結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證模型(DCM)在新產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用

沈衛(wèi)東 林芳 楊濤

（上海大眾汽車有限公司）

在某公司整車開發(fā)流程中，規(guī)劃認(rèn)可（Planungsfreigabe，以下簡稱P-F）和采購認(rèn)可（Beschaffungsfreigabe，以下簡稱B-F）是兩個(gè)里程碑式的重要節(jié)點(diǎn)。為使在P-F階段能夠借助可靠檢驗(yàn)手段發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，避免B-F階段由于技術(shù)更改而帶來的高額的改?；蛐弈ＹM(fèi)用。在樣車試制階段，白車身的質(zhì)量不穩(wěn)定，偏差難以控制在1 mm以下。一旦在安裝過程中發(fā)現(xiàn)P-F零件干涉或其他問題，就無法判斷是設(shè)計(jì)問題還是由于車身本身偏差造成的。這就要求在樣車試制階段就有一個(gè)高精度的車身平臺(tái)，排除車身本身質(zhì)量對(duì)裝車匹配的干擾。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證模型（Design Check Model，以下簡稱DCM）應(yīng)運(yùn)而生。該模型的出現(xiàn)除了大大降低零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，也為研發(fā)與制造建立堅(jiān)實(shí)紐帶，填補(bǔ)了研發(fā)過程中的空白，提升了評(píng)價(jià)效率，在評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)之余對(duì)于樣件的制造精度和質(zhì)量的評(píng)價(jià)也更為直觀全面，使得開發(fā)環(huán)節(jié)更為緊湊，使得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)手段有了質(zhì)的飛躍。

1 DCM總體概況和應(yīng)用情況

1.1 DCM的總體概況

DCM用于產(chǎn)品開發(fā)初期及早發(fā)現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，是根據(jù)P-F制造的用于檢驗(yàn)樣件的安裝及匹配的功能模型。該模型模擬白車身，檢驗(yàn)總裝件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.1.1 DCM的檢驗(yàn)范圍

DCM可檢驗(yàn)的范圍如下:

1）外飾范圍:左右側(cè)圍（包含密封條）、后保險(xiǎn)杠、尾燈、后蓋（需檢驗(yàn)后蓋最大開啟角度）、前門（包含車窗導(dǎo)軌，外后視鏡）、后門（包含車窗導(dǎo)軌）、前風(fēng)窗、后風(fēng)窗、后輪罩、前保險(xiǎn)杠、前蓋、翼子板、大燈、霧燈、格柵、前輪罩、落水槽蓋板、加油小門系統(tǒng)、天窗。

2）內(nèi)飾范圍:儀表板總成、中央通道總成、車頂內(nèi)飾、A/B/C柱內(nèi)飾、前門內(nèi)飾總成、后門內(nèi)飾總成、門檻內(nèi)飾、地毯和隔音墊、前圍隔音墊、頭部安全氣囊、前座椅及安全帶、后座椅及安全帶、后蓋內(nèi)飾總成、衣帽架、行李箱內(nèi)飾、備胎槽地毯、腳踏板總成。

1.1.2 DCM在開發(fā)流程中的節(jié)點(diǎn)

為及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題的同時(shí)有針對(duì)性的解決PT樣車問題，DCM的節(jié)點(diǎn)要早于第10臺(tái)樣車10周。相較于以往項(xiàng)目需要在PT樣車安裝時(shí)才能發(fā)現(xiàn)問題，無疑大大節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。

1.2 DCM的應(yīng)用情況

DCM根據(jù)研發(fā)項(xiàng)目類別，分為：1）以模型為載體的全新開發(fā)項(xiàng)目；2）以Q2車身為載體的改型項(xiàng)目。

1.2.1 以模型為載體的DCM應(yīng)用情況

1）模型應(yīng)用情況。在全新開發(fā)車型項(xiàng)目中，考慮到整車需要驗(yàn)證范圍較大，為充分保證載體的可靠度和重復(fù)利用性，因此在工藝規(guī)劃之初確立了銑削制造工藝。在充分考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下，根據(jù)模塊的不同選取不同材料進(jìn)行銑削制造，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ桶ㄜ嚿怼㈤T蓋和車頭3大部分。其中前后圍及底板模塊采用環(huán)氧樹脂銑削，其余模塊均采用鑄鋁銑削，所有安裝點(diǎn)均采用高強(qiáng)度鋼銑削鑲塊。模型式DCM模塊分類，如圖1所示。

2）以模型為載體DCM精度。為了確保模型精度，在模型的模塊裝配調(diào)整過程中全程使用測量設(shè)備進(jìn)行輔助調(diào)整。確保模型精度如下：

外飾精度:單件±0.25 mm，總成±0.50 mm；內(nèi)部精度：單件±0.15 mm，總成±0.25 mm；內(nèi)飾安裝點(diǎn)（鋼件）精度：±0.15 mm；骨架平面度：±0.10 mm；孔距精度：±0.10 mm。

1.2.2 以Q2車身為載體的DCM應(yīng)用情況

除了以上介紹的銑削DCM方案外，對(duì)于目前量產(chǎn)車型的改款（如Facelift、GP等保持原平臺(tái)，一般軸距保持不變），則采用Q2車身方案。

以某款車型為例，作為改款車型，老款車型已量產(chǎn)多年，車身質(zhì)量比較穩(wěn)定，而新車型與老車型平臺(tái)及軸距不變，便于Q2車身方案實(shí)施。

首先，申領(lǐng)Q2標(biāo)準(zhǔn)的白車身。Q2車身標(biāo)準(zhǔn)要求無B類缺陷和20分C類缺陷，離縫和過渡須符合Audit規(guī)定。

針對(duì)新老車型的差異范圍，換裝了新狀態(tài)的前后蓋、翼子板和四門鈑金。同時(shí)，參照新車型數(shù)據(jù)在批量車身上對(duì)前縱梁、中央通道鈑金、手剎支架、輪罩內(nèi)板、尾燈板等作了修改。換裝和更改后的零件通過三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行測量和輔助定位，確保其達(dá)到精度要求。

相比銑削方案，Q2車身方案價(jià)格低，生產(chǎn)周期短，精度好于試制階段的樣車，甚至是已經(jīng)量產(chǎn)的車輛。Q2車身方案是DCM銑削方案的一種補(bǔ)充，也是公司新產(chǎn)品開發(fā)過程中綜合考慮費(fèi)用成本、時(shí)間成本和精度要求的一種創(chuàng)新。

1.3 DCM的作用

1）對(duì)產(chǎn)品方案（人機(jī)、批量定點(diǎn)、外觀）盡早做出評(píng)估；2）對(duì)當(dāng)前開發(fā)狀態(tài)進(jìn)行可視化評(píng)價(jià)及確認(rèn)；3）評(píng)價(jià)內(nèi)、外飾件的尺寸精度、固定方式、縫道及造型輪廓；4）評(píng)價(jià)零件的裝拆性；5）盡早發(fā)現(xiàn)問題，跟蹤、分析零件的模具工藝；6）為專業(yè)科室提供長期支持，為批量生產(chǎn)起步提供保障。

1.3.1 測量基準(zhǔn)

Sofa（集團(tuán)夏季試車）、Wifa（集團(tuán)冬季試車）、MMD（領(lǐng)導(dǎo)試車）這樣的重要樣車上需要對(duì)儀表板、中央通道、門內(nèi)飾進(jìn)行預(yù)匹配，同時(shí)需要對(duì)這些零件做測量以進(jìn)行分析評(píng)估。

但此時(shí)往往缺少相應(yīng)的夾具來保證零件在自由狀態(tài)進(jìn)行測量。最理想的情況是裝配在整車上進(jìn)行測量，借助于整車的RPS建立車身坐標(biāo)系，能夠反映單件的功能尺寸和在整車中的相對(duì)位置。

試制階段的白車身精度顯然難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)樣架的要求，而DCM憑借自身的高精度，就能夠很好的完成這項(xiàng)工作。在某款車DCM上完成了車頂內(nèi)飾、儀表板、中央通道、門內(nèi)飾、柱內(nèi)飾等多個(gè)總裝零件的預(yù)匹配和測量，而這些測量報(bào)告也為新產(chǎn)品的開發(fā)提供了準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

1.3.2 決策依據(jù)

相較于以往向領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)產(chǎn)品開發(fā)中的技術(shù)問題時(shí)只能通過技術(shù)資料的單一方式，DCM無疑提供了一個(gè)更為便利直觀的決策依據(jù)，DCM除了可以展示裝配結(jié)果之外，還可以演示裝配過程，對(duì)于過程中產(chǎn)生的問題點(diǎn)也可以直觀展示，通過在DCM上展示，為領(lǐng)導(dǎo)層進(jìn)行技術(shù)決策提供了重要依據(jù)。

隨著DCM在新產(chǎn)品開發(fā)中的作用日益體現(xiàn)，領(lǐng)導(dǎo)層越來越重視和信賴DCM這個(gè)平臺(tái)。目前，當(dāng)工程師匯報(bào)新方案時(shí)，領(lǐng)導(dǎo)往往要求該方案要在DCM上進(jìn)行試裝，并反饋試裝效果。安裝樣件后的DCM，如圖2所示。

1.3.3 任務(wù)拓展

以DCM為載體除了可以進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證之外，以其本身的高精度為樣件檢測和評(píng)價(jià)提供了可靠平臺(tái)，由于DCM上測量點(diǎn)呈現(xiàn)逐級(jí)遞進(jìn)的分布方式，以此為載體可以對(duì)每一個(gè)總成級(jí)別的樣件進(jìn)行測量。

2 DCM的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 模型載體與樣車工藝的結(jié)合

為使DCM的檢驗(yàn)結(jié)果更為可靠，在DCM上創(chuàng)新地采用了樣車結(jié)構(gòu)與模型載體的融合，所有的模塊采用模型式的銑削工藝，而在需要零件安裝點(diǎn)的部分則采用鑲塊式工藝，鑲塊均采用鋼銑削，確保安裝點(diǎn)與實(shí)車結(jié)構(gòu)的一致。

每個(gè)模塊通過數(shù)控機(jī)床進(jìn)行銑削，通過對(duì)鑲塊精度及總成精度的嚴(yán)格控制，除了可以大幅度提升模型的精度外，極大地確保了檢驗(yàn)結(jié)果的可靠性和精準(zhǔn)性，鑲塊精度為±0.15 mm，分總成精度為±0.25 mm，總成精度為±0.50 mm。每個(gè)單獨(dú)鑲塊都通過測量設(shè)備用兩螺兩銷進(jìn)行定位，確保了每個(gè)安裝點(diǎn)的精度控制在±0.15 mm。這一精度用于試制階段進(jìn)行樣件檢驗(yàn)的載體中開創(chuàng)了先河。

在以往項(xiàng)目中，由于沒有引入DCM工藝，因此通常要等到試制樣車裝車時(shí)才能得到驗(yàn)證，由于試制階段零件精度普遍不高，在安裝匹配時(shí)遇到的問題很難直觀進(jìn)行判斷問題歸屬，往往要制作局部驗(yàn)證模型進(jìn)行單獨(dú)驗(yàn)證，而每個(gè)局部驗(yàn)證模型的制作需要4～6周的制作周期，動(dòng)輒十幾萬到幾十萬不等的制造費(fèi)用，無疑在人力和物力方面均造成了浪費(fèi)。隨著DCM制造工藝的引入，充分解決了這一問題，由于載體精度高，使得問題的診斷反饋和解決都有了本質(zhì)性的提高。鑲塊模擬車身安裝點(diǎn)，如圖3所示。

2.2 模塊化鑲塊式制造工藝造就長生命周期

采用模塊化制造工藝的突出優(yōu)勢可以極大延續(xù)DCM的使用周期，在模型制造前期規(guī)劃中，創(chuàng)新地采用模塊化的制造工藝，分為：車頭、車身及門蓋3大部分，其中以車身部分為例，底板分為前圍、前底板、后底板、后圍；側(cè)圍分為前側(cè)圍和后側(cè)圍分總成。單件銑削完成后，在測量設(shè)備的輔助下進(jìn)行鑲塊安裝和調(diào)整，將分總成精度控制在±0.25 mm，所有分總成完成后，進(jìn)行模塊總拼。單獨(dú)模塊調(diào)整采用這種工藝可以極大降低銑削難度，同時(shí)并行銑削和分總成調(diào)整也使得制造周期更為緊湊和高效。數(shù)據(jù)狀態(tài)更新時(shí)，根據(jù)更改范圍的大小來進(jìn)行鑲塊或模塊的更換，即可將整個(gè)模型更新至最新狀態(tài)，極大的延續(xù)了模型生命周期。后側(cè)圍及后蓋模塊鑲塊更新，如圖4所示。

2.3 模塊樣件相結(jié)合的檢驗(yàn)手段

在DCM中創(chuàng)新地采用了模塊與樣件相結(jié)合的檢驗(yàn)手段，在驗(yàn)證零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也可以對(duì)于樣件表面質(zhì)量和尺寸精度進(jìn)行測量，以判斷該樣件單件精度以及考核和周邊零件的匹配關(guān)系，例如：某車頂拉手模塊，既可以通過高精度的安裝點(diǎn)位置安裝拉手樣件，以檢驗(yàn)樣件的可安裝性，也可以以模型為基礎(chǔ)建立坐標(biāo)，對(duì)拉手樣件的精度進(jìn)行測量。

在內(nèi)飾的評(píng)價(jià)中，儀表板側(cè)面端板與門內(nèi)飾之間的縫隙一直是評(píng)價(jià)重點(diǎn)，而在傳統(tǒng)的PT樣車裝配中，由于樣車及樣件精度問題，常常難以直觀區(qū)分和判斷設(shè)計(jì)問題還是制造問題，在DCM中除了高精度的車身可以為評(píng)價(jià)提供可靠依據(jù)的同時(shí)，在門小車和前側(cè)圍處分別銑削安裝的端板模塊，可以分別通過安裝不同的端板模塊，將問題點(diǎn)進(jìn)行直觀判斷，在節(jié)省了問題診斷時(shí)間的同時(shí)，大大提升了解決問題的效率。門內(nèi)飾端板模塊，如圖5所示。

2.4 檢驗(yàn)手段多樣性

在DCM模型上的測量點(diǎn)呈網(wǎng)狀分布，從總成至單獨(dú)模塊層層遞進(jìn)，全面覆蓋，門蓋類模塊均可放置于高精度帶測量基準(zhǔn)的托架上，可以進(jìn)行多工位的檢測，極大地提高了工作效率。另外，由于載體的精度高，除了可以進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證，也可以作為檢具對(duì)樣件精度進(jìn)行檢測。同時(shí)，也為了后續(xù)量產(chǎn)工裝的可達(dá)性提供了可靠的驗(yàn)證平臺(tái)。門檢測托架，如圖6所示。

2.5 多樣性的DCM制造工藝

依據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的不同情況，有針對(duì)性的制訂制造方案。針對(duì)全新開發(fā)車型，由于新件范圍大，需要驗(yàn)證的零件數(shù)量眾多，并且沒有精度可靠的平臺(tái)作為基礎(chǔ)，在此情況下，可以采用全銑削工藝進(jìn)行制造DCM，采用此種工藝可以極大地確保載體精度以及強(qiáng)度。針對(duì)改型車，由于新件范圍相對(duì)較小，需要進(jìn)行驗(yàn)證的零件數(shù)量不多，則采用Q2車身為載體，對(duì)于改型區(qū)域進(jìn)行有針對(duì)性的驗(yàn)證，在得到可靠驗(yàn)證結(jié)果的同時(shí)，也可以有效地控制成本。

3 結(jié)論

DCM制造工藝已先后在某公司多個(gè)研發(fā)項(xiàng)目中得到應(yīng)用，除了為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益外，也為國內(nèi)汽車行業(yè)帶來深遠(yuǎn)的社會(huì)影響。

1）DCM以其獨(dú)到的優(yōu)勢填補(bǔ)了開發(fā)流程中的空白，將開發(fā)流程中研發(fā)、試制、量產(chǎn)緊密聯(lián)系在一起，而基于DCM驗(yàn)證的小組工作方式，使得試制和量產(chǎn)進(jìn)行無縫連接。使得以往要等到量產(chǎn)發(fā)現(xiàn)的問題，可以早發(fā)現(xiàn)早解決，為車型量產(chǎn)的順利進(jìn)行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。以DCM為基礎(chǔ)，建立了企業(yè)內(nèi)部跨部門的技術(shù)交流平臺(tái)，并且得到各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)以及相關(guān)同事的一致贊許。

2）DCM投入使用后，以其創(chuàng)新性的工藝、超高的制造精度、可靠的驗(yàn)證載體以及極長的使用周期為后續(xù)項(xiàng)目奠定了良好基礎(chǔ)，除了對(duì)企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，更對(duì)于集團(tuán)內(nèi)部的技術(shù)交流起到了推動(dòng)和促進(jìn)作用。

由于DCM工藝的靈活性、多樣性以及可延續(xù)性，已成為開發(fā)流程中不可或缺的部分，在國內(nèi)整車開發(fā)的進(jìn)程中具備里程碑式的重要意義。