行業現狀：

檢具是用于檢測汽車零部件尺寸質量的專業工具，是零部件質量評價所不可或缺的一環。隨著我國新能源汽車行業的蓬勃發展，專業的客制化檢具需求也不斷增加，以此滿足諸多零部件的質量評定。

然而新車型的研發，往往伴隨著大量的檢具定制成本。據統計，每一輛汽車的車身部分都包含著三千多個鈑金件及上百個飾件，汽車主機廠將會按需求定制數量龐大的檢具設備，來滿足諸多零部件的尺寸質量檢測需求。每年花費的檢具上的費用可能多達上千萬，雖然成本高昂，但為了質量的把控始終無法避免該項成本的投入。

以汽車翼子板為例，下圖中展示了某型號翼子板在檢具上的狀態。工程師將生產完成的翼子板，按照標準操作流程固定在檢具上，然后對翼子板的造型邊緣、孔位等特征進行檢查。

 

翼子板檢具

 

 

Simufact Welding 虛擬檢具仿真方案

為了減少企業在零部件檢具定制上的成本投入，工業仿真軟件Simufact Welding推出了全新的“虛擬檢具”的仿真分析方案，代替實際檢具的工作，通過虛擬仿真的手段檢測零件質量。仿真數據來自簡易支撐上的掃描數據，通過仿真中的重力補償、虛擬檢具等工作來代替實際檢具檢測方法，最終實現消除檢具制造，降低檢具的成本。用戶僅需將零部件放置在簡易支具上進行掃描，即可使用掃描的結果進行虛擬檢具的仿真。相較于真實的檢具，簡易支具結構簡單易用，成本低廉。

 

掃描三點支撐自由狀態下的翼子板

 

 

Simufact Welding軟件本身是一款焊接結構仿真分析軟件，該軟件以仿真精度與便捷性而聞名。軟件集成了高精度隱式非線性求解器，能夠精準復現檢具設備對零部件的約束狀態，從而實現檢具的虛擬仿真。

 

虛擬檢具仿真方案主要特點

如何復現并仿真“真實”零部件的檢具夾緊狀態，成為了該方案能否實現“虛擬檢具”的關鍵。Simufact Welding軟件為了能夠精準滿足用戶需求，復現虛擬檢具的過程，開發出了以下諸多配套專業模塊：

 

■ 網格匹配模塊

 

首先，為了獲取到與真實掃描結果相匹配的有限元網格，Simufact Welding軟件集成了強大的映射變形功能，能夠將基于CAD劃分的網格進行動態映射變形，貼合到掃描點云上，從而獲取到和真實零部件一致的有限元網格。

 

CAD數模與掃描點云之間的偏差（左圖：映射前、右圖：映射后）

■ 重力方向問題

 

在簡易支撐下掃描獲取到的翼子板點云，受到重力的影響產生些許的變形。而在檢具狀態下，大多數翼子板是立著夾持，與車身坐標系保持一致，重力方向又發生了新一輪變化。

為了消除重力對零部件的影響，Simufact Welding軟件內置了“重力補償”模塊，該模塊可以將零部件因重力而引發的變形消除掉，獲取到類“失重”的零部件狀態。而在后續的虛擬檢具仿真時，又能夠再次考慮并計算新的重力方向對零部件的影響。并且經過相關驗證，得益于高精度非線性求解器，該方案重力補償能夠實現0.01mm以內甚至更高的精度。

 

翼子板重力變形補償

■ 虛擬檢具夾持

實際檢具夾持零部件時，夾頭與支撐位置會嚴格按照RPS點的位置進行設計，從而將工件約束在相同的RPS點位置上，然后對零部件的尺寸精度進行檢查。

 

為了達成虛擬檢具夾持狀態的仿真分析，Simufact Welding軟件開發出虛擬冷卻與裝夾模塊，模塊中新開發了“RPS對齊”功能，從而精準實現零部件在RPS夾緊狀態下的仿真分析。在進行RPS對齊仿真后，工程師即可使用仿真結果（能夠導出STL文件）進行零部件質量與尺寸的評價。

 

翼子板虛擬檢具裝夾

 

翼子板虛擬檢具裝夾

虛擬檢具方案能夠減少企業在檢具定制上的成本投入，僅需要將需要檢測的零部件放置在簡易支具上進行掃描，即可通過一系列仿真獲取到RPS點虛擬對齊后的零部件狀態，并輸出為STL文件以供質量工程師進行尺寸的評價。除此以外，相較于實際檢具的檢測，仿真也帶來了諸多優勢：

 

? 降本增效：減少檢具成本投入。

 

? 更加精準：檢具設計上可能會有部分副RPS點本身與CAD設計存在偏差，但仿真會將零部件嚴格對齊到所設計的初始RPS點位置上，誤差近乎為“0”。

 

? 操作更加簡易：實際檢具的使用高度依賴工程師的技術與經驗，但仿真現已經基于上述方案，開發出更加友好便捷的程序方案，能夠在簡易的操作下完成上述所有分析，并能夠基于Python實現全自動仿真分析。

 

? 可拓展性強：基于強大的非線性求解器，能夠處理多零部件、復雜接觸關系、潛在的塑性變形等問題的仿真分析。

 

此方案能夠讓焊接仿真用戶實現基于真實模型掃描結果的焊接結構仿真分析，更加貼合實際，焊接仿真更加精準。

 

基于真實零部件掃描結果的焊裝仿真

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【文章來自海克斯康工業軟件】