車身虛擬匹配分析方法探討——基于零部件檢具實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

黃志宏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

目前的零部件測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)，沒(méi)有體現(xiàn)出零部件之間匹配關(guān)系的概念，沒(méi)有考慮與周圍匹配零件測(cè)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；檢具設(shè)計(jì)沒(méi)有完全按照第一裝車位置擺放的原則，現(xiàn)在部分正在使用的檢具上，零件擺放位置與第一裝車位置不一致、基準(zhǔn)不一致，導(dǎo)致檢具上的零件測(cè)量數(shù)值無(wú)法直接與裝車時(shí)的問(wèn)題對(duì)應(yīng)；零部件檢具測(cè)量數(shù)值，沒(méi)有車身絕對(duì)坐標(biāo)方向，不方便工程師分析解決問(wèn)題。

綜合考慮以上3點(diǎn)問(wèn)題，為了得出解決方法，并得到最終符合本文虛擬分析要求的數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)分析現(xiàn)場(chǎng)造車匹配問(wèn)題，通過(guò)少量的現(xiàn)場(chǎng)造車、驗(yàn)證預(yù)測(cè)的問(wèn)題，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果結(jié)合零部件之間的匹配數(shù)值，得出了解決問(wèn)題的具體措施。

1 零部件尺寸測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)狀問(wèn)題剖析

1.1 尺寸十步法

目前，我們做事的方式是學(xué)習(xí)北美尺寸工作步驟方法，北美給我們提供了非常好的尺寸十步法，在此簡(jiǎn)述如下（如圖1所示）。

圖1 尺寸十步法

第一步：此步屬于承上啟下的意思，了解客戶需求，根據(jù)更早車型制造經(jīng)驗(yàn)以及目前市場(chǎng)主流對(duì)標(biāo)車型制定DTS；

第二步：制定主機(jī)廠和供應(yīng)商統(tǒng)一的定位系統(tǒng)，制定CDLS；

第三步：尺寸分析，使用實(shí)際設(shè)計(jì)數(shù)模，根據(jù)CDLS分析DTS的合理性；

第四步：基準(zhǔn)一致性檢查，此步也是GD&T圖紙的前奏，確保各級(jí)零件能夠與CDLS保持基準(zhǔn)一致；

第五步：GD&T圖設(shè)計(jì)以及測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)；

第六步：測(cè)量系統(tǒng)規(guī)劃，根據(jù)GD&T及測(cè)點(diǎn)要求，確定各級(jí)零件到白車身總成，到整車各工序的檢測(cè)方式方法及頻率；

第七步：匹配，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行零件拼裝；

第八步：數(shù)據(jù)采集及分析，采集各種檢測(cè)工具得到的零件測(cè)量數(shù)據(jù)，各種工裝夾具測(cè)量數(shù)據(jù)，來(lái)進(jìn)行分析白車身和整車匹配問(wèn)題，目前GM使用的系統(tǒng)是GDIS；

第九步：驗(yàn)證尺寸目標(biāo)完成情況，與最初制定的DTS對(duì)比驗(yàn)證；

第十步：持續(xù)改進(jìn)，對(duì)大批量生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；

此十步，并不是說(shuō)有明確的先后順序的，基本都可以并行進(jìn)行；本文主要針對(duì)某公司實(shí)際情況，對(duì)于第四步、第五步、第八步的工作內(nèi)容和方式方法，提出不同的觀點(diǎn)，以提升目前的工作效率和準(zhǔn)確度。

1.2 尺寸測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)狀問(wèn)題剖析

目前，某公司的鈑金件和內(nèi)外飾零部件匹配的實(shí)際情況是：首先逐個(gè)上檢具檢測(cè)，出尺寸檢測(cè)報(bào)告，而這個(gè)報(bào)告對(duì)于匹配問(wèn)題的解決，幾乎是不做參考依據(jù)的，因?yàn)閷?duì)于問(wèn)題解決沒(méi)有實(shí)際意義。這主要有兩個(gè)原因：

（1）測(cè)量數(shù)據(jù)方向上的問(wèn)題。目前的零部件尺寸測(cè)量報(bào)告，只有對(duì)于檢具十分了解的人，才能看出問(wèn)題所在，自己需要對(duì)零部件尺寸測(cè)量報(bào)告進(jìn)行加工，才能得出這個(gè)零件在車身絕對(duì)坐標(biāo)方向上有什么偏差；對(duì)檢具不了解的人，只能自己到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)照檢具來(lái)分析問(wèn)題。

（2）與周邊零件測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的問(wèn)題。目前的測(cè)點(diǎn)文件，都是各個(gè)零件各自為陣，沒(méi)有考慮到相關(guān)匹配零件的測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)問(wèn)題。所以我們看到一個(gè)零件的某個(gè)面的測(cè)量報(bào)告數(shù)據(jù)，想了解與之匹配零件的對(duì)應(yīng)面的測(cè)點(diǎn)信息時(shí)，發(fā)現(xiàn)與之匹配零件對(duì)應(yīng)面的測(cè)點(diǎn)與之?dāng)?shù)量，位置均不能對(duì)應(yīng)。零部件尺寸測(cè)量報(bào)告的數(shù)據(jù)，失去了參考匹配分析的意義。

1.3 存在問(wèn)題的具體表現(xiàn)

所以，基于以上兩點(diǎn)，在造車前，我們的工程師都會(huì)到供應(yīng)商現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)零件什么狀態(tài)，自己記下零件檢具檢測(cè)狀態(tài)（包括偏差位置，偏差數(shù)據(jù)，偏差車身絕對(duì)方向等），以方便回公司主線拼裝時(shí)，核對(duì)廠內(nèi)工裝裝配狀態(tài)，以此來(lái)分析解決問(wèn)題。但是，即使是這樣，也是存在問(wèn)題的，具體問(wèn)題如下：

（1）零件的匹配問(wèn)題。如果沒(méi)有每個(gè)零件批量且詳細(xì)的測(cè)量數(shù)據(jù)支持，匹配過(guò)程中的問(wèn)題就不知道具體要去整改哪個(gè)零件，具體整改數(shù)值多少，我們目前也只能根據(jù)造車過(guò)程中的測(cè)量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分配整改數(shù)據(jù)給供應(yīng)商，也就是說(shuō)，就是一個(gè)試驗(yàn)的過(guò)程，有可能改的量小了，有可能改的量大了。

（2）不能準(zhǔn)確記錄整改過(guò)程中零件的變化，沒(méi)有可擴(kuò)展的零部件測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表格，就不能進(jìn)行大批量零件狀態(tài)數(shù)據(jù)分析。

1.4 造成這些問(wèn)題的根源

造成這些問(wèn)題的根源，在于以下3點(diǎn)：

（1）測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有考慮零部件間匹配位置的測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致分析綜合匹配問(wèn)題時(shí)，沒(méi)有系統(tǒng)的零部件數(shù)據(jù)支持（也就是匹配多方零件的對(duì)應(yīng)檢測(cè)數(shù)據(jù)）；

（2）檢具設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有考慮到實(shí)際工裝或模具的設(shè)計(jì)。實(shí)際上檢具就是監(jiān)控和服務(wù)于模具或夾具的產(chǎn)品，但是夾具和模具明顯復(fù)雜于檢具，所以難免會(huì)造成夾具和模具不能完全遵從圖紙要求。另外，測(cè)量人員素質(zhì)不夠高，所以檢具設(shè)計(jì)上，要做好一系列的車身絕對(duì)坐標(biāo)的標(biāo)注。

（3）檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄表。以上兩點(diǎn)解決后，怎么實(shí)現(xiàn)批量數(shù)據(jù)的分析，因?yàn)橐M(jìn)行零部件的整改，必須要參考批量數(shù)據(jù)要求。

2 解決現(xiàn)狀問(wèn)題的思路

鑒于以上3點(diǎn)的總結(jié)，本文的基本解決思路，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)狀問(wèn)題解決思路

這里分為3步來(lái)完成，各步有先后順序，不能同步執(zhí)行，具體如下：

（1）第一步：優(yōu)化測(cè)點(diǎn)文件設(shè)計(jì)；

（2）第二步：優(yōu)化檢具設(shè)計(jì)；

（3）第三步：優(yōu)化零件檢具測(cè)量記錄表設(shè)計(jì)。

如何完成上述3個(gè)步驟，是本文要探討的重點(diǎn)，茲將各步做法分述如下。

3 測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

3.1 匹配零件間的測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)

確認(rèn)做測(cè)點(diǎn)文件時(shí)，相鄰匹配零件間的測(cè)點(diǎn)一定要保持一致（首先確定數(shù)目和位置，序號(hào)可以等所有測(cè)點(diǎn)數(shù)量和位置確定后再進(jìn)行編號(hào)）。這是為了在分析相鄰面匹配時(shí)，能夠直觀地對(duì)比數(shù)據(jù)來(lái)做分析。

基本測(cè)點(diǎn)，就是主機(jī)定義的認(rèn)為是此零件測(cè)量時(shí)的最少測(cè)點(diǎn)，供應(yīng)商可以根據(jù)零件生產(chǎn)實(shí)際情況來(lái)增加測(cè)點(diǎn)。

做測(cè)點(diǎn)時(shí)，首先應(yīng)該測(cè)量零件需要做測(cè)點(diǎn)的位置的尺寸有多大，根據(jù)實(shí)際尺寸來(lái)確定測(cè)點(diǎn)的數(shù)量，不要根據(jù)導(dǎo)出來(lái)的圖形來(lái)隨便定幾個(gè)測(cè)點(diǎn)。

設(shè)計(jì)GD&T和測(cè)點(diǎn)時(shí)，要知道零件周邊搭接零件情況，快速的方式是打開(kāi)零件所在的IA號(hào)，進(jìn)行拆解分析，如圖3所示。

圖3 零件匹配關(guān)系圖

GD&T和測(cè)點(diǎn)文件應(yīng)該是同步進(jìn)行的，首先需要進(jìn)行接口功能分析；列出接口零件清單，接口功能圖，如圖4所示。

圖4 接口功能分析圖

3.2 測(cè)點(diǎn)的編制

要一步一步地來(lái)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)編制。

首先進(jìn)行左右兩邊搭接零件的考慮（如圖5所示），前輪罩外板根據(jù)測(cè)量的尺寸，定義3個(gè)測(cè)點(diǎn)，位置均布，但是前隔板零件上要考慮兩個(gè)方向的測(cè)點(diǎn)，所以要布置6個(gè)測(cè)量要素。前輪罩外板是一個(gè)平面板件，所以切邊和型面可以從一個(gè)測(cè)點(diǎn)來(lái)反應(yīng)，所以只需要布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)要素。

圖5 測(cè)點(diǎn)布置

遇到曲線或者曲面的情況，需要測(cè)量曲線或者曲面的實(shí)際長(zhǎng)度來(lái)確定測(cè)點(diǎn)數(shù)量，如圖6所示。根據(jù)測(cè)點(diǎn)選擇原則平面測(cè)點(diǎn)間距為100 mm左右，所以此處可定義3個(gè)測(cè)點(diǎn)。

圖6 測(cè)點(diǎn)數(shù)量確定

3.3 完成測(cè)點(diǎn)文件的步驟

綜上所述，要確保完成的零部件測(cè)點(diǎn)文件符合本文要求，需要以下幾個(gè)步驟：

（1）分析零件周邊零件信息，列出零部件接口信息列表，這其實(shí)是GD&T設(shè)計(jì)的一個(gè)先決條件；

（2）根據(jù)測(cè)點(diǎn)選取原則，確定測(cè)點(diǎn)數(shù)量；

（3）根據(jù)零件特征，確定零件的坐標(biāo)位置，如圖5的3個(gè)測(cè)點(diǎn)就應(yīng)該以Z軸方向來(lái)確定即可。例如：可定為Z=800，Z=700，Z=600這3個(gè)位置；

（4）周邊測(cè)點(diǎn)完成后，再統(tǒng)一進(jìn)行測(cè)點(diǎn)編號(hào)。

4 檢具設(shè)計(jì)的優(yōu)化

首先必須弄清楚的是，給哪個(gè)模具或者夾具做檢具，而不是為了做檢具而做檢具。檢具實(shí)際是為了檢測(cè)對(duì)應(yīng)的模具或者夾具制造出的零件，所以檢具和模具、檢具一定要配套設(shè)計(jì)。保持他們擺放方式和基準(zhǔn)上的一致性，就尤為重要了。

為了保持?jǐn)[放方式和基準(zhǔn)的一致，圖紙的作用就尤為重要。所有模夾檢的擺放和基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，都是參考圖紙，但是如果圖紙本身設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮全面，后面設(shè)計(jì)制造夾具、模具時(shí)，難免會(huì)更改擺放方式或者基準(zhǔn)，這是不一致的根源。

目前在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)者水平局限的條件下，唯一能夠保證檢具與夾具、模具一致性的解決辦法，就是提前讓夾具和模具完成設(shè)計(jì)確認(rèn)，檢具設(shè)計(jì)延后進(jìn)行，畢竟檢具的生產(chǎn)周期要短于夾具，更短于模具。

4.1 基準(zhǔn)一致性檢查

這是老生常談的問(wèn)題，不僅僅要求零部件在供應(yīng)商的工裝上、檢具上和主機(jī)廠的工裝、主機(jī)廠的檢具上的基本定位孔，定位面要保持一致，而且供應(yīng)商處的檢具設(shè)計(jì)的零件擺放位置一定要與第一裝車位置一致。

比如，N系列車型常用的輪罩內(nèi)板零件（如圖7所示），輪罩內(nèi)板工裝上的擺放位置與車身上的焊接位置是一致的，則檢具設(shè)計(jì)也要遵從這個(gè)擺放方式，這是確保基準(zhǔn)一致性的第一步。在此基礎(chǔ)上，再最大程度的保證夾緊、支撐的位置與焊接夾具的一致性。

圖7 輪罩內(nèi)板零件

圖8 輪罩內(nèi)板零件在檢具上

4.2 檢具上的測(cè)量標(biāo)識(shí)

如圖9，無(wú)論孔軸，還是型面，切邊。只要是檢測(cè)塊，或者是檢測(cè)孔，都要在旁邊加上車身絕對(duì)坐標(biāo)標(biāo)志。+X，-X，+Y，-Y，+Z，-Z 這 3個(gè)方向，使用箭頭表示出+X，+Y，+Z這3個(gè)方向，方便測(cè)量人員分辨和制定測(cè)量計(jì)劃的人員分辨。

圖9 檢具方向標(biāo)識(shí)

圖10 檢具型面檢測(cè)方向標(biāo)識(shí)方式

圖11 檢具孔位檢測(cè)方向標(biāo)識(shí)方式

圖12 難以標(biāo)識(shí)方向的檢具孔位檢測(cè)設(shè)計(jì)方式

圖12的這種孔檢測(cè)方式，不方便車身絕對(duì)坐標(biāo)方向識(shí)別，所以建議更改為圖11所示的孔檢測(cè)方式。

5 測(cè)量記錄表的優(yōu)化

實(shí)現(xiàn)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)支持的虛擬匹配，要從測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)開(kāi)始考慮，在檢具設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的車身絕對(duì)位置的檢測(cè)，匯總零部件的統(tǒng)計(jì)記錄數(shù)據(jù)，并形成匹配零件間的匹配分析。以上兩大步完成了零部件間的測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，完成了檢具上的車身絕對(duì)坐標(biāo)的標(biāo)注，此步驟主要完成以下兩項(xiàng)：

（1）檢具測(cè)量數(shù)據(jù)的絕對(duì)坐標(biāo)化記錄入表；

（2）根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行零件對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的數(shù)值分析。

以左前后大梁匹配區(qū)域?yàn)槔?，說(shuō)明改進(jìn)后的尺寸測(cè)量記錄表的改進(jìn)點(diǎn)及用途。

如圖13所示，前后大梁搭接匹配區(qū)域，做截面A-A（實(shí)際測(cè)量選擇會(huì)更多的截面數(shù)據(jù)），截面圖如圖14所示，測(cè)點(diǎn)1～10如圖14所標(biāo)識(shí)，表1和表2為此截面的檢具測(cè)量數(shù)值。

圖13 前后大梁搭接示意圖

圖14 SECTION(截面)A-A

測(cè)點(diǎn)編號(hào)依次為1～10，測(cè)量數(shù)據(jù)列表如表1、表2。

表1 左前大梁（外側(cè)）檢具測(cè)量數(shù)據(jù)

表2 左后大梁（內(nèi)側(cè)）檢具測(cè)量數(shù)值

對(duì)于超差區(qū)域大的Z=-30的測(cè)點(diǎn)（大梁右側(cè)側(cè)壁部分）的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，如圖15所示。

圖15 干涉區(qū)域分析預(yù)測(cè)圖

圖15中，虛線表示處于匹配內(nèi)側(cè)的左后大梁的右側(cè)壁的對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)車身絕對(duì)坐標(biāo)偏差數(shù)值，實(shí)線表示處于匹配外側(cè)的左前大梁的右側(cè)壁的對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)車身絕對(duì)坐標(biāo)偏差數(shù)值，可以明顯看出，處于內(nèi)側(cè)的左后大梁的偏差值，大于處于外側(cè)的左前大梁的偏差值，可以預(yù)見(jiàn)會(huì)出現(xiàn)如圖16的干涉問(wèn)題產(chǎn)生。

圖16 干涉問(wèn)題預(yù)測(cè)

到此，我們就完成了一個(gè)虛擬預(yù)測(cè)分析實(shí)例。完成此過(guò)程，必須要前面的兩個(gè)步驟，測(cè)點(diǎn)和檢具的優(yōu)化。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文從某公司的實(shí)際測(cè)量現(xiàn)狀出發(fā)，從尺寸開(kāi)發(fā)前期開(kāi)始考慮，到后期的檢具開(kāi)發(fā)優(yōu)化，到最后的虛擬匹配分析圖表工具的應(yīng)用，最終達(dá)成預(yù)測(cè)分析現(xiàn)場(chǎng)裝車會(huì)發(fā)生的問(wèn)題。

與以往匹配工作對(duì)比，有以下改進(jìn)：

零件測(cè)點(diǎn)文件，增加了測(cè)點(diǎn)具體坐標(biāo)位置和匹配零件間的測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)零件問(wèn)題位置，方便分析問(wèn)題；

檢具整體的車身絕對(duì)坐標(biāo)標(biāo)識(shí)，從結(jié)果導(dǎo)向要求，檢具整體標(biāo)識(shí)了車身絕對(duì)坐標(biāo)方向，方便測(cè)量人員準(zhǔn)確辨識(shí)被測(cè)要素的車身絕對(duì)偏差方向；

零件檢具測(cè)量記錄表，增加了零部件偏差車身絕對(duì)方向，并增加了測(cè)點(diǎn)位置欄，可擴(kuò)展的零件測(cè)量數(shù)據(jù)記錄方式。方便零部件間的匹配數(shù)據(jù)分析，并預(yù)測(cè)車身匹配問(wèn)題。

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