Simulation and analysis of assembly processes considering compliant, non-ideal parts and tooling variations

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Simulation and analysis of assembly processes considering compliant, non-ideal parts and tooling variations

Hu, M. / Lin, Z. / Lai, X. / Ni, J.

Fahrzeugkarosserien bestehen aus 300 bis 500 Montagebauteilen, die in 50 bis 120 Montageschritten miteinander verbunden werden. Jeder Schritt im Montageprozeß kann zu Variationen der Abmessungen des montierten Teils führen, deren Beherrschung durch traditionelle Variationsanalysen, statistische Analysen oder Monte-Carlo-Simulationen nicht zufriedenstellend gelöst werden kann. Daher werden im vorliegenden Beitrag die Ursachen der Variationen in der Karosseriemontage in allen Schritten des Montagezyklus (Positionieren der Montageteile, Einspannung, Schweißen, Lösen der Einspannklemmen) analysiert und mathematisch beschrieben. Aus diesem elementaren Montagezyklus wird ein neues Simulationsverfahren (NVAM: New Variation Analysis Method) entwickelt, das Berührungsprobleme und die Wechselwirkungen der einzelnen Montageteile untereinander berücksichtigt und auf einem Finite-Elemente-Modell (ANSYS5.5) beruht. Die Verifizierung des vorgestellten Simulationsverfahrens erfolgt an einem einfachen Beispiel (Stumpfschweißen zweier Blechbauteile) unter den vereinfachten Bedingungen nur bauteilbedingter Variationsursachen: die Fehlerquote zwischen theoretischen und simulierten Ergebnissen lag bei der Blechlageabweichung bei 0,59 % (x-Achse) beziehungsweise 0,36 % (y-Achse). Angesichts der ausreichenden Genauigkeit des Simulationsverfahrens wurde seine praktische Verwendung an einem Realbauteil (Stumpfschweißverbindung eines Armaturenbretts mit seinem Gehäuse) mit 26 Schweißpunkten erprobt, wobei das Simulationsziel eine Verbesserung der Montagequalität zwischen Armaturenbrettabdeckung und dem Frontfensterrahmen war, die durch Ermittlung der optimalen Schweißfolge der 26 Schweißpunkte erreicht wurde.