采用响应窗和Taguchi法的薄板变形及装配偏差稳健性研究

摘要

轿车车身是由数百种薄板冲压件在各级装配站上经零件、组件、分总成、总成到白车身的装配顺序焊接而成，焊接装配站约有70-120个，每个装配站均配有一定数量的定位块、夹具、焊枪。这种层层传递的装配关系，不可避免地会引入尺寸偏差，并不断的积累、传递，最终对车身整体质量（使用性能、外观质量）产生影响，进而影响市场竞争力，因此汽车公司对薄板件的质量控制均给予了高度重视。以往的薄板质量控制主要是利用影响系数法构建反映薄板偏差与偏差源传递关系的敏感系数矩阵，然后以整体质量对偏差源的稳健性为优化目标，优化定位点的位置。此方式虽然对薄板质量有一定提高，但通用性和效率不高，每一个薄板件都需要重复性建模，而且优化的控制策略大部分都只涉及定位点个数和位置，并未涉及其他控制参数。
　　针对上述问题，本文采用响应窗评价手段提出一种新的研究薄板变形对各种偏差源稳健性的详细分析方法;并且为了研究薄板装配模型的稳健性，探讨响应窗法得到的薄板变形稳健性结论在装配夹具定位点稳健性设计中的应用可行性，又对装配偏差分析模型以及Taguchi稳健性分析流程等方面进行了研究，主要研究内容如下:
　　(1)采用响应窗评价手段提出一种新的研究薄板变形对各种偏差源稳健性的详细分析方法:直接采用DOE的方式探讨多种控制策略参数（定位元件数量、位置，外部作用力大小、面积）对薄板变形稳健性的影响，并通过应力-有效变形响应窗的方式来直观地判断薄板对偏差源的稳健性，得到的控制策略区间使用范围广，通用性强。最后将其应用到国内某乘用车顶盖搬运过程中的变形问题分析上，实例证明了该方法的工程实用性。
　　(2)建立基于影响系数法的装配偏差分析模型，考虑零件制造偏差和夹具定位偏差，并考虑夹具定位偏差对焊接过程的影响以及其对最终装配偏差的影响。在获得了装配偏差与零件制造偏差、夹具定位偏差之间的关系矩阵后，只需要得到零件制造偏差、夹具定位偏差就可以对装配偏差进行统计分析。最后通过一个简单案例对其分析过程进行了说明。
　　(3)将装配偏差分析模型与Taguchi稳健性分析方法相结合，对定位点位置进行了稳健性设计。并将设计结果同响应窗法得到的薄板定位点位置稳健区间作比较，得出响应窗法得到的单个薄板变形的控制参数稳健性区间与Taguchi法较优区间一致的结论，但是若要将响应窗法得到的单个薄板变形控制参数稳健区间直接应用在装配体的稳健性设计中，还需要利用响应窗法对装配体做进一步研究，从而得到更加适合装配体的控制策略稳健区间。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 国内外稳健性分析方法研究现状

1．3 国内外薄板变形装夹参数优化设计研究现状

1．4 国内外薄板装配偏差分析方法研究现状

1．5 需要解决的问题

1．6 论文主要研究内容

第2章 薄板变形及装配体偏差稳健性研究理论

2．1 引言

2．2 稳健性设计基本概念

2．3 稳健性设计方法概述

2．4 稳健性设计方法流程

2．5 薄板装配质量研究方法

2．6 本章小结

第3章 采用响应窗评价的薄板变形稳健性研究

3．1 引言

3．2 采用响应窗评价的薄板变形稳健性分析方法

3．3 采用响应窗评价的薄板变形稳健性分析模型

3．3．1 参数采集

3．3．2 薄板变形稳健性分析模型的建立

3．3．3 薄板变形稳健性评价指标

3．4 控制参数对稳健性影响

3．4．1 定位点个数对稳健性影响

3．4．2 定位点位置对稳健性影响

3．4．3 外部作用力大小对稳健性的影响

3．4．4 外部作用力面积对稳健性的影响

3．5 应用实例

3．5．1 吸盘下压吸附过程建模

3．5．2 稳健控制策略的应用

3．6 本章小结

第4章 采用影响系数法的柔性薄板装配偏差分析

4．1 引言

4．2 基于影响系数法的薄板装配偏差分析

4．2．1 影响系数法与有限元法的比较

4．2．2 柔性薄板件装配流程分析

4．2．3 影响系数法求解方法

4．3 综合柔性薄板装配偏差模型

4．3．1 夹具定位偏差对装配体的影响

4．3．2 综合柔性装配偏差分析模型

4．4 案例应用

4．5 本章小结

第5章 采用Taguchi法的薄板装配偏差稳健性分析

5．1 引言

5．2 采用Taguchi法的装配偏差稳健性分析

5．2．1 Taguchi稳健性分析模型

5．2．2 质量损失函数

5．3 基于Taguchi法的装配偏差稳健性分析求解

5．4 响应窗法与Taguchi法结果对比

5．5 本章小结

全文总结及展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 数据