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基于制造容差的汽车外观视觉感知质量评价方法 摘要：为了提高汽车视觉感知质量对整车制造的鲁棒性，降低整车制造的难度，提出借助公差仿真软件及可视化渲染技术来模拟制造偏差的视觉感知设计方法。在此基础上，根据视觉感知区域的关注度、敏感度、工程达成能力，提出基于制造难易程度的整车制造感知质量评价指数（Manufacture Perceived Indicator，MPI），对整车外观尺寸技术规范(Dimensional Technical Specification，DTS)精致程度、制造容差能力进行评价。MPI值越大，则整车DTS越容易达成，视觉精致性越好。 关键词：视觉感知质量 虚拟公差仿真 整车DTS 制造容差 感知质量是指用户根据自己的主观感觉对产品或服务做出的非全面、主观及抽象的评价。对整车而言，外观零部件之间的尺寸配合是用户对产品视觉感知的重要组成部分。造型分缝之间的间隙及面差、与间隙相关的平行度、与面差相关的对齐度、对称度等影响客户对整车制造水平的主观评价。整车尺寸技术规范定义了整车外观零部件之间的间隙面差设计要求，它是汽车制造质量的重要标志。 由于受成本、制造能力的限制，整车制造过程中不可避免产生尺寸偏差，导致实车的外观视觉效果无法达到造型期望。在产品开发的初期，造型设计应当充分考虑工程制造能力，在带给用户良好感知的同时，给予整车制造更大的容差能力。 提出借助公差仿真技术及可视化渲染技术模拟造型分缝之间的搭接关系，提出考虑制造偏差的视觉感知质量的设计方法。在此基础上，提出基于制造难易程度的整车MPI，用于对整车DTS精致程度、整车制造的容差能力进行整体评价。 2 基于制造容差的整车外观感知质量稳健设计 整车开发分为设计、工程验证、试生产、量产4个阶段。研究表明，随着整车开发的深入，产品变更所产生的费用及周期成倍数增长。因此，在设计阶段应尽可能发现问题，规避风险。得益于计算机三维渲染技术以及公差仿真技术的发展，在设计开发早期阶段，可利用虚拟仿真手段对整车视觉感知敏感度进行评价，来提高产品设计对制造偏差的稳健性。 2.1 虚拟可视化视觉评价及三维公差分析 虚拟可视化技术通过模拟真实的材料、颜色、光线、场景、视角等，对模型进行渲染，给造型以及工程设计人员提供一种身临其境的感觉。由于零件在制造工程中的尺寸偏差，实际的装配效果与理想模型存在一定的偏差。在对模型进行视觉评价时，应当考虑零部件的装配制造偏差，分析模型在各种偏差状态下的感知质量。目前商业化的公差分析软件如Aesthetica，3DCS等集成了视觉感知质量仿真的功能，能模拟形面在偏差状态视觉效果。通过虚拟可视化技术，能够在产品开发的早期发现感知质量风险，避免在工业化阶段模具、工装修改的风险。 如图1a所示为某车型后组合灯DTS定义，其中间隙要求4±1.5 mm，间隙平行差1.5 mm；面差要求0±1.5 mm，面差平行差1.5 mm。图1b为采用Aesthetica软件模拟后组合灯在理论状态的渲染效果图。图2a，图2b所示分别为模拟移动灯与固定灯匹配间隙为2.5 mm和5.5 mm的渲染效果。 图1 后组合灯DTS及渲染效果图 三维公差虚拟仿真技术是指根据零件的定位方案、公差信息、装配顺序，采用蒙特卡洛法对零部件进行虚拟装配，验证预期的尺寸目标是否与制造能力相匹配的方法。若不能满足DTS设计目标，则需要对零件的定位方案、公差分配进行优化。如图3所示，移动灯与固定灯间隙采用3DCS软件进行三维仿真，仿真结果显示出满足DTS要求的概率以及列举出影响目标达成的关键因素贡献率。 图2 移动灯与固定灯考虑尺寸偏差时的渲染效果 2.2 基于虚拟仿真的整车外观感知质量设计分析流程 整车开发过程中的设计阶段包含产品规划、造型规划、概念设计、产品结构设计、工程设计几个阶段。 虚拟仿真在产品规划阶段基本不介入，在概念设计阶段，通常会提出多种尺寸和造型需求，借助虚拟可视化技术可以快速分析不同造型的特征及分缝线形式的感知质量，找到合适的解决方案，同时在此过程中完成初步的敏感分析。 对于敏感区域，在产品设计阶段中将重点分析零件定位方案对尺寸偏差的影响，选择最优方案。当零部件主要定位点设计完成后，采用三维公差分析软件对每个零部件进行装配稳健性分析，以验证偏差是否满足统计学制造工程能力6σ。三维公差分析分配的公差将作为工程设计阶段模具、工装设计的输入。 图3 固定灯与移动灯间隙DTS三维分析结果 根据造型及结构设计，计算整车制造感知质量评价指数MPI，对整车DTS精致程度、制造容差能力进行评价，若不在合理范围，则需要对造型和结构进行优化。 基于虚拟仿真的整车感知质量分析流程如图4所示。 图4 基于虚拟仿真的整车感知质量分析流程 3 基于制造难易程度的整车视觉感知质量评价方法 通常，整车的视觉感知质量都