基于偏差传递机理的金属薄板件装配工艺优化研究

金属薄板件在装配过程中易于变形，传统刚性装配偏差分析模型已不能精确分析装配尺寸质量，而通过引入有限元准确分析装配前后的偏差关系对于控制车身制造质量有着重要的研究意义。轿车车身均为多工位分层装配而成，然而针对薄板零件在多工位多重操作情况下偏差传递研究还比较薄弱。本项目研究内容主要为揭示金属薄板零件装配偏差传递机理，逐层式建立多工位多重操作偏差传递模型，以此为基础应用多阶段优化算法进行薄板件的装配工艺优化：(1)在概念设计阶段应用分总成-粒子群算法规划装配顺序；(2)以线性装配偏差分析模型进行装配顺序，夹具定位位置和焊点位置的初步优化；(3)构建夹具定位策略、焊点组合和装配偏差之间的响应面模型，进行夹具定位策略和焊点组合的优化。本项目目的为在建立薄板零件偏差分析模型的基础上，通过选择装配顺序、夹具定位策略和焊点组合提高薄板产品装配质量，为我国掌握汽车制造产业的核心技术奠定坚实的基础。

轿车车身尺寸质量直接关系到整车外观、风噪声、关门效果甚至行驶平稳性，影响轿车车身尺寸质量因素主要有零部件设计、装配工艺及制造偏差。由于当前车身零件制造水平已经接近精度控制的极限，通过装配工艺提高车身尺寸质量还有很大的改进空间，因而得到了广泛的应用。因此本项目本文针对柔性薄板零件的装配工艺优化进行了研究。首先研制了基于T型槽的可变定位策略夹具，不仅提高了夹具定位的稳定性，而且提高了夹具定位精度。针对现有影响系数法的不能真实反映零件偏差和装配偏差之间关系的缺点，提出了基于功平衡方法的装配偏差分析模型。以此为基础，本项目建立了多工位间偏差传递和累积的柔性装配偏差分析模型。在装配工艺优化方面，提出了基于粒子群算法的装配顺序规划算法，并根据装配约束剔除非工程可行的装配顺序；基于刚体偏差分析模型应用粒子群-遗传混合算法优化零件间装配操作。在夹具定位策略优化方面，提出了Two-Stage的夹具定位策略优化方法。提出了基于装配质量和制造成本的多目标装配偏差分析模型，最后应用NSGA-II算法进行了零件公差的优化分配。在理论研究的基础上，为提高装配顺序生成效率，开发了装配顺序规划的原型软件。该软件以ACCESS数据库为基础，应用C++Builder为开发工具，实现了装配顺序的自动规划。已发表或录用论文15篇，其中SCI检索论文6篇，EI检索论文4篇，出版著作1本，申请专利2项（授权1项），获得了上海市科技进步三等奖1项。