁厚的正向和負(fù)向形變。

通過(guò)的圖形比較進(jìn)行審定

Geomagic Studio軟件除了可以直觀的比較厚度和有關(guān)的翹曲影響以外， VITEC可以把實(shí)物測(cè)量的結(jié)果與模擬模型進(jìn)行比較。這項(xiàng)工作是由VITEC的質(zhì)量保證小組使用Geomagic Qualify電腦輔助檢測(cè)軟件來(lái)完成的。 Geomagic Qualify軟件會(huì)自動(dòng)把通過(guò)實(shí)物測(cè)量而獲得的橫截面數(shù)據(jù)和BlowSim模型進(jìn)行排列并且比對(duì)。

Geomagic Qualify軟件，是用來(lái)獲取實(shí)際和理論模型的測(cè)量值的。同時(shí)該軟件會(huì)給出預(yù)測(cè)的厚度和實(shí)際厚度之間的精確幅度(誤差)

阿梅拉爾說(shuō)，"這一驗(yàn)證過(guò)程主要是為了核實(shí)模擬的準(zhǔn)確性，從而使我們對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)虛擬部件更有信心"。

電腦輔助檢查取代了利用超聲技術(shù)測(cè)量壁厚變化幅度的過(guò)程。該技術(shù)需要一個(gè)網(wǎng)格布置在被測(cè)油箱的表面，讓后通過(guò)網(wǎng)格的測(cè)量單元來(lái)測(cè)量對(duì)應(yīng)的厚度值。同時(shí)也要使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)來(lái)測(cè)量并且核實(shí)燃料箱的尺寸的統(tǒng)一性。

阿梅拉爾說(shuō)，掃描設(shè)備和Geomagic Qualify軟件的結(jié)合，對(duì)比超聲技術(shù)而言，提供了更快的速度和更高的準(zhǔn)確性，，同時(shí)它還有可能取代CMM機(jī)。

阿梅拉爾還說(shuō)，“我們認(rèn)為我們可以利用光學(xué)掃描和Geomagic Qualify軟件從而可以節(jié)省用于潛在的質(zhì)量檢測(cè)的時(shí)間至少達(dá)到20至30%”。

找出問(wèn)題，然后生產(chǎn)

在確認(rèn)質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)題以后，該模型將被送回到VITEC的產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在這里他們使用Geomagic Qualify軟件對(duì)實(shí)物掃描的數(shù)據(jù)和BlowSim模型作最后的三維對(duì)比。如設(shè)計(jì)需要修改的話，Geomagic Studio軟件輸出的STEP文件會(huì)返回到CAD系統(tǒng)。

該流程不僅為VITEC提供了有關(guān)厚度變化的信息，以進(jìn)行精確的容積和基準(zhǔn)線(volume and grade-line)研究，而且提供了汽車(chē)碰撞模擬系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)模型。

為了使環(huán)路閉合，兼顧C(jī)AD系統(tǒng)與客戶(hù)，把PATRAN和Geomagic Studio/Qualify軟件包與BlowSim模擬軟件包配合使用，以提供一個(gè)可用的實(shí)體用于處理數(shù)量和基準(zhǔn)線(volume and grade-line)研究，并進(jìn)行碰撞模擬分析

阿梅拉爾說(shuō)，“客戶(hù)不必再等待通過(guò)實(shí)物測(cè)試來(lái)評(píng)估分析某一個(gè)燃料箱是否適合某一汽車(chē)的環(huán)境。這是VITEC為什么會(huì)使用這些計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的最主要的原因。我們可以在投入實(shí)際生產(chǎn)之前，預(yù)測(cè)有關(guān)制造、結(jié)構(gòu)或加油的問(wèn)題。節(jié)省了成本，而且客戶(hù)可以從中受益”。

為了確認(rèn)油箱模擬的精確度，VITEC進(jìn)行了兩項(xiàng)研究。第一，容積比較，把通過(guò)模擬程序而得出的理論容積，與兩個(gè)不同的燃?xì)庥拖涞膶?shí)際容積進(jìn)行比較。結(jié)果表明，對(duì)于小型車(chē)的燃?xì)庥拖洌�模擬的精度水平達(dá)到99.5% ，而對(duì)于卡車(chē)的燃?xì)庥拖淦渚�度達(dá)到97.7%。

同樣地，研究在油箱加油過(guò)程中的加油高度與加油體積的比較，表明了理論填充曲線與在實(shí)驗(yàn)室得到的測(cè)試曲線是非常吻合的。

阿梅拉爾說(shuō)，“這表明VITEC所使用的電腦輔助分析手段可以減少成本同時(shí)節(jié)約由于實(shí)物測(cè)量而消耗的大量的時(shí)間，初步估計(jì)表明，不僅能節(jié)約節(jié)省大量成本，還能節(jié)省產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間達(dá)到40%”。

自動(dòng)化工具與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置

最終，VITEC希望開(kāi)發(fā)出一套自動(dòng)模擬工具，可以解決客戶(hù)提出的所有關(guān)于燃料箱的可制造性，結(jié)構(gòu)的完整性和加油時(shí)的性能方面的各種需求。依靠商用軟件包- BlowView, Patran, Geomagic Studio 和Geomagic Qualify –因?yàn)閮?nèi)部模擬能力只是解決有關(guān)問(wèn)題的第一步。

阿梅拉爾說(shuō)：“VITEC計(jì)劃開(kāi)發(fā)一種方法能夠自動(dòng)把數(shù)據(jù)從一個(gè)軟件包傳送到另一個(gè)軟件包，并建立了一個(gè)能夠連接所有的內(nèi)部模擬功能的接口， 這樣做的結(jié)果將是一個(gè)完全自動(dòng)化的模擬工具(FAST)，使用這個(gè)工具， CAD設(shè)計(jì)工程師們可以只需在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段花費(fèi)短短幾天的時(shí)間。這VITEC的未來(lái)理想”

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