三維RPS、MCP在新車型開發中的應用

上海銳鎂新能源科技有限公司杭州分公司 浙江杭州 310002

隨著我國汽車市場的發展，汽車換代不斷加快，汽車開發周期不斷縮短，同時要求車身尺寸質量水平同步提升。現代汽車制造中，普遍采用車身制造綜合誤差指數CII（Continuous Improvement Indicator）來控制車身制造質量，即2mm工程。2mm（6σ）應用于汽車工業不僅可以實現經濟的汽車制造，同時也是國家制造技術水平的綜合反映。自從RPS、MCP引進國內汽車市場后，經過近年來的不斷發展，成為汽車行業內產品開發和工藝開發最為重要的基礎技術之一。RPS、MCP理論的充分應用與完善，以及焊裝SE水平、沖壓件制造、夾具設計制造水平的提高，極大地推動了國內車身制造水平的發展。

然而在新車型開發過程中，車身零件RPS、MCP的設計，采用傳統二維的設計形式，設計周期長、效率低，若需調整優化較為繁瑣，且需要設計人員有較好的三維空間能力，影響了RPS、MCP的設計、評審等工作的開展。如何提升RPS、MCP工作開展的效率，縮短設計周期，業內一直都在探索。目前，結合已開發新車型的嘗試，三維設計形式的RPS、MCP將很好地解決此問題，以下將進行闡述。

RPS、MCP設計流程

1.RPS、MCP概述

RPS（Reference Point System）即定位基準點系統，規定了汽車產品制造各環節（包括模具、夾具、檢具、裝具及測量等）統一的基準系統。以前后統一、上下繼承的形式，保證各個環節上由定位基準變換所產生的尺寸偏差最小的車身基準點系統。RPS的應用優勢在于，從設計到生產各個環節中的基準盡量統一，從而減小制造誤差，提高車身制造精度。

MCP（Master Control Point）即主要控制點，是產品（沖壓件、分總成件、總成件及白車身）質量控制的主要基準點及焊接夾具的基準點，在新車型設計階段同步完成，可使產品質量波動最小化。MCP貫穿新車型產品設計、沖壓、焊接以及白車身檢測等生產的整個過程。

三維RPS、MCP設計遵循了二維RPS、MCP設計的設計原則，采用三維軟件直接在3D車身數據中進行RPS、MCP設計，更加直觀，提升了設計、評審等工作的開展效率，簡化了二維設計的繁瑣形式，設計周期比二維設計縮短了1/3。

2.車身零件RPS、MCP設計流程

RPS系統制定分六個步驟，即產品功能的研究、產品公差的研究、RPS的制定、定位基準尺寸的確定、產品公差的計算與繪制產品圖樣。此六個步驟比較適合用在與周邊零件匹配關系較為復雜的內外飾、電器等零件。車身零部件的匹配關系較為簡單，且沖壓件公差體系已經相當完善，可直接定義RPS點，不必先進行產品功能、產品公差等研究。

李盛良等人在《淺談車身零部件RPS的設計》中介紹了車身零部件RPS設計流程及其優點。隨著同步工程的不斷應用實踐，結合新車型開發流程及RPS、MCP設計的經驗總結，為了更好地保證基準的一致性、繼承性等，在該文獻中流程的基礎上，將RPS、MCP設計流程優化增加了細節部分，如圖1所示。

車身零件RPS、MCP設計的具體操作中，按照從總成件—分總成件—單件的設計流程開展，基準依次延續。在初版數據發放開始，就開始進行RPS的概念設計，對新產品數據提出相關要求，并參與到數據修改優化中。

車身零件RPS設計

新車型在RPS設計中，為了保證RPS點在實際生產中能切實使用，車身零件定義RPS點時必須遵循三大原則，即3-2-1原則、網絡平行原則和一致性原則。

1.3-2-1原則

每個剛性物體（剛體）在空間運動中有6個自由度，即3個沿著坐標系的軸線移動和3個圍繞坐標軸的轉動。在零部件裝配生產時，要確定零部件位置，就需要限制此零部件的6個自由度，才能保持平衡。三維空間自由度及零部件RPS的定位如圖2所示，零部件不在同一直線上的定位支撐點A1、A2、A3限制3個自由度（沿Z軸的移動自由度、繞X軸轉動的自由度、繞Y軸轉動的自由度），定位圓孔B限制2個自由度（沿X軸的移動自由度、沿Y軸的移動自由度），定位長圓孔C限制1個自由度（繞Z軸轉動的自由度），零部件空間的6個自由度都得到了控制，稱為3-2-1定位原則。

3-2-1定位原則，適用于絕大多數零部件的定位，但對于尺寸較大、剛度不足的零件，在保證了3-2-1定位規則的前提下，還需要根據需要，在RPS定位基準設計中，增加相關定位點來保證零件的平衡狀態。特殊形狀的零部件并不遵循3-2-1定位原則，如球體定位只需要3個自由度即可達到平衡，旋轉體定位需要確定5個自由度即達到平衡，而鉸接零件定位需要確定的自由度多于6個，即需要增加定位才能達到平衡狀態。

2.網絡平行原則

車身零部件RPS設計基于整車網絡坐標系下開展，如圖3所示。整車網絡坐標系是為了精確定位整車上任意一點的空間位置而構造的笛卡兒直角坐標系，前輪理論中心線中點為整車網絡坐標系零點，長度（X軸）坐標系、寬度（Y軸）坐標系、高度（Z軸）坐標系都過前輪理論中心線中點。

在整車坐標系內，平行于X軸、Y軸和Z軸的直線在理論上將整車劃分為一個個立體網格（原則為100的整數倍）。這些立體網格在正投影面上的投影，反映到設計圖樣上，即為汽車車身設計所依據的坐標網格線。通過間隔線可以確定汽車上每個點的位置。也就是說，通過與網格線的相對位置，可以確定零部件的位置。

3.一致性原則

一致性原則是指RPS系統必須在汽車車身沖壓單件的生產、沖壓件分總成的組裝焊接、車身總成件的總裝以及汽車制造質量控制過程中得到全方面的應用。RPS系統的主旨是通過避免基準轉變來保證制造工藝過程的可靠性，以及產品的精度和質量。RPS系統的一致性原則，要求從產品開發階段直到SOP，RPS點的使用貫徹始終，但增加的輔助RPS點，裝配時不在一致性原則范圍內。

一致性原則對RPS點的選擇與布置要求如下：

1）優先選擇孔作為基準點，其次是平面，最后是棱邊。

2）RPS點必須定位于零件的穩定區域，即沖壓零件沖壓質量好、在后續焊裝過程中不會改變的區域。

3）選擇RPS點不僅要考慮單件加工的要求，而且還要考慮以后裝配過程的要求。

4）分總成的RPS點優先選擇尺寸較大的零件RPS點，構成分總成的RPS點系統。

5）分總成/總成的RPS點要根據3-2-1原則、網格平行性原則、分總成自身的結構、工藝和功能特點，從組成零件的RPS點中選擇分總成/總成的RPS點。

4.RPS設計應用

傳統的RPS設計采用二維軟件編制，如圖4所示。二維RPS編制繁瑣，設計周期長。三維RPS設計，采用三維軟件直接在3D車身數模中設計，RPS點A基準（定位面）采用白點標識、B基準（主定位孔）采用紅色圓標識、C基準（輔定位孔）采用綠色圓標識，如圖5所示，某車型側圍外板3D版RPS圖。

車身夾具MCP設計

車身RPS設計完成后，夾具MCP按照RPS系統開始設計，夾具MCP必須與RPS點保持一致。考慮焊接操作空間、擺放姿態、精度控制及性能要求等問題，可適當增加MCP布置點，MCP定位面可在RPS同一基準面上進行適當調整(±25mm以內），不可切換定位型面，且必須保證前后工序定位基準統一。

傳統的夾具MCP主要由三部分組成：定位夾緊位置布局圖、夾緊定位說明表和MCS（夾緊定位斷面圖）。二維夾具MCP設計，使用二維軟件，設計周期長，且在評審中需要打開三維軟件，結合3D車身零件數模確認評審，工作效率低，問題無法有效識別。三維夾具MCP，使用三維軟件直接在3D車身數據中進行設計，設計簡單，更直觀地顯示了夾具定位、夾緊機構、操作空間等，更能驗證RPS定義的合理性，有效地規避了實際夾具設計、生產等過程中出點的基準不合理的問題，保證了模具、夾具、檢具基準的一致性及繼承性，提高車身制造精度。具體設計形式如圖6所示。

結語

隨著汽車行業的發展，新車型車身RPS、MCP設計已基本趨于成熟，提升了車身制造質量水平，及新車型在市場上的競爭力。三維RPS、MCP設計形式，縮短了設計周期，提升了工作開展效率，但是三維RPS、MCP設計還不成熟，需要在新車型開發中不斷地驗證、總結，以彌補不足之處。