基于制造數(shù)據(jù)的VisVSA模型在生產(chǎn)中的應(yīng)用

劉 勇，李文英

(長安福特汽車有限公司技術(shù)開發(fā)中心產(chǎn)品開發(fā)部，重慶 401120)

基于制造數(shù)據(jù)的VisVSA模型在生產(chǎn)中的應(yīng)用

劉 勇，李文英

(長安福特汽車有限公司技術(shù)開發(fā)中心產(chǎn)品開發(fā)部，重慶 401120)

以A柱間隙為實(shí)例，介紹實(shí)際制造數(shù)據(jù)在VisVSA模型中的應(yīng)用，并根據(jù)分析結(jié)果改善間隙值。結(jié)果表明:造成間隙超差的原因有很多，包括人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等方面。通過監(jiān)控制

造數(shù)據(jù)并結(jié)合VisVSA軟件可快速找到超差的偏差源，達(dá)到節(jié)省成本、提升裝配質(zhì)量的目的。

變差源;貢獻(xiàn)度;蒙特卡羅法;名義值偏移

在現(xiàn)代汽車車身生產(chǎn)前期，均需建立虛擬數(shù)字樣機(jī)［1－2］，按照工程經(jīng)驗給定的公差來分析對功能和外觀有影響的白車身、內(nèi)外飾等結(jié)構(gòu)件的間隙段差。但由于實(shí)際生產(chǎn)工藝、設(shè)備、人員技術(shù)水平等存在差異，導(dǎo)致按工程經(jīng)驗分析的結(jié)果不一定符合實(shí)際情況。基于此，本文采用實(shí)際制造數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式，以某已量產(chǎn)車型出現(xiàn)的A柱間隙問題為例，重點(diǎn)研究制造數(shù)據(jù)在公差分析中的應(yīng)用［3－6］。

1 VisVSA原理、應(yīng)用和流程

VisVSA是一種可以對制造、生產(chǎn)中產(chǎn)生的變差進(jìn)行定量計算的尺寸分析軟件，通過動態(tài)裝配的方式來模擬實(shí)際生產(chǎn)中制造偏差導(dǎo)致的裝配誤差。它的仿真核心是蒙特卡羅法，這種方法的思想是:當(dāng)所求解問題是某種隨機(jī)事件出現(xiàn)的概率，或者是某個隨機(jī)變量的期望值時，通過某種“實(shí)驗”的方法，以這種事件出現(xiàn)的頻率估計這一隨機(jī)事件的概率，或者得到這個隨機(jī)變量的某些數(shù)字特征，并將其作為問題的解。VisVSA主要應(yīng)用在如下方面:預(yù)測變差的數(shù)量和原因、優(yōu)化產(chǎn)品公差設(shè)計、優(yōu)化產(chǎn)品工藝過程、預(yù)測制造過程能力、確認(rèn)臨界裝配尺寸。VisVSA分析流程見圖1［7］。

圖1 VSA分析流程

2 問題的背景

在已量產(chǎn)的某車型中，批量性地出現(xiàn)A柱與引擎蓋間隙不均情況，測量位置如圖2所示(以車身左側(cè)為例)，測量結(jié)果見表1。此處的設(shè)計規(guī)范為3.0±1.0 mm，要求制程能力指數(shù)CPK≥1.0。

圖2 間隙測量位置

表1 間隙測量結(jié)果

從實(shí)際收集的25個數(shù)據(jù)來看，此處的名義值偏移較為嚴(yán)重。經(jīng)過Minitab計算制造過程能力，CPK=－0.34。質(zhì)量損失成本以單臺車返修需要1人力×60 s，按29(元/h)人工成本計算，每月大概需要1 000元的返修成本。

3 目標(biāo)

通過VisVSA軟件建立符合實(shí)際裝配工藝的DVA(dimensional variation analysis)模型，找到間隙變差中較大的貢獻(xiàn)因子，通過因子確定單件制造、焊裝、手動調(diào)整等工藝過程能力，并進(jìn)行優(yōu)化。

4 VisVSA模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入

在裝配工藝中，引擎蓋經(jīng)過內(nèi)外板扣合后作為一個總成，由夾具定位方式裝配到白車身上，以車頭為X向，側(cè)門為Y向，垂直地面為Z向。從現(xiàn)場過程可以得到引擎蓋裝配時的定位主要包括左右發(fā)動機(jī)艙縱梁限制Z向、前輪輪轂包上的孔限制X向和Y向。如圖3所示:A133HL和A162HL及相對應(yīng)的右側(cè)A133HR和A162HR確定引擎蓋夾具Z向;A043HL及向?qū)?yīng)的右側(cè)A043HR確定引擎蓋夾具X向和Y向;D075XL及對應(yīng)的右側(cè)D075XR為車身測量點(diǎn);BOGL4和BOGR4是引擎蓋測量點(diǎn)。

圖3 定位點(diǎn)和測量點(diǎn)

通過CMM收集定位點(diǎn)和測量點(diǎn)的制造數(shù)據(jù)，如表2所示。

本文基于VSA8.3版本，只能讀取XML格式文件，所收集的制造數(shù)據(jù)需要通過Perl將Excel轉(zhuǎn)化為XML文件，然后再導(dǎo)入模型點(diǎn)特征。轉(zhuǎn)化后的XML文件格式如下:

圖4 轉(zhuǎn)化后XML文件

在VSA中通過點(diǎn)特征的Custom Info項目將特征和制造數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，如圖5所示。軟件會自動計算點(diǎn)特征的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、峰度和偏度等。另外，VSA的圓孔(Hole)和條孔(Slot)特征也是通過圓心的點(diǎn)特征來驅(qū)動。

圖5 制造數(shù)據(jù)與特征點(diǎn)關(guān)聯(lián)

另外，需要在VSA仿真工具條屬性對話框中把默認(rèn)的 Simulation方式改為 Use Synchronized Measurement Data，如圖6所示。

圖6 選擇Use Synchronized Measurement Data

表2 定位點(diǎn)和測量點(diǎn)的制造數(shù)據(jù)

5 結(jié)果分析

把所有制造數(shù)據(jù)導(dǎo)入VSA軟件，設(shè)定5 000個樣本仿真分析后得到間隙公差及mean偏移值(圖7)，可以看出分析結(jié)果與實(shí)測間隙值比較接近，也就是說通過VisVSA建立的DVA模型能反應(yīng)實(shí)際的裝配過程(因?qū)嶋H裝配不可能有間隙為負(fù)的情況，所以導(dǎo)致軟件分析出 Cpk值和實(shí)測Cpk值不一致)。同時，算得3Sigma值為1.54，超過了設(shè)計規(guī)范，對此有必要對公差的貢獻(xiàn)度進(jìn)行分析。

圖7 制造數(shù)據(jù)分析結(jié)果

通過查看分析結(jié)果的MSC報告，可以得到Mean值偏移貢獻(xiàn)因子;通過HLM報告可以得到對間隙公差有影響的貢獻(xiàn)度排行。

6 改善方案

由報告可以看出，對Mean值偏移影響最大的是BOGL4點(diǎn)，即引擎蓋測量點(diǎn)，對間隙公差貢獻(xiàn)最大的是A043HL孔的變差，因而從兩方面來改善間隙的問題。

6.1 改善Mean值偏移

可以從兩個方面來改善Mean值偏移。

1)提高BOGL4點(diǎn)制造過程能力，縮小該點(diǎn)偏移。通過收集BOGL4點(diǎn)的制造數(shù)據(jù)并利用Minitab做過程能力分析。從圖8可以看出，BOGL4點(diǎn)的Cp值達(dá)到2.34，Cpk值為0.54，說明該點(diǎn)處于穩(wěn)定受控但中值偏移情況，如要提高該點(diǎn)Cpk值則需要調(diào)整已經(jīng)成型的模具，從成本角度來說不夠經(jīng)濟(jì)。

2)人為調(diào)整裝配夾具，反向偏移Mean值。這項措施可以在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行，在夾具上增加4片0.5 mm厚的墊片，不會影響生產(chǎn)。

圖8 BOGL4點(diǎn)過程能力分析

6.2 縮小A043HL孔公差

現(xiàn)場調(diào)查A043HL孔的制造過程，發(fā)現(xiàn)是該總成件的定位銷磨損導(dǎo)致定位不準(zhǔn)，公差變大［8］。更換定位銷，重新標(biāo)定定位銷位置后，再次對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行Minitab分析，結(jié)果如圖9和表3所示，可以看到Cpk值達(dá)到1.44。

圖9 A043HL制造過程能力分析

將調(diào)整引擎蓋夾具定位銷和重新收集到的A043HL數(shù)據(jù)帶入DVA模型重新運(yùn)算，并做實(shí)際測量，得到結(jié)果如圖10所示。間隙基本達(dá)到設(shè)計規(guī)范3.0±1.0的要求，Cpk值為1.04。表4為A柱間隙實(shí)際測量值，可以看到軟件分析值與實(shí)測值符合。

圖10 更新制造數(shù)據(jù)后分析結(jié)果

表3 A043HL定位銷標(biāo)定后制造數(shù)據(jù)

表4 間隙測量結(jié)果

7 結(jié)束語

本文運(yùn)用VisVSA軟件，利用制造數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬仿真。首先導(dǎo)入實(shí)際制造數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用分析結(jié)果來對比測量數(shù)據(jù)以驗證模型的準(zhǔn)確性，然后快速確定與結(jié)果相關(guān)的Mean值偏移及公差貢獻(xiàn)度，再針對性地對相關(guān)因子進(jìn)行調(diào)整，最后將調(diào)整后的分析結(jié)果匹配現(xiàn)場測量值以驗證方案的可行性。從過程來看，通過制造數(shù)據(jù)驅(qū)動的DVA模型能真實(shí)地反映實(shí)際制造過程，可快速定位相關(guān)問題點(diǎn)，有效降低后期生產(chǎn)成本和開發(fā)周期。

［1］ 石瑩，江親瑜，李寶良.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的漸開線齒輪嚙合摩擦動力學(xué)研究［J］.潤滑與密封，2011(7):32－35.

［2］ 郭建，汪廣擴(kuò)，劉瑩.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的車床教學(xué)訓(xùn)練系統(tǒng)的研究［J］.激光雜志，2013(1):59－60.

［3］ 馬玥，崔樹禮.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品公差分析［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2001(11):573－575.

［4］ 劉壯.基于VisVSA技術(shù)的汽車裝配公差分析［M］.汽車技術(shù)，2011(1):57－61.

［5］ 楊思源，涂雄，李軍.尺寸工程在白車身制造過程中的應(yīng)用［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2012(6): 18－23.

［6］ 王德倫，張振珠.移動公差在車身公差優(yōu)化中的應(yīng)用［J］.四川兵工學(xué)報，2011(9):51－55.

［7］ MT9009 Advanced VisVSA manual，Version R7.0，2007［S］.

［8］ 楊官山.開口定位銷在車身底板定位的使用技巧［J］.機(jī)床與液壓，2011(24):117－119.

(責(zé)任編輯 劉 舸)

Application of VisVSA Model Based on Manufacturing Data in Manufacture

LIU Yong，LI Wen－ying
(Product Development Department of Development Center，Chang’an Ford Automobile Co.Ltd，Chongqing 401120，China)

Taking a gap issue of a－Pillar for an example，this paper introduces how to use actual manufacturing data in the VisVSA model，and uses the analytical result to reflect and improve the gap.The poor gap is caused by many reasons，including human，machine，material，method，circumstance，measurement and so on.According to monitor manufacturing data and associate the VisVSA to find variation source of over－specification is the best way to save cost and improve assembly quality.

variation source;contribution;Monte Carlo method;mean shift

U462

A

1674－8425(2014)07－0030－05

10.3969/j.issn.1674－8425(z).2014.07.007

2014－03－08

劉勇(1980—)，男，重慶人，工程師，主要從事汽車變差分析與尺寸工程研究。

劉勇，李文英.基于制造數(shù)據(jù)的VisVSA模型在生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2014 (7):30－34.

format:LIU Yong，LI Wen－ying.Application of VisVSA Model Based on Manufacturing Data in Manufacture［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(7):30－34.