Cubing匹配分析在尺寸控制中的應用

李嘉男

北京奔馳汽車有限公司 北京 100176

為了使汽車整車能夠實現預期的外觀尺寸要求，會在汽車設計階段根據競品情況并結合本公司的生產工藝水平定義整車間隙及平順度標準（DTS尺寸技術規范）。在生產裝配中，車身覆蓋件、內外飾零件的匹配度，即整車的間隙及平順度，是重要的質量因素，不僅關系到整車的裝配質量，也直接影響客戶在看車時最直觀的靜態感受，是整車廠工藝水平的體現，基于設計定義的考核標準，會在汽車生產的整個流程中對間隙及平順度進行監控。

質量一直是汽車生產過程中的重中之重，中國汽車開發的環境催生了Cubing的發展。以往的尺寸驗證都是理想化的虛擬驗證，而主機廠、供應商或者車身和其他部門相互判定問題責任的依據則由驗證的結果決定。能否在項目階段到量產階段，一直保持住DTS的質量要求，成為了各大整車廠的重點研究內容。車身主檢具Cubing的使用更易發現車身與其他零部件匹配時出現的問題，讓主機廠受益匪淺。當下許多國內的自主品牌也都廣泛使用Cubing來對車身及零件進行測量分析。某主機廠從2014年開始引進第一個Cubing，截至目前，現有車型都配有Cubing，可以說Cubing 已經成為該主機廠質量尺寸控制的重要驗證工具。

目前正在該主機廠投入使用的Cubing合計9個，所有現投產車型全部應用Cubing。本文將闡述該主機廠如何應用結合前端的測量技術進行Cubing匹配分析方法，保證整個車型生命周期內的尺寸控制。此方法和早前車型生產調試期間的運作相比較，白車身件以及零部件的對比分析更直觀，提升了問題改善的過程。同時在量產期間，可以監控零部件外觀尺寸的穩定性，為快速分析解決突發的尺寸問題提供方案。經工程實踐表明，結合Cubing的匹配分析方法穩定、有效，此應用保證了項目及量產階段整車尺寸控制過程，具有重要的工程應用價值。

車身主檢具Cubing概述

1.Cubing定義

如圖1所示，Cubing 叫做標準車身，也可叫車身主檢具。Cubing是精度非常高的基于數模比例為1∶1的高精度檢具，其材料為優質鋁合金，部分零部件也采用碳纖維材料，具有較高材料強度和高精度的模塊化檢具，目前Cubing主要用于內外飾零部件的匹配分析，達到精確控制整車及零部件尺寸的目的。目前，該主機廠按照以下要求驗收：基準面的面輪廓度≤0.15mm/m，基準孔的位置度≤±0.1mm，其他要求參照詳細驗收手冊。

圖1 Cubing發展

2.Cubing結構

根據要檢測零件的區域和要求不同，Cubing結構可分為整體式和分離式。其主要結構為基座、標準件模塊和載體模型等。基座采用高強度金屬材料，確定坐標系位置（Cubing整車系），同時承載載體模型，協助滿足搬運的相關功能。載體模型分為車身主體與白車身覆蓋件，其功能主要是用于內外飾零部件的安裝，模型的設計基礎根據整車車身數模的理想狀態。部分有單獨的模塊設計，以便對小件進行單獨匹配安裝。Cubing結構如圖2所示，該主機廠主要采用整體式Cubing作為主要匹配檢具。

圖2 Cubing結構

Cubing在生產各階段的應用

1）在產品設計開發驗證階段，由于Cubing是按照數模1∶1加工出來的高模塊化、高精度的功能檢具，所以產品設計結構通過在Cubing裝配每一個獨立模塊實現驗證。由于該主機廠Cubing均為海外生產，所以運輸至國內，基本都為試生產階段投入使用，以便驗證項目階段零部件狀態。

2）在產品試生產階段，車身件和內外飾零部件質量不符合要求的情況不可避免，Cubing作為高度模塊化的工具，通過匹配各種對應的零部件能夠迅速找到匹配問題的根本原因，使供應商控制零件尺寸趨于公差中值，降低實際生產中問題發生的概率，同時減少試生產過程中車身及零部件供應商不能清晰判定責任的現象，使匹配問題處理速度加快，樣件尺寸合格與否也可以用Cubing的匹配狀態作為標準。

3）SOP階段，即批量生產時，零件日常質量監控和問題分析均可用Cubing作為工具，在產品出現尺寸波動問題時，通過Cubing的逐一匹配，能夠直觀反映車身的尺寸波動，或內外飾零件出現的尺寸波動，或兩者累積發生的問題。

4）Cubing在整個階段均可對符合安裝條件的內外飾零部件的變更、優化等進行實際確認，提高樣車質量和驗證效率，避免與生產時間沖突，也可在正式投入批量生產前提前判定風險。

Cubing匹配測量在尺寸控制中的應用

通過上述應用的描述，在整個產品的生命周期中均可用Cubing匹配作為整車質量控制方式，經過多個車型Cubing的使用，關于Cubing在匹配分析上的使用已經總結出了一套行之有效的流程，如圖3所示。下面將詳細闡述各個流程環節，更為清晰地描述匹配分析在尺寸控制中的作用。

圖3 Cubing匹配分析流程

1.問題車測量或零件測量

匹配相關任務來源可籠統劃分為兩大類：一是問題未發生，零件做出變更或優化，提前通過Cubing匹配進行尺寸驗證；二是問題發生，問題件在Cubing匹配識別是否存在零件尺寸問題。因此，通常第一步會先測量相關區域在問題車上的零件狀態以及零件在單件/分總成檢具上的測量結果。

2.數據分析一

分析在第一步中收集到的相關零部件測量數據，預判可能出現問題的部位，對匹配的過程作出初步規劃。

3.Cubing匹配

匹配分無固定裝配和固定裝配兩種。無固定裝配是指在一般情況下，通過裝配人員手扶或其他方式，在Cubing上進行匹配和分析，對照圖樣核對裝配關系，檢查裝配狀態，分析記錄，通常有些情況也會輔助噴粉以確定安裝面是否存在干涉情況。固定裝配是指按照實際裝配工藝，用定位螺栓或三坐標測量標定等方法，使零件的基準處于理論坐標位置，檢查安裝順序的影響，可驗證一定的裝配偏差影響，之后通過三坐標測量檢查全尺寸狀態，根據結果判斷零件尺寸是否合格。

4.匹配測量

根據匹配狀態確定測量策略，然后進行測量。在當前測量技術下，除了傳統的塞尺、通止規、卡尺等設備，匹配測量目前通過三坐標可實現更為精準及多樣的分析測量方式，主要分為兩種（見圖4和圖5）：一是傳統的接觸式三坐標測量，通過探針觸發測量零件坐標位置，優點是測量精度高，重復性再現性都十分穩定。缺點是接觸式測量會存在觸發力要求以及探測多個測量點時效率低。二是光學測量，通過激光掃描，運用三角測量原理，可快速大量獲取測量點，測量不會造成零件變形，使材料偏軟的內飾零件的測量成為可能。光學測量的劣勢在于被測件表面反光、透光情況會影響測量結果。結合兩種方式，可以使匹配測量更加靈活，能夠覆蓋更為全面的測量分析。隨著測量技術的發展與進步，可以通過多種方式探測零件的偏差，比如光學測量目前還有藍光拍照模式等，讓相關人員能更為快速、清晰地找出問題貢獻因素。

圖4 匹配測量方式

圖5 匹配測量方式原理

5.數據分析二

結合上述步驟的測量結果，參照尺寸鏈進行逐層分析，找出問題的根本原因，確定優化方案。而這一步在如今匹配測量實施中，可將結果集成進數據庫軟件，用可視化報告對比零件測量結果和匹配結果，找出差異。如圖6所示，以大尾燈問題為例，可以區別主機廠匹配測量結果及零件單件結果，更加快速地鎖定差異，該數據也可在后續問題中從數據庫中調用進行追溯及數據對比。

圖6 可視化尺寸數據對比趨勢報告

同時，通過光學測量掃描的數據可使用軟件進行進一步的虛擬匹配分析，包括干涉區域分析以及更為精準的平順度和間隙計算，節省了噴粉安裝試驗的時間。如圖7所示，同樣以大尾燈為例，可通過匹配后在Cubing坐標系下選取基準點，拆下后零件按Cubing上選取的基準點理論值建立坐標系，單獨掃描燈殼接觸面尺寸狀態，分析燈殼是否與車身面有干涉部分而影響裝配狀態。后續根據虛擬裝配的結果，結合DOE試驗方法，也可衍生多種的基準點變化影響的驗證。

圖7 光學掃描點云數據利用

6.問題報告

組織相關責任人員開會討論，匯總所有問題分析過程，根據問題優化方案，輸出問題報告。由于Cubing是標準車身，匹配完成后還要結合實際生產的車身尺寸報告進行分析，在序列化生產中車身一定存在不同偏差，Cubing不能模擬車身偏差對零部件尺寸匹配的影響。所有措施需要經過各相關部門一起討論確認后才能形成報告，問題報告形式如圖8所示，部分結合了8D報告形式。

圖8 分析測量問題報告

7.問題跟蹤

此環節由于Cubing所在各主機廠的職能權限不同，經常會被忽略，使問題優化的時間和效果無法控制。

尺寸控制作為質量不可或缺的一環，通過Cubing匹配應用結合利用測量數據管理類軟件等進行統一的預警和管理，對問題進行快速地分析、判定、解決，將不合格品控制在工廠內，從而達到降低成本、縮短問題解決周期的作用，可以提高產品競爭力，完成產品質量目標。

結語

實際的應用證實了當前尺寸問題控制中結合Cubing匹配分析可以更有效率地預防問題、分析問題，從而降低問題的發生以及成車問題返修率，減少公司的經濟損失，具有很高的工程應用價值，有利于指導之后的尺寸相關問題。