車身尺寸工程及應(yīng)用

摘 要：汽車車身尺寸工程的目的是實(shí)現(xiàn)尺寸鏈的價(jià)值工程，是保證車輛內(nèi)外飾美觀，低噪音的基礎(chǔ)，本文簡(jiǎn)述了整車尺寸配合標(biāo)準(zhǔn)（DTS）和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)過程，以及尺寸工程經(jīng)驗(yàn)庫和流程。

關(guān)鍵詞：尺寸工程 整車尺寸配合標(biāo)準(zhǔn)（DTS） 尺寸匹配（MC）

一、引言

汽車消費(fèi)從解決人們基本出行逐步轉(zhuǎn)向個(gè)性化需求，對(duì)汽車的外觀及內(nèi)部造型匹配設(shè)計(jì)逐步成為汽車廠的競(jìng)爭(zhēng)力之一。為了持續(xù)滿足各細(xì)分市場(chǎng)客戶的需求，同時(shí)又要兼顧考慮制造成本及維護(hù)成本，整車尺寸工程設(shè)計(jì)及匹配標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)已成為國內(nèi)很多汽車公司的基本發(fā)展能力[1]。汽車的核心設(shè)計(jì)能力主要包括底盤構(gòu)架，發(fā)動(dòng)機(jī)，整車車體設(shè)計(jì)，隨著國外車體設(shè)計(jì)逐漸內(nèi)移，國內(nèi)很多汽車公司具備了初步研發(fā)及設(shè)計(jì)能力，但是如何在設(shè)計(jì)前期結(jié)合造型（ST），制造工藝導(dǎo)向（DFM），制造裝配導(dǎo)向（DFA），需要有一套系統(tǒng)的尺寸工程管理來引導(dǎo)車體設(shè)計(jì)，而且需要通過建立可持續(xù)改進(jìn)的學(xué)習(xí)平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫來完善和持續(xù)提高車體的美感及可制造性，實(shí)現(xiàn)汽車個(gè)性化及制造成本的價(jià)值平衡。目前國內(nèi)汽車公司已不同程度的建立的尺寸工程系統(tǒng)，或者通過與大學(xué)院校的合作建立了部分環(huán)節(jié)，尤其是合資企業(yè)正在向基于大數(shù)據(jù)及虛擬評(píng)估的軟件系統(tǒng)來進(jìn)行車體設(shè)計(jì)，并通過虛擬裝配制造（VAVB）及實(shí)車的匹配驗(yàn)證（MC）兩大PDCA循環(huán)環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)數(shù)模設(shè)計(jì)與實(shí)車驗(yàn)證的融合。從車體造型到實(shí)車批量制造，尺寸工程一般包括以下幾個(gè)過程：（1）確定整車配合標(biāo)準(zhǔn)（DTS）；（2）基準(zhǔn)確定及一致性分解（DIC）；（3）虛擬匹配評(píng)估（VA）/集成車評(píng)估（IV）；（4）零部件數(shù)模/標(biāo)準(zhǔn)制定（Data/GDT）；（5）車體測(cè)點(diǎn)規(guī)劃（MP）；（6）測(cè)量系統(tǒng)規(guī)劃實(shí)施（MS）；（7）整車匹配及數(shù)據(jù)驗(yàn)證（MC）；（8）差異解決及改進(jìn)（LL）。

二、確定整車匹配標(biāo)準(zhǔn)DTS

一輛吸引顧客眼球的車輛必須在設(shè)計(jì)前期進(jìn)行客戶需求調(diào)研（VOC），并通過造型設(shè)計(jì)確定外形整體的多個(gè)可選方案，同時(shí)再通過油泥模的塑造來實(shí)體感受造型的空間映像，有些企業(yè)的質(zhì)量部通過和第三方調(diào)研公司的配合來深度發(fā)現(xiàn)目標(biāo)客戶的造型需求及偏好，從而實(shí)現(xiàn)較為清晰的客戶需求，很值得其他企業(yè)借鑒。造型選擇的過程中，尺寸及工藝工程師必須參加與造型設(shè)計(jì)師的交流，確定細(xì)節(jié)的配合形狀的可制造方案，以便實(shí)現(xiàn)在不影響造型風(fēng)格的前提下，確定易于制造的造型及匹配標(biāo)準(zhǔn)，目的是減少或弱化DTS標(biāo)準(zhǔn)/特征的設(shè)定。圖1是典型的車身后續(xù)配合圖，比較可得，通過造型設(shè)計(jì)的弱化，左車減少了2個(gè)平整度（flush）特征的要求，只有間隙（Gap）的要求，對(duì)制造質(zhì)量更易于穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)，工藝要求不高，同時(shí)也不影響外型效果。

DTS的標(biāo)準(zhǔn)一般根據(jù)不同類車型而略有差別，包括三廂（NB）/二廂（HB）/運(yùn)動(dòng)型（SUV）/旅行車（SW）有不同的設(shè)定，一般為間隙+/-0.5，平整度是+/-0.5的范圍內(nèi)。DTS的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定一般是通過競(jìng)品車型的比較來確定。設(shè)定并不是工程師的工作重心，標(biāo)準(zhǔn)的可達(dá)方案及細(xì)微部的優(yōu)化處理往往是需要團(tuán)隊(duì)及工程師的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用及創(chuàng)造來實(shí)現(xiàn)，優(yōu)秀的工程團(tuán)隊(duì)會(huì)有專業(yè)的造型庫來提供設(shè)計(jì)參考和思路。確定DTS需要充分造型，產(chǎn)品及工藝制造各部門的先期融合及交流確定的折中方案，對(duì)于性價(jià)比要求高的中級(jí)/低級(jí)車的批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)前期確定合理的造型是實(shí)現(xiàn)低成本制造的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)制造工藝的穩(wěn)定，即減少變動(dòng)成本。

三、基準(zhǔn)確定及一致性分解

基準(zhǔn)的確定及合理性是尺寸匹配標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，這一逆向工程是產(chǎn)品和工藝拆分的重要接口，需要大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的匯總及工藝標(biāo)準(zhǔn)的試錯(cuò)轉(zhuǎn)化而成。目前有零件定位和工裝定位兩種策略方向，美系車大量采用零件定位點(diǎn)，利于盲裝的達(dá)成，需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就充分考慮各零件的關(guān)系優(yōu)化定位；歐系車更注重工裝定位及重復(fù)使用，在工裝設(shè)計(jì)時(shí)以經(jīng)驗(yàn)?zāi)０鍋砜刂破ヅ滟|(zhì)量，但對(duì)實(shí)際制造過程帶來很多操作節(jié)拍要求及工裝的長(zhǎng)期維護(hù)。實(shí)踐過程中往往是兩種方式的平衡選擇，從而實(shí)現(xiàn)價(jià)值工程的平衡?；鶞?zhǔn)的確定后，后續(xù)的定位分配即可開展，但是很多一致性分解往往要到集成試驗(yàn)車及尺寸匹配（MC）階段進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。

四、虛擬匹配評(píng)估（VV）/集成車評(píng)估（IV）

確定完配合標(biāo)準(zhǔn)及零部件定位以后，通過數(shù)模在計(jì)算機(jī)里的模擬，我們便可進(jìn)行初步的尺寸配合模擬，目前CDLS及3DLS軟件便可進(jìn)行裝配模擬，一般需要通過連續(xù)幾天的重復(fù)裝配模擬達(dá)到合格率95%及以上才可實(shí)現(xiàn)裝配的穩(wěn)定性驗(yàn)證。否則需要重新尋求產(chǎn)品造型或工藝定位裝配方案來保證配合的可達(dá)性。軟件模擬一般對(duì)零部件進(jìn)行剛性處理，零件的變形及重力彎曲往往不能真實(shí)反映，我們需要通過后續(xù)集成車來細(xì)化驗(yàn)證。有些公司也開始進(jìn)行先期的重力，氣彈簧力等物理受力的有限元模擬來初步獲得一些零件反變形的方案，但是軟件參數(shù)設(shè)定本身需要大量的實(shí)踐驗(yàn)證數(shù)據(jù)來參考設(shè)定，所以實(shí)踐過程中需要投入資金進(jìn)行試車零件的獲得，以便能模擬關(guān)鍵制造工藝及裝配的效果，因此越能在制造前期改進(jìn)問題及提高制造穩(wěn)定性。目前一些快速的3D打印技術(shù)的發(fā)展也為驗(yàn)證提供更好的方法快速實(shí)現(xiàn)零件獲得及實(shí)車驗(yàn)證，包括有些過程小工裝也可快速獲得并驗(yàn)證使用效果。

五、零部件數(shù)模/標(biāo)準(zhǔn)制定（CD/GDT）

通過計(jì)算模擬及驗(yàn)證后的數(shù)模及標(biāo)準(zhǔn)將更加易于工藝規(guī)劃及制造實(shí)現(xiàn)。某些零部件的設(shè)計(jì)及認(rèn)證一般不是汽車主機(jī)廠進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)的，外包給很多供應(yīng)商OEM負(fù)責(zé)開發(fā)，主機(jī)廠要和供應(yīng)商OEM設(shè)計(jì)及工藝團(tuán)隊(duì)充分溝通，以便在早期實(shí)現(xiàn)工藝策略及尺寸可達(dá)性的方案，減少因制造工藝的問題對(duì)零部件尺寸造成的影響。需要有專門的數(shù)據(jù)庫來收集并匯總跟蹤部件的應(yīng)用案列來系統(tǒng)的解決并提高零部件對(duì)車身裝配的影響。

六、車體測(cè)點(diǎn)規(guī)劃

測(cè)點(diǎn)規(guī)劃是連接理論數(shù)模和實(shí)車尺寸的關(guān)鍵轉(zhuǎn)換對(duì)象，按照一定間隔要求進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的設(shè)置及關(guān)鍵零件特性處的設(shè)定。測(cè)點(diǎn)是實(shí)車分析問題的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，尺寸工程的本質(zhì)就是通過測(cè)量數(shù)據(jù)的分析來改進(jìn)設(shè)計(jì)及制造達(dá)標(biāo)。目前按照車體劃分為車框測(cè)點(diǎn)（A類），開啟件測(cè)點(diǎn)（B類），白車身配合測(cè)點(diǎn)（C類），整車配合測(cè)點(diǎn)（D類）。其中A/B是絕對(duì)測(cè)點(diǎn)，C/D是相對(duì)功能測(cè)點(diǎn)。按照功能優(yōu)先級(jí)可分為I類點(diǎn)安全相關(guān)測(cè)點(diǎn)（地盤懸架），硬點(diǎn)（關(guān)鍵配合），II類點(diǎn)（工藝定位）。許多車廠混合使用，有些工廠關(guān)注以功能測(cè)點(diǎn)為方向的測(cè)點(diǎn)管理體系。

七、測(cè)量系統(tǒng)規(guī)劃實(shí)施

測(cè)點(diǎn)必須通過儀器設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)測(cè)量，就需要測(cè)量系統(tǒng)的規(guī)劃，包括測(cè)量設(shè)備和檢具二個(gè)方面。測(cè)量設(shè)備一般包括白光檢測(cè)儀（沖壓零件），CMM（車身）以及FARO（移動(dòng)式三坐標(biāo)），檢具一般包括HCF（過程零件檢具），OCF（裝配檢具），TAC（總成檢具）等[3]。一般汽車廠包括沖壓/車身/油漆/總裝四大工藝車間，測(cè)量系統(tǒng)規(guī)劃的主體是車身尺寸及總裝尺寸的測(cè)量系統(tǒng)，車身車間通過離線CMM的測(cè)量及在線視覺系統(tǒng)的穩(wěn)定性測(cè)量實(shí)現(xiàn)過程尺寸的控制，總裝車間一般通過離線的裝配檢具TAC測(cè)量及在線的配合尺寸的測(cè)量（塞尺或激光掃描）來進(jìn)行過程控制。隨著測(cè)量設(shè)備的高精度，高速度，在線化的發(fā)展，目前開始采用了大量在線視覺檢測(cè)裝置（如博賽的Helix掃描測(cè)頭），用于工藝穩(wěn)定性及關(guān)鍵匹配特征的波動(dòng)測(cè)量，有些視覺測(cè)量系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)主動(dòng)測(cè)量并控制工藝機(jī)器人的軌跡修正來自動(dòng)維持產(chǎn)品的配合尺寸，如車頂?shù)淖詣?dòng)引導(dǎo)系統(tǒng)等。所有的過程數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)采集平臺(tái)自動(dòng)上傳記錄，即實(shí)現(xiàn)尺寸過程大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，便于后續(xù)的跟蹤及快速問題定位及解決，如GM的GDIS系統(tǒng)，已經(jīng)可統(tǒng)計(jì)全球同步項(xiàng)目的所有數(shù)據(jù)用于不同區(qū)域的對(duì)標(biāo)及改進(jìn)，同時(shí)目前也在集成供應(yīng)商零件數(shù)據(jù)來快速主導(dǎo)尺寸問題的解決。沖壓件快速測(cè)量則使用基于照片數(shù)據(jù)分析的藍(lán)光掃描儀（海克斯康或GOM），通過快速面尺寸全息數(shù)據(jù)的收集，快速指導(dǎo)問題解決。

八、整車匹配及數(shù)據(jù)驗(yàn)證

整車匹配在尺寸工程的活動(dòng)中是很重要的環(huán)節(jié)，也是企業(yè)學(xué)習(xí)提高，鍛煉尺寸工程人員的重要活動(dòng)。一般包含零部件跟蹤（PMC），試車工藝產(chǎn)品驗(yàn)證（PPV），批量制造（LP）階段。匹配活動(dòng)分內(nèi)飾/外飾匹配，外飾以前/中/后部位主要控制對(duì)象，主要包括車體4個(gè)燈部位，前后保險(xiǎn)杠，IP（中控面板）等。整車匹配同時(shí)對(duì)車身裝配工裝也進(jìn)行驗(yàn)證，以保證高速批量的白車身穩(wěn)定性。尺寸匹配的三大要點(diǎn)：整車導(dǎo)向/名義值控制/零部件關(guān)注。首先要重視零部件的尺寸合格率及穩(wěn)定性（波動(dòng)?。?，零件的尺寸名義值達(dá)標(biāo)及穩(wěn)定性是匹配標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的基本。通過與外包件采購工程師，質(zhì)量工程師一起對(duì)供應(yīng)商檢具一致性及零件的實(shí)地走訪，在整車匹配之前就掌握關(guān)鍵匹配零部件的實(shí)際尺寸信息，帶有數(shù)據(jù)封樣的零件交付汽車廠后就可以開展總成車的匹配工作，車身車間的工裝標(biāo)定數(shù)據(jù)也需要匯總收集，便于尺寸問題的判斷，原則是零件達(dá)標(biāo)，不達(dá)標(biāo)則零件需穩(wěn)定，極少數(shù)問題可進(jìn)行工裝的偏調(diào)來解決。

九、差異解決及改進(jìn)

通過對(duì)車身/零件測(cè)點(diǎn)的收集及匯總，發(fā)現(xiàn)并找出問題原因是貫穿尺寸匹配活動(dòng)的重要內(nèi)容，能否快速發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證原因和落實(shí)措施是工作的難點(diǎn)，由于尺寸鏈的復(fù)雜及物理特性的影響，尺寸解決方案往往必須與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)合，才能有效找到問題的解決點(diǎn)。所有尺寸問題的解決最總需要反饋設(shè)計(jì)部門供后續(xù)改型或新車設(shè)計(jì)時(shí)參考應(yīng)用。上述內(nèi)容及應(yīng)用只是尺寸工程的一般過程，如果我們能把造一輛車當(dāng)作學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，那么尺寸工程需要通過平臺(tái)來系統(tǒng)匯總造車經(jīng)驗(yàn)，附圖2很好的概述了這個(gè)系統(tǒng)反復(fù)循環(huán)的過程，其中經(jīng)驗(yàn)庫是核心，也是企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力所在。

近年，新材料及新工藝的應(yīng)用越來越多，其中激光焊接板以及鋁板的引入，對(duì)尺寸配合標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)到又提出了新的要求，激光鈑焊接變形多，穩(wěn)定性不高，熱變形會(huì)導(dǎo)致配合尺寸的波動(dòng)。需要不斷學(xué)習(xí)應(yīng)用提高穩(wěn)定性，同時(shí)激光焊及激光釬焊對(duì)零件的合格率要求更高，要求在+/-0.25mm之間，否者會(huì)引起漏縫及焊穿等缺陷。這些新材料工藝的變化也對(duì)尺寸工程的控制及管理提出新的要求，我們?nèi)孕柰ㄟ^經(jīng)驗(yàn)庫及流程來學(xué)習(xí)并匯總實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。尺寸工程的導(dǎo)入對(duì)整車設(shè)計(jì)及價(jià)值提高有很大的幫助，其原則是尺寸鏈設(shè)計(jì)的原則，減少配合特征，減少尺寸鏈的數(shù)量，運(yùn)用工裝合理縮短尺寸鏈。在實(shí)踐應(yīng)用中我們必須靈活運(yùn)用，并在設(shè)計(jì)前期充分評(píng)估，真真減少復(fù)雜設(shè)計(jì)帶來的制造波動(dòng)及難度，實(shí)現(xiàn)客戶需要的美觀實(shí)用，功能可靠的汽車銷售。

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