基于測(cè)點(diǎn)規(guī)劃及預(yù)警的整車尺寸控制方法

摘 要：整車尺寸控制的優(yōu)劣直接關(guān)系到汽車的安全性能、制動(dòng)性、操控穩(wěn)定性以及車身外觀質(zhì)量。提出了一種基于測(cè)點(diǎn)規(guī)劃及預(yù)警的整車尺寸控制方法（PAAU方法），該方法包括測(cè)點(diǎn)規(guī)劃（P）、尺寸預(yù)警（A）、尺寸鏈分析（A）以及控制公差迭代更新（U）。以某新能源車型前后門平整度尺寸控制為例，驗(yàn)證了該尺寸控制方法在提升整車匹配問題的“事前預(yù)防”能力和分析優(yōu)化效率方面具有重要作用。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量控制；測(cè)點(diǎn)規(guī)劃；尺寸預(yù)警；尺寸鏈分析

研究背景

整車包含近兩萬個(gè)零部件，這些零部件通過焊接、粘接及機(jī)械連接等方式相互匹配，組裝成一輛完整的整車。匹配質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系到汽車的安全性能、制動(dòng)性、操控穩(wěn)定性以及車身外觀質(zhì)量[1]。因此，如何對(duì)整車匹配問題進(jìn)行提前預(yù)防，以及在發(fā)生匹配問題時(shí)如何進(jìn)行及時(shí)、高效的解決，是各主機(jī)廠一直探索和關(guān)注的重點(diǎn)。

匹配質(zhì)量控制的難點(diǎn)，在于整車中匹配零件眾多、尺寸鏈長(zhǎng)，部分零件自制，部分零件外購，質(zhì)量控制水平差異較大。同時(shí)，零件生產(chǎn)受材料性能、工藝性能等因素影響，生產(chǎn)過程中各零件存在尺寸偏差和波動(dòng)，偏差在尺寸鏈上不斷累積，使得匹配質(zhì)量處于動(dòng)態(tài)變化之中[2]。各類整車尺寸質(zhì)量控制方法，如基于功能尺寸的車身尺寸質(zhì)量控制方法[3]，基于質(zhì)量控制設(shè)備綜合分析和評(píng)價(jià)質(zhì)量水平的方法[4]或基于六西格瑪方法[5]，這些方法對(duì)整車尺寸質(zhì)量的監(jiān)控和提升起到了一定的幫助。

然而，這些控制方法存在一些不足之處。首先，它們主要探究如何從設(shè)計(jì)開發(fā)、工藝以及檢測(cè)角度改善整車尺寸質(zhì)量，對(duì)于如何更好地發(fā)現(xiàn)或預(yù)測(cè)白車身可能的質(zhì)量問題并未深入探討；其次，尺寸質(zhì)量監(jiān)控范圍僅局限于主機(jī)廠，未將供應(yīng)商檢測(cè)數(shù)據(jù)與主機(jī)廠數(shù)據(jù)有效結(jié)合并進(jìn)行綜合分析和預(yù)警。

因此，本文提出一種基于測(cè)點(diǎn)規(guī)劃及預(yù)警的整車尺寸控制方法（PAAU 方法），包括測(cè)點(diǎn)規(guī)劃（P）、尺寸預(yù)警（A）、尺寸鏈分析（A）以及控制公差迭代更新（U）。在項(xiàng)目前期進(jìn)行測(cè)點(diǎn)規(guī)劃時(shí)，對(duì)自制件和外購件采用“穿刺”方法定義尺寸鏈上不同層級(jí)零件的測(cè)點(diǎn)，采用“同截面”方式定義同級(jí)相互匹配零件之間的測(cè)點(diǎn)；開發(fā)一套數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，整合主機(jī)廠和供應(yīng)商的測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)單個(gè)零件和相互匹配關(guān)系零件尺寸及可能發(fā)生質(zhì)量問題的自動(dòng)預(yù)警；通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的綜合分析，獲取尺寸鏈上零件同一“穿刺”點(diǎn)測(cè)量結(jié)果，以確認(rèn)質(zhì)量問題主要來源于尺寸鏈上的哪個(gè)零件。該尺寸控制方法大大提升了整車匹配質(zhì)量問題的“事前預(yù)防”能力和分析優(yōu)化效率。

整車尺寸控制方法PAAU

整車尺寸控制方法PAAU的流程如圖1所示，包括測(cè)點(diǎn)規(guī)劃（P）、尺寸預(yù)警（A）、尺寸鏈分析（A）以及控制公差迭代更新（U）四個(gè)環(huán)節(jié)。

1.測(cè)點(diǎn)規(guī)劃（P）

在項(xiàng)目前期測(cè)點(diǎn)規(guī)劃階段，同一尺寸鏈上的所有零件，包括主機(jī)廠自制總成和自制單件、供應(yīng)商分總成，在測(cè)點(diǎn)設(shè)置上采用統(tǒng)一的測(cè)點(diǎn)規(guī)劃原則，即采用“穿刺”方法，定義尺寸鏈上不同層級(jí)零件的測(cè)點(diǎn)，采用“同截面”方式定義同級(jí)相互匹配零件之間的測(cè)點(diǎn)。這樣的測(cè)點(diǎn)規(guī)劃，為后續(xù)單個(gè)零件和跨零件尺寸預(yù)警以及質(zhì)量問題的溯源分析提供數(shù)據(jù)支撐。

2. 尺寸預(yù)警（A）

對(duì)于單個(gè)零件，依據(jù)車型開始批量生產(chǎn)后的50臺(tái)零件數(shù)據(jù)，計(jì)算控制特征偏差均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ，按照“μ±3σ”作為尺寸預(yù)警公差；對(duì)于跨零件之間尺寸預(yù)警，依據(jù)DTS（尺寸技術(shù)規(guī)范要求）定義的匹配公差要求，設(shè)置預(yù)警公差。基于開發(fā)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，根據(jù)定義的預(yù)警尺寸和預(yù)警公差，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)后自動(dòng)匹配計(jì)算，并進(jìn)行及時(shí)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的預(yù)警。

3. 尺寸鏈分析（A）

當(dāng)后道相關(guān)部門接受到尺寸預(yù)警信息后，立即進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)零件匹配狀態(tài)確認(rèn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)匹配問題后，通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，采用尺寸鏈分析方法，確認(rèn)哪個(gè)環(huán)節(jié)是造成匹配問題發(fā)生的主要原因，采取相應(yīng)措施進(jìn)行優(yōu)化解決。

4. 控制公差迭代更新（U）

根據(jù)問題解決后，零件的實(shí)際狀態(tài)，重新更新尺寸的預(yù)警公差。

以上汽大眾某新能源車型的門總成尺寸控制為例，對(duì)PAAU整車尺寸控制方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

測(cè)點(diǎn)規(guī)劃

1.同級(jí)零件之間測(cè)點(diǎn)“同截面”方案

同級(jí)零件之間測(cè)點(diǎn)“同截面”設(shè)置方案如圖2所示，指的是對(duì)于有匹配關(guān)系的零件，在設(shè)置測(cè)點(diǎn)時(shí)，在匹配關(guān)系評(píng)價(jià)位置取同截面上的兩點(diǎn)。

前后門中部平整度評(píng)價(jià)點(diǎn)如圖3所示。前后門分別在S1截面上，取P1和P2兩點(diǎn)作為各自零件測(cè)點(diǎn)規(guī)劃時(shí)平整度測(cè)點(diǎn)。通過門總成P1和P2兩點(diǎn)測(cè)量結(jié)果，計(jì)算P1和P2兩點(diǎn)平整度的落差，可以從尺寸上預(yù)測(cè)兩個(gè)零件匹配后的尺寸狀態(tài)。

2.層級(jí)零件測(cè)點(diǎn)“穿刺”方案

“穿刺”指的是某一測(cè)點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)，沿著該點(diǎn)的法線方向，與不同層級(jí)零件相交得到不同測(cè)點(diǎn)的過程。穿刺得到的各層級(jí)測(cè)點(diǎn)與初始點(diǎn)只差匹配零件的料厚。零件各層級(jí)間測(cè)點(diǎn)“穿刺”方案的示意如圖4所示。

通過該方法定義的不同層級(jí)零件測(cè)點(diǎn)，當(dāng)遇到質(zhì)量問題時(shí)，可以快速分析并定位尺寸產(chǎn)生偏差的零件層級(jí)，進(jìn)而快速地指導(dǎo)后續(xù)質(zhì)量問題的優(yōu)化解決。

根據(jù)前后門總成P1和P2點(diǎn)的設(shè)置，穿刺到前后門外板單件，其中前門總成P1穿刺至前門外板單件P3，如圖5所示。同理，后門總成P2穿刺至后門外板單件P4。

尺寸預(yù)警

1.尺寸數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

尺寸數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能更高效的管理各單件、分總成、總成的測(cè)量數(shù)據(jù)，包括外購件供貨供應(yīng)商/自制件生產(chǎn)廠區(qū)、零件號(hào)、測(cè)點(diǎn)XYZD方向的理論值和偏差值。管理系統(tǒng)原理如圖6所示。

通過接收供應(yīng)商測(cè)量數(shù)據(jù)和主機(jī)廠測(cè)量數(shù)據(jù)，管理系統(tǒng)有效融合測(cè)量數(shù)據(jù)各類信息，結(jié)合三維化零件CAD模型，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行智能化判斷并展示。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基本功能包括如下三點(diǎn)。

1）在同一個(gè)界面上，顯示任意一臺(tái)整車測(cè)點(diǎn)偏差值和相互匹配結(jié)果。

2）在同一個(gè)界面上，顯示尺寸鏈上各零件穿刺點(diǎn)特定數(shù)量、特定時(shí)間的偏差結(jié)果，并清楚顯示偏差的突變和漸變趨勢(shì)。

3）定義預(yù)警公差，通過郵件將超差的單個(gè)零件測(cè)點(diǎn)結(jié)果和跨零件匹配結(jié)果發(fā)送至相關(guān)部門，及時(shí)進(jìn)行預(yù)警。

2.尺寸預(yù)警

為了將質(zhì)量問題由“事后解決”提前到“事前防范”，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制要求，設(shè)置控制尺寸的預(yù)警公差，當(dāng)尺寸偏差超過預(yù)警公差時(shí)，通過郵件形式，預(yù)警到各相關(guān)方，可以快速發(fā)現(xiàn)可能存在的質(zhì)量問題，并及時(shí)采取相應(yīng)措施。

按照車身DTS定義的前后門P1與P2間平整度落差0±0.5mm控制要求，在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，對(duì)P1和P2平整度落差進(jìn)行預(yù)警設(shè)置。 當(dāng)前后門完成測(cè)量，測(cè)量結(jié)果進(jìn)入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，根據(jù)P1和P2平整度偏差結(jié)果，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算兩者落差，當(dāng)超過±0.5mm控制要求后，立即觸發(fā)尺寸預(yù)警。

通過郵件，見表1，其中，工廠（MEB）、車型（VW310/60 CS）、零件（10D833051A）、車號(hào)（14441017），測(cè)量時(shí)刻（2024/11/01 09：35：23），以下測(cè)點(diǎn)跨零件報(bào)警。前后門P1和P2平整度落差計(jì)算結(jié)果為0.8mm。

通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，在界面上，將前后門各點(diǎn)平整度及各組平整度落差數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，如圖7所示。

匯總計(jì)算結(jié)果見表2。從表2可以看出，P1點(diǎn)平整度實(shí)際偏差為0.4mm，而P2點(diǎn)平整度實(shí)際偏差為-0.4mm。根據(jù)單個(gè)零件單點(diǎn)控制公差±0.5mm要求，單個(gè)測(cè)點(diǎn)偏差并未超過尺寸公差，而跨零件匹配后，兩者落差超過了車身DTS要求。

3.尺寸鏈分析

通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，選擇前門測(cè)點(diǎn)P1以及其穿刺點(diǎn)P3、后門測(cè)點(diǎn)P2以及其穿刺點(diǎn)P4的最近20次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行顯示，如圖8和圖9所示。

其中，10A831051A為左前門P1點(diǎn)平整度偏差結(jié)果；10A831111為左前門外板P3點(diǎn)平整度偏差結(jié)果；10A833051為左前門P2點(diǎn)平整度偏差結(jié)果；10A833111為左后門外板P4點(diǎn)平整度偏差結(jié)果。

通過圖8可以發(fā)現(xiàn)，左前門外板單件P3尺寸偏差較穩(wěn)定，基本在0mm左右，而左前門總成P1點(diǎn)尺寸波動(dòng)較大，偏差在-0.3～-0.7mm波動(dòng)。

通過圖9可以發(fā)現(xiàn)，左后門外板P4尺寸偏差在-0.6～-0.4mm波動(dòng)，而左后門總成尺寸基本穩(wěn)定在0.2～0.4mm。

因此，基于尺寸鏈分析，左前門總成需要考慮在內(nèi)外板合攏時(shí)尺寸穩(wěn)定性，分析造成不穩(wěn)定的原因，并進(jìn)行尺寸優(yōu)化。

4.預(yù)警公差迭代

通過以上分析，可以發(fā)現(xiàn)，單個(gè)測(cè)點(diǎn)雖然公差要求為±0.5mm，但是因?yàn)檐嚿鞤TS要求前后門匹配公差需控制在±0.5mm以內(nèi)。因此，對(duì)于左前門總成進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，其優(yōu)化目標(biāo)為保證P1點(diǎn)尺寸偏差在0～0.5mm，才能保證P1和P2點(diǎn)落差在±0.5mm。最終，根據(jù)尺寸鏈分析以及最終零件優(yōu)化結(jié)果，將單點(diǎn)P1和P2公差進(jìn)行迭代更新，按照0～0.5mm輸入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)作為預(yù)警公差，兩者匹配落差仍然按照±0.5mm控制。

結(jié)語

本文提出一種基于測(cè)點(diǎn)規(guī)劃及預(yù)警的整車尺寸控制方法PAAU 法，包括測(cè)點(diǎn)規(guī)劃（P）、尺寸預(yù)警（A）、尺寸鏈分析（A）以及控制公差迭代更新（U）。以某新能源車型前后門平整度落差預(yù)警案例進(jìn)行分析，詳細(xì)介紹如何通過PAAU方法實(shí)施尺寸質(zhì)量控制及分析優(yōu)化。通過該方法，可以及時(shí)對(duì)主機(jī)廠和供應(yīng)商生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可能發(fā)生的抱怨進(jìn)行及時(shí)的預(yù)警，真正做到“事前預(yù)防”，同時(shí)對(duì)于發(fā)生的尺寸抱怨問題，通過尺寸鏈計(jì)算，能快速定位質(zhì)量問題根源，并開展分析和優(yōu)化。該方法目前已應(yīng)用到新能源工廠整車質(zhì)量控制中，相比于原有的一些尺寸控制方法，大大提升了整車匹配質(zhì)量問題的預(yù)防能力和分析優(yōu)化效率。

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