尺寸工程在汽車量產階段新模式的探索應用研究

盧洪超

摘要：通過親身經歷發現，多個新項目啟動過程中，匹配質量可依靠尺寸工程理論快速提升至量產水平，但在量產后，匹配表現往往會有很大的下降，新問題頻發。對此難點做了系統分析，并探索出適用于量產階段的補充理論，優化了管控方法，提升了效率，更好地滿足了生產、質量的要求。

關鍵詞：尺寸工程；汽車量產階段；外飾匹配；質量管控；優化改進

汽車作為現代生活出行工具，已廣泛應用于全球各地。汽車匹配質量給客戶帶來直觀感受，直接體現了一家主機廠的設計和制造能力。作為汽車生產主機廠，匹配類問題也是制造過程中最常見的缺陷，是日常質量管控的主要工作內容。經統計，在SORP后匹配類缺陷占一次通過損失率的50%以上，其次是表面類30%和其他（功能、異響、雨淋、電器等）類20%。匹配類問題的特點是包含眾多零件，尺寸鏈復雜，以往管控方法各零部件按照各自的尺寸控制要求實施管控，當某個子系統發生變化，有時會引發整車的連鎖反應，發生問題后需由眾多工程技術人員梳理排查及問題解決，效率低下。

在多個新項目啟動過程中，匹配質量可依靠現有的尺寸工程理論，快速提升至量產水平，但在量產后，隨著要求逐步提升，匹配表現反而往往會有很大的下降，一些項目期間未曾發生過的問題頻發，這對工廠制造帶來了很大的困擾。究其原因，一是項目期間畢竟是小批量造車，一些失效模式無法充分驗證，會在批量生產時逐步暴露，另外更主要的原因是尺寸工程理論存在局限性，在量產階段無法充分適用。本文提出了一套更有效的理論—尺寸封樣管理與互聯管控智能預警系統，可充分指導量產階段的尺寸工作開展，是基于現有尺寸工程體系基礎上的補充和提升。

原系統（尺寸工程）簡介

包括華人運通、上汽通用、上汽大眾、比亞迪、蔚來、理想及小鵬等國內主流汽車公司，其汽車尺寸工程基本按照“尺寸十步”活動開展，即：

1）尺寸管理計劃：按項目制定尺寸相關計劃，規定該項目尺寸活動內容及節點。

2）尺寸技術標準：客戶的要求和項目要達成的目標，即DTS。

3）基準形成及一致性：是實現整車尺寸技術標準的基準和結構解決方案。

4）虛擬評估：方案虛擬認證。

5）形位圖樣及公差：方案記錄、記錄標準。

6）測點圖樣：規范零件及總成關鍵測量位置。

7）測量系統：規范相關測量設備及工具。

8）匹配評估：方案實際認證。

9）數據收集及分析：支持跟蹤。

10）不斷改進：經驗總結并優化系統。

其中，虛擬評估是基于零部件尺寸正態分布，計算內外飾匹配的超差概率，來完成虛擬認證。例如某一匹配公差要求±0.75mm，存在3個影響因素，每個影響因素±0.5mm，如果每個影響因素都符合正態分布，那么該匹配的超差概率為2.44%，滿足設計要求。再通過匹配評估驗證零部件實際制造結果是否可以達到±0.5，并改進至正態分布狀態，驗證這段匹配是否可以滿足±0.75mm的公差要求。這套理論的確可以將匹配表現在項目期間快速提升至量產水平，但在量產后，匹配表現往往會有很大下降。

量產階段匹配表現下降原因分析

匹配類問題往往尺寸鏈較長，量產初期零部件尺寸波動較大，會導致匹配結果存在較大的波動。即便經過不斷改進，零件符合正態分布，也會經常存在幾個不利因素雖不超差，但偏差累積起來導致匹配超差，例如上段例子中3個影響因素，符合正態分布，也會存在每個不利0.3mm，匹配起來偏差0.9mm，超過±0.75mm的標準要求的情況。如果其中一個影響因素均值偏移，則超差概率成倍增加，例如某個3個影響因素的匹配，均處于正態分布的情況下，超差概率為2.91%（見圖1），當其中一個影響因素均值偏移0.5mm，則系統超差概率增加至13.81%（見圖2）。

根據難點，分析認為零件尺寸正態分布的理論在量產過程中很難有效貫徹，原因如下。

1.量產階段尺寸輸入來源多

量產階段零部件尺寸控制輸入大概有下列幾項：零部件GD&T圖樣控制要求，項目生產啟動期間匹配尺寸控制輸入，專題質量會議紀要輸入特殊控制要求，以及供應商或車間因工藝制約定義的控制要求。這存在幾個薄弱點：各零件在各自基準值及公差內控制，但如有波動仍會對整車帶來影響；多維度輸入尺寸管控需求，系統協調難度大，對整車有風險。

2.量產階段公差理論比正態分布理論應用更廣泛

量產階段更多應用的是公差理論，評判零部件尺寸符合上述的控制要求。如果零件的某一處尺寸100%合格卻處于極限偏差狀態（不符合正態分布），供應商很少會主動改進，且對零部件供應商沒有穩定性和正態分布的指標要求。

3.量產階段變化點多

量產階段是一個漫長的過程，其中充斥著無數設備、工藝、人員的變化，均會導致尺寸變化。當某個子系統發生變化，有時會引發整車的連鎖反應，發生問題后需由眾多工程技術人員梳理排查和解決。當前的質量前饋原則基本停留在超差報警前饋，無法滿足匹配穩定的高需求。

4.零部件復雜程度增加，零件管控難度大

目前汽車尤其是造車新勢力，對造型的追求會更多，往往犧牲部分可制造性。單件的尺寸制造難度增大，匹配的復雜度增大。

量產階段匹配管控的解決方案

通過對難點的解析及長期工作經驗梳理后，筆者認為應采用封樣管理，通過變化點，識別出不穩定的環節，提升其穩定性。

以上汽通用別克GL8車型為試點，具體工作如下。

1.定義了匹配狀態目視化標準

整車匹配狀態定義原則見表1，將整車匹配的狀態按照相對名義值的偏差量劃分為：

1）紅色，最大偏差量超過3/4公差帶。

2）黃色，最大偏差量在1/2到3/4公差帶，或波動量超過1/2公差帶。

3）綠色，最大偏差量穩定在1/2公差帶以內。

2.將每個匹配進行系統分析，列出子影響因素樹

帶領工程師團隊利用1個月時間，梳理GL8匹配特征87個（即87個影響因素樹，見圖3），細分至子零件共計876個特征點。

3.定義子零件特征點狀態劃分原則

從對整車配合影響量、零件是否符合圖樣、穩定性、長期措施及短期措施5個維度，將特征點分為3個狀態（見表2）。

1）緊急狀態：零件偏差對問題偏差貢獻超過2/3，或超過圖樣要求，或極差波動超過1/2公差帶，或無長期措施或斷點超過3個月，或無短期措施或斷點超過

7天。

2）受控改進狀態：零件偏差對問題偏差貢獻超過1/3，或偏差超過1/2圖樣要求、或極差波動小于1/2公差帶，或長期措施斷點超過2個月，或短期措施超過3天。

3）封樣狀態：零件偏差對問題偏差貢獻小于1/3，或偏差小于1/2圖樣要求，或極差波動小于1/2公差帶。

按此原則，利用3個月時間將876個特征點逐一排查，識別出緊急狀態共計52項，受控改進狀態146項，封樣狀態678項。

4.對緊急項和受控改進項，與SQE和供應商團隊共同攻關，歷時1年時間

經統計，產品不穩定的原因如下：

1）產品特性導致的制造波動性大，例如玻璃類。

2）材料特性導致的尺寸不穩定，例如亮飾條、PP材料的熱脹冷縮等等。

3）結構不合理，零貼設計多、安裝面易變形等。例如縱梁、輪罩、DASH及D柱等，需要預留設計間隙或優化設計。

4）工裝、工藝不穩定等，這些問題比較常見，易解決。

5）定位不穩定，切邊定位、定位孔大等，需要設計和安裝改進。

6）結構剛度不足、受力變形，例如塑料翼子板、各種支架、氣撐桿變形等。

其中大部分是工藝過程優化和質量管控有效性提升等方法解決，部分需要設計變更、材料變更、批次管控、季節配方、定位和安裝優化等。

5.自循環報警原則

供應商監控數據需立即上傳至系統內進行分析，例如某警報跟蹤清單見表3。

1）緊急狀態：向工廠報警，需要在工廠質量例會專題匯報直至狀態改善。

2）受控改進狀態：向部門報警，需制定出長期措施，長期斷點到之前責任部門需采取短期控制頻次，不允許有超出封樣狀態的零件流出。

3）封樣狀態：按照原公差帶1/2內控，如子零件系統超差需要報警至封樣管控小組。

6.數據收集和整理工作

項目的難點之一是龐大的數據收集和整理，并在數據中進行分析和報警，這是靠人工無法完成的工作。

（1）開發系統平臺? 項目與沈陽理工大學共同開發“全業務鏈尺寸質量精準監控系統”，該系統主機廠和供應商數據共享，搭建大數據平臺，整合利用現業務鏈中的監控檢測數據，可減少大量文本整理工作。

平臺可實現下列功能：

1）關鍵數據目視化精準監控，實現全零件按條件檢索，查找零件全周期尺寸控制要求，關鍵數據的趨勢跟蹤、波動監控，零件歷史問題記錄并查找整改措施落實情況，設置報警條件，對風險點與變化點進行實時自動報警。

2）構建邏輯框架將底層數據與整車關聯，實現數據間的匹配預警，子零件某一數據變化超過要求，會導致上級系統風險，系統會目視化報警。集中報警顯示頁面如圖4～圖6所示。

（2）報警條件設置? 針對每處匹配區域狀態進行專項分析，識別影響因素，定義報警規則。

1）封樣件控制線。依據封樣管控規則，定義線性正關聯，取關聯系數為強相關1，進行計算與預警。

2）仿真建模。基于主影響因素表，應用專業軟件3DCS（三維尺寸控制系統分析，圖形化的公差仿真軟件）、Matlab（商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析及數值計算的高級計算語言和交互式環境）虛擬評估，搭建相關性與回歸數學模型。每個配合特征建立一個線性回歸方程，通過仿真運算確定方程中每個參與的主影響因素系數，用以預測未來趨勢。并輔以Dmetric采集大樣本數據，以修正數學模型。

結語

綜上所述，通過對長期困擾量產車的匹配問題的痛點難點分析，找到了系統改進量產期間匹配管控的可行且高效的方法，經過1年半的跟蹤驗證，子系統“緊急狀態”“受控改進狀態”數量從198項降至25項，整車匹配“紅色狀態”和“黃色狀態”下降了90%，整車匹配有了顯著的改觀，助推GL8在各項評審中保持領先地位，并贏得市場口碑。后續推廣到上汽通用北盛汽車南廠所有車型。

項目實施和貫徹過程中，轉變觀念是困難之一，因為先期需要供應商的全力配合，投入部分人力和成本資源，這需要利用強大的主機廠地位保證。經過一段時間的工作，零部件質量不斷提升才會看到收益，對供應商來說，后期缺陷減少、相關的返工減少、工程師資源節約及效率的提升，都是該項目的實際收益。全業務鏈數據互通，供應商知道重點零件重點尺寸的重點控制方向，如有變化（即使不超差）會提前向工廠前饋。對主機廠來說，工程師調查問題效率有了本質的提升，由問題追查轉變為提前管控，由數據被動發現轉變為數據變化管理。

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