淺談尺寸工程在汽車開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

安珂，李金山，李彥賀，鮑磊

（奇瑞商用車（安徽）有限公司，安徽 蕪湖 241000）

引言

隨車市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車制造行業(yè)進(jìn)入相對(duì)較快的發(fā)展階段，同時(shí)行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)嚴(yán)峻。企業(yè)間為了生存，相互之間的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，除了開(kāi)發(fā)自身潛能及優(yōu)勢(shì)外，外觀及性能逐步成為企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)的重要性之一。外觀匹配建立于前期產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、同步工程、工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程，所以企業(yè)必須大力發(fā)展尺寸工程技術(shù)，利用尺寸工程在車身結(jié)構(gòu)、工藝、制造和管理等各個(gè)流程進(jìn)行尺寸公差優(yōu)化，在縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的同時(shí)，提高裝配尺寸精度、降低開(kāi)發(fā)成本，保質(zhì)保量完成白車身批量生產(chǎn)及持續(xù)改進(jìn)，開(kāi)展車身制造偏差的研究就顯得尤為急迫。本文簡(jiǎn)單描述尺寸工程在汽車開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。

1 尺寸工程概念

尺寸工程是完善設(shè)計(jì)和裝配制造的工程化過(guò)程，這個(gè)過(guò)程將滿足現(xiàn)實(shí)零件裝配能力和預(yù)先建立的產(chǎn)品尺寸的要求 ，是一個(gè)覆蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、零件開(kāi)發(fā)和過(guò)程制造全過(guò)程的概念，貫穿于概念開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品認(rèn)證和投產(chǎn)等各個(gè)階段的全過(guò)程。以滿足客戶質(zhì)量需求為目標(biāo)，從各工程技術(shù)領(lǐng)域中提取出來(lái)用以規(guī)范化、系統(tǒng)化開(kāi)展內(nèi)外飾觀匹配的全新的系統(tǒng)。主要包括整車尺寸目標(biāo)制定、定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)、公差分析與設(shè)計(jì)、測(cè)量計(jì)劃制定及尺寸管理等。尺寸工程主要內(nèi)容如下圖所示。

圖1

2 尺寸工程在汽車開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

2.1 DTS定義

DTS全稱是Dimension Tolerance Specification，即整車的尺寸公差規(guī)范，其側(cè)重在整車內(nèi)外飾配合區(qū)域的間隙及平度尺寸公差要求。它直接面對(duì)用戶，是汽車外觀造型的重要組成部分，同時(shí)是衡量整車尺寸狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，代表了尺寸工作的最終目標(biāo)。DTS公差一般是根據(jù)目標(biāo)車型以及經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的，但是因?yàn)槊總€(gè)車型的車身機(jī)構(gòu)、造型和成本不同，供應(yīng)商水平也不盡相同，工藝制造水平不相同，DTS目標(biāo)在初始設(shè)定后要根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不斷地驗(yàn)證和完善。一般名義值部分根據(jù)造型設(shè)計(jì)提出，產(chǎn)品、工藝、尺寸等部門提出合理化意見(jiàn)，造型根據(jù)合理化建議進(jìn)行梳理及確認(rèn)。而公差部分由尺寸公程提出，質(zhì)保部門進(jìn)行監(jiān)控。通常我們采用尺寸鏈計(jì)算的方式對(duì)DTS目標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，這樣更快捷和更具有針對(duì)性。

2.2 GD&T定義

GD&T全稱是Geometric Dimension and Tolerance，這是歐美國(guó)家的叫法，翻譯成中文即幾何尺寸與公差，是一種用于代表形狀與位置公差的工程語(yǔ)言，可以更全面的定義零件的尺寸要求。主要包括幾何公差、尺寸公差及位置公差。包含定位基準(zhǔn)及被測(cè)要素公差要求。GD&T圖紙是產(chǎn)品尺寸公差設(shè)計(jì)部門對(duì)于車身零部件制定的具體制造公差要求，用于指導(dǎo)與約束工裝供應(yīng)商模夾檢具設(shè)計(jì)、制造并促使實(shí)物零部件尺寸精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。--GD&T圖紙為零部件的制造精度 “立了法”。其主要內(nèi)容就是基準(zhǔn)和公差。

零件圖的設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。統(tǒng)一基準(zhǔn)系統(tǒng)是傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)的基本思想之一，在轎車車身的設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)過(guò)程中，我們常采用統(tǒng)一基準(zhǔn)的方法避免設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、沖壓基準(zhǔn)、焊裝基準(zhǔn)和檢測(cè)基準(zhǔn)等基準(zhǔn)之間的變換，從而減少基準(zhǔn)之間相互變換產(chǎn)生的誤差。

2.3 公差分析尺寸鏈計(jì)算

借助公差分析軟件（VSA/3DCS）或尺寸工程師的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)整車潛在的公差缺陷早期進(jìn)行識(shí)別，提出可行的建議，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)，并進(jìn)行理論上的驗(yàn)證。公差分析的意義在于能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段提前判斷裝配誤差，避免在生產(chǎn)階段發(fā)現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致成本及進(jìn)度損失；提前在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)，基于一個(gè)真實(shí)的虛擬原型識(shí)別出關(guān)鍵的尺寸特征；從而可以大量地節(jié)約成本；可以減少盲目的追求零部件精度來(lái)提高車身精度。

2.4 整車測(cè)量分析

2.4.1 測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)類型

測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)有兩種類型：夾具測(cè)點(diǎn)和車身測(cè)點(diǎn)。

（1）夾具測(cè)點(diǎn)：由夾具生成和保證的尺寸點(diǎn)，它對(duì)應(yīng)了夾具上的定位銷、定位面的三維位置。夾具測(cè)點(diǎn)的作用是為了幫助我們分析夾具或者裝配工藝的精度和穩(wěn)定情況，方便工裝調(diào)整。

（2）車身測(cè)點(diǎn)：主要在零件或者總成上設(shè)置的，反映產(chǎn)品設(shè)計(jì)上為了保證整車性能上某個(gè)功能的測(cè)量點(diǎn)。車身測(cè)點(diǎn)的作用是為了幫助我們判斷零件或者總成是否符合公差設(shè)計(jì)要求，能否保證功能。

2.4.2 測(cè)量方法

（1）檢具+樣板刀+三角間隙尺

多用于沖壓件和焊接分總成，用檢具的型面和邊緣與零件進(jìn)行對(duì)比，主要測(cè)量零件在檢具中的邊緣區(qū)域，孔徑和孔位多用檢測(cè)銷進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)中央?yún)^(qū)域，多用樣板刀進(jìn)行檢測(cè)。

（2）檢測(cè)支架+固定式三坐標(biāo)

多用于單個(gè)零件及總成的全功能檢測(cè)，測(cè)量范圍受到檢測(cè)支架和固定式三坐標(biāo)測(cè)量臂本身的限制。

（3）檢測(cè)支架+便攜式三坐標(biāo)

2.5 匹配

匹配是對(duì)前期定義（包括基準(zhǔn)、公差、DTS、測(cè)點(diǎn)、極差等信息）的一種驗(yàn)證，認(rèn)證先期尺寸工程策劃活動(dòng)和最終產(chǎn)品尺寸制造工藝與技術(shù)要求一致性的過(guò)程。是尺寸認(rèn)證的重要環(huán)節(jié)。工作思路：檢測(cè)實(shí)車匹配狀態(tài)——尋找問(wèn)題源——確定調(diào)整方案——調(diào)整（模具、檢具、裝配方案）——檢查調(diào)整結(jié)果匹配不僅光柱零件還注重認(rèn)證工藝、設(shè)計(jì)、制造系統(tǒng)。通過(guò)匹配活動(dòng)，指導(dǎo)零件、工藝、工裝、設(shè)計(jì)進(jìn)行整改，來(lái)滿足最終的DTS需求。

2.6 數(shù)據(jù)收集分析

根據(jù)測(cè)量計(jì)劃要求，確定測(cè)量頻次及測(cè)量數(shù)量，通過(guò)CMM 測(cè)量對(duì)車輛進(jìn)行數(shù)據(jù)收集分析，對(duì)日常車輛狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，使整改生產(chǎn)過(guò)程處于統(tǒng)計(jì)控制下的穩(wěn)定狀態(tài)。

圖2

3 尺寸工程開(kāi)發(fā)流程

3.1 概念開(kāi)發(fā)階段

在概念開(kāi)發(fā)階段，尺寸工程主要工作內(nèi)容有競(jìng)品車型DTS分析、初版DTS設(shè)計(jì)、CAS及M1數(shù)據(jù)校核、初版GD&T圖紙編制、三維仿真分析、潛在數(shù)據(jù)公差干涉分析。

3.2 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，尺寸工程主要針對(duì)工藝工裝方案、RPS及工序圖卡輸出第二版GD&T、第二版DTS、第二輪公差干涉檢查，最終版A面及M2數(shù)據(jù)一致性校核。

圖3

3.3 產(chǎn)品認(rèn)證階段

產(chǎn)品認(rèn)證階段，尺寸工程主要針對(duì)檢具一致性審核、測(cè)量表、功能尺寸檢測(cè)等輔助分析評(píng)審，并完成Cubing及MB匹配問(wèn)題整改及優(yōu)化，輸出第三版GD&T圖紙和DTS。

3.4 批產(chǎn)階段

尺寸工程屬于長(zhǎng)期優(yōu)化工作，根據(jù)售后反饋不斷完善產(chǎn)品外觀尺寸，并逐步刷新DTS,以滿足更多客戶需求。

圖4

4 結(jié)束語(yǔ)

尺寸工程貫穿于整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，在縮短開(kāi)發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提高車身品質(zhì)方面發(fā)揮著重要作用。在后續(xù)的車型開(kāi)發(fā)中，希望通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化尺寸工程的工作，建立尺寸偏差分析數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)及測(cè)量數(shù)據(jù)收集分析系統(tǒng)，精度把握零部件及車身的實(shí)物偏差，提升整車的制造水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 李良,王德倫.車身公差分配工程應(yīng)用.重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)[J].自然科學(xué)版2008（11）:16-22.

[2] 楊思源,李軍.尺寸工程在白車身制造過(guò)程中的應(yīng)用.重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào) [J].自然科學(xué)版2012（26）:18-23.

[3] 成起.尺寸工程在車身開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用.汽車工藝與材料[J].2012（11）:50-52.

[4] 李朝旺,楊志宏,王林博.尺寸工程技術(shù)總數(shù)與展望.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)[M].2014（3）:464-470.