研究動機

汽車開發商，或稱原廠，有眾多下游供應商，以汽車鈑金之供應鏈為例，

包含鈑金生產商及鈑金模具生產商，鈑金生產商為了大量生產鈑金，需要鈑 金沖壓模具，因此向鈑金模具生產商訂製模具，鈑金模具生產商經歷模具開 發、試模、試生產及小批量生產之階段，最終將模具交由鈑金生產商進行鈑 金量產，鈑金生產商所生產之鈑金經過焊接與簡單上漆等手續後，成為各種 車身結構組件，運送至汽車組裝廠組裝成車，圖 1.4 為汽車鈑金供應鏈示意 圖。

鈑金模具生產商之客戶包含汽車原廠及鈑金生產商，汽車開發週期長達 數年，鈑件也因組裝、生產及結構強度等需求，客戶於發包簽約後歷經數次 設計變更，產生多個鈑件版本，因模具開發與生產時程需盡可能地縮短，於 接到訂單時便需著手進行工法排程以利後續模具設計與生產組裝，因此如何 在設計變更後，快速提出新工法給模具設計人員使用便是相當重要之課題。

鈑金沖壓模具生產廠商所接單之客戶常分布於全球各地，客戶發包專案 給模具生產廠商後，需頻繁地審視設計與開發進度，因而專案負責人需不遠 千里出差至發包廠商所在地，方能審查工法及模具設計圖，使人員出差與時 間成本提高，若是透過網頁平台進行工法圖資料的溝通則可減少人員往返所 耗費的時間。

5

汽車開發商

鈑金生產商

模具生產商 鈑金

鈑金模具

圖 1.4 汽車鈑金供應鏈

1.3

庫，

圖

proc Eng 案例 cess planni gineering, K 例推理與基 ing, CAPP KBE）作為基 基因演算法等

利用 XpertRu 論知識、製

.5 XpertRul

等人開發汽

程規劃（com 程 （Know 過規則推理、

法設計的知識 法排程結果如

mputer-aide wledge-base

、模型推理

7

2009 年趙甦農[8]將 CAD 結構分層，成為可轉換之協同設計版本，整合 CAD 與 PDM 系統建立一個三層式的網站平台，架構如圖 1.6，並以架構中資 訊傳遞紀錄為設計步驟。利用「模型相似性比對」技術，比較設計變更前後 的檔案版本差異。

Client 1

CAD Applet PDM

Applet Web JSP

Client 2 CAD

Applet PDM

Applet Web JSP

PDM Server

CAD Server SpringSolid

CAD Kernel

HTTP Server

圖 1.6 CAD 與 PDM 系統架構[8]

2009 年林振揚[7]以知識工程的方法建立汽車鈑金沖壓模設計系統，制定 特徵資料協定並提出鈑件相似性演算法，因而快速搜尋得到相似鈑金案例，

特徵協定如圖 1.7，並提出以 CATIA 二次開發作為模具結構自動建模之架構。

8

圖 1.7 字串型式特徵協定[7]

2010 年劉昆育[9]建立 CAPP 專家系統，將汽車鈑金模具製程規劃中複雜 知識規則參數化與系統化，歸納工法推論規則與特徵關係以建立工法推論引 擎，最後利用CATIA 樣板功能及 VB 撰寫之橋接器傳送資料至 CATIA 做設計 導引，其系統架構如圖 1.8。

圖 1.8 工法設計系統架構[9]

法 出

2012 年 法排程專家 出工法資料

年鄭欽仁[1 家系統，讀取 料為模具設計

10]依據汽車 取鈑金特徵 計使用，匯

圖 1.9

9

車鈑金結構 徵辨識結果 匯出之模具檔

匯出之模具

構件工法排程 果後進行工法 檔案於CAT

具檔案[10]

程的特質，

法推論，再 TIA 中顯示

實作結構件 再以推論結果 示如圖 1.9。

件工 果輸

。

1.4

(

12

1.5 開發環境

本系統開發環境如表 1.1，Spring Solid System 為尤春風教授帶領之實體 模型系統實驗室（Solid Modeling System Lab）利用 Java 程式語言撰寫之 CAD 軟體，符合STEP AP203/214 規範，支援 STEP 交換檔格式，本研究之鈑金資 料亦為STEP 格式，並以此系統為鈑件 3D 資料之顯示核心。

本研究基於劉昆育與鄭欽仁所開發之電腦輔助製程規劃系統，加以改寫 以符合本研究需求。

專案管理系統使用網頁呈現，以JSP 及 Servlet 撰寫，並利用 Apache Tomcat 作為裝載與佈署之伺服器軟體，資料儲存利用DataNucleus AccessPlatform[3]

作為介面，與資料庫軟體 MySQL Server 溝通並保存資料，DataNucleus AccessPlatform 支援 Java Data Objects（JDO）[2]，可將 Java 物件之資料及狀 態儲存於資料庫中，並支援 JDOQL 與 SQL 等查詢語言，使程式開發人員不 必直接處理SQL 語言與資料庫溝通，為開放原始碼之 API，原始碼授權方式 採用Apache License 2 授權。

表 1.1 開發環境 CAD 平台 Spring Solid System

CAPP 系統 劉昆育[9]、鄭欽仁[10]、Java Development Kit 7 網頁與Servlet 容器 Apache Tomcat 7.0.34

資料儲存介面 DataNucleus AccessPlatform v3.2.1[3]

資料庫 MySQL Server 5.5

13

1.6 論文架構

第一章：敘述本文之研究背景、動機、相關文獻探討與研究內容，並列 出開發環境與使用之API。

第二章：探討設計變更可能發生的情況及種類，提出特徵比對及工序比 對之演算法，及工法套用邏輯。

第三章：介紹專案管理系統中，使用者權限與專案之關係，及權限與行 為的訂定。

第四章：介紹本系統之建置與成果，資料存取格式的建立，以及系統介 面介紹。

第五章：以過去發生之設計變更案例，實際操作本文提出之專案管理系 統，並展示特徵與工序比較結果。

第六章：對本研究結果及未來發展方向作一探討，提供後繼研究者作為 參考。

15

第二章 設計變更與版本比較

2.1 前言

汽車鈑金模具製造廠之客戶可能有汽車母廠與母廠之下游鈑件生產廠 商，或為鈑金OEM 製造商（下稱 OEM 廠），汽車母廠開發車型並組裝成車，

OEM 廠則提供預先部份組裝好之鈑金組件供母廠之生產線組裝，OEM 廠可能 單獨或與汽車母廠一起向鈑金模具廠下訂單，或於模具開發週期中一起審驗 工法及模具。

客戶與模具廠聯繫欲取得鈑件模具之產品報價時，模具廠需快速估算該 鈑件生產時所需工程數以利報價，有時客戶之鈑金生產線上的沖壓機台有 限，因此模具廠需在有限的工程數中設計工法及模具，少一個工程之模具於 鈑金生產線上則少一組工作人員與機台的使用，所以製造成本較低，但若所 需工序較為複雜，則較少工程數之模具有加工困難與維護成本較高的缺點。

模具開發週期之流程如圖 2.1，與客戶簽約後，負責排工法的人員進行模 面設計與CAE 分析，並同時進行工法排程，結束後交由模具設計，若有鈑件 之設計變更提出，於取得鈑金曲面資料後再次進行成型性分析，並更改工法，

模具設計人員則依新版本之工法修訂模具設計，若模具已鑄造並進行加工時 客戶欲提設計變更，則需依合約內容增加模具開發經費。

因鈑金曲面資料是必要的輸入資料，所以本系統對於有無設計變更是以 更新曲面資料作為判斷依據。

16

鈑金曲面資料

模面設計

成型性分析 No

工法排程

模具設計 Yes

設計變更 Yes

模具製造與試模 No

出貨

圖 2.1 模具設計流程與設計變更

2.2 設計變更內容

結構件鈑金設計變更之部位與特徵常為孔洞、凸包與彎曲面半徑，孔洞 之設計變更內容有位移、半徑更改、新增與刪除，其中又以新增孔洞最為常 見，凸包則有修改、新增與刪除，彎曲面有時因成型性需要，於部分修改半 徑大小或造型，設計變更項目列於表 2.1。

心

洞。

1 時

彎曲面 10 mm，部分 時的流動，

面之設計變更 分造型也發

直接影響鈑

圖 2.

圖 2.

更如圖 2.8 發生變更，彎

鈑金成型性

19

.6 凸包設計

.7 凸包設計

8 與圖 2.9 彎曲面之造 性，而對於工

計變更前

計變更後

，除了彎曲 造型與半徑影

工序之編排

曲面半徑由6 影響鈑金素 排則較無影響

6.2 mm 變更 素材於引伸工

響。

更為 工序

分群 資料

由以上分 群，因此本 料，再以此

分類得知，鈑 本研究預設設 此資料搜尋設

圖 2.8 彎

圖 2.9 彎

鈑件設計變 設計變更後 設計變更後

20

彎曲面設計變

彎曲面設計變

變更之幅度不 後鈑件之特徵 後鈑件特徵

變更前

變更後

不會太大，

徵分群架構

。

，以至於影 構延續舊有

影響整體特徵 有工法之特徵 徵 徵

21

2.3 結構件特徵辨識

設計變更前後鈑件之幾何資料無法直接以STEP 格式之編號相對應，因客 戶傳遞之鈑金曲面資料可能有多種不同的 CAD 軟體編輯過，CAD 軟體在不 同情況下轉換自有格式至STEP 交換格式時，編號並無對應關係，所以設計變 更後鈑件需重新做特徵搜尋，得到使電腦可理解的資料，因設計變更少有更 動特徵群組結構的情況，所以特徵群組結構預設沿用舊工法之資料。

舊有工法之生成利用鄭欽仁[10]所提出之手動與自動判斷特徵辨識流 程，利用舊有工法中已知彎曲面群組及平緩面群組資料，作為設計變更後新 鈑件特徵搜尋的起始參考資料，舊有工法之彎曲面群組於搜尋前必需整理後 方能成為起始搜尋條件，再利用邊界曲率法，由起始彎曲面搜尋下一個彎曲 面，最後得到該彎曲面群組之所有曲面，彎曲面群組搜尋完成後，再分別以 舊工法中已知平緩面搜尋新鈑件之平緩面群組，最後搜尋各個特徵群組的孔 特徵，完成新鈑件特徵搜尋，流程如圖 2.10 所示。

舊有工法 新鈑金件曲面

整理輸入條件 搜尋折彎面群組

搜尋平緩面群組

搜尋孔特徵

特徵群組資訊

圖 2.10 特徵搜尋流程

22

2.3.1 彎曲面分類

圖 2.11 為一長形鈑金件的一部分，其中顏色較深者為彎曲面群組，彎曲 面群組分布為連續之條狀，為使邊界曲率法更為準確且效率，經分析彎曲面 之邊界（edge）後，發現可將彎曲面依據邊界數量分為三種，分別為邊界數三、

四及大於四。邊界數為三者，達到曲率臨界值之兩邊必為相鄰；邊界數為四 者，達到曲率臨界值之對邊也必為達到曲率臨界值；邊界數大於四者，達到 曲率臨界值之邊界分布較無特定。

取圖 2.11 中彎曲面群組一部分如圖 2.12，左側較大之曲面邊數為 8，中 間之曲面邊界數為4，右側曲面邊數為 3，分類整理於表 2.2。

圖 2.11 彎曲面群組

在文檔中 汽車鈑金結構件沖壓模具之設計變更工法排程 (頁 18-0)