簡析汽車白車身尺寸開發(fā)與控制

劉亮　張杰　喬濤

摘 要：汽車白車身尺寸影響到產(chǎn)品的外觀品質(zhì)和整車性能，逐漸受到各個主機廠的重視。在產(chǎn)品開發(fā)過程中需要根據(jù)市場、用戶和性能等方面的要求，制定整車尺寸要求，通過尺寸鏈分析將整車尺寸要求分解到零部件，制定合理的零部件尺寸和公差，進而制定零部件和白車身工裝、工藝和檢具的開發(fā)策略和尺寸測量計劃，對關(guān)鍵的尺寸進行監(jiān)控和分析，達到白車身穩(wěn)定控制的目的。

關(guān)鍵詞：尺寸開發(fā);工裝;工藝及檢具開發(fā);測量數(shù)據(jù)分析和管控

1 概述

在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，汽車行業(yè)的競爭越來越激烈，白車身的精度品質(zhì)對整車品質(zhì)起到了重要作用，白車身的尺寸開發(fā)和控制就非常關(guān)鍵，一般白車身的尺寸開發(fā)和控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)如下。

1）制定DTS。DTS是整車質(zhì)量目標文件，根據(jù)產(chǎn)品要求制定DTS并將其分解到零部件公差，進行三維仿真和尺寸鏈計算，驗證DTS的合理性。

2）制定CDLS。CDLS設(shè)計師尺寸開發(fā)前期的關(guān)鍵內(nèi)容，包括基準策略、制造順序和零件分級等相關(guān)內(nèi)容，用于指導(dǎo)后期的工裝開發(fā)和GD&T圖紙的設(shè)計。

3）制定GD&T圖。根據(jù)零部件分解的公差制定GD&T圖，GD&T圖是最終正式的尺寸工程交流語言，需要體現(xiàn)基準和公差要求。生產(chǎn)和質(zhì)量部門依據(jù)GD&T圖紙及便利性，制定零部件及白車身的檢具開發(fā)策略及零部件的測量計劃。

4）零部件測量、分析和改進。按照測量計劃對零部件及白車身進行測量、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和調(diào)試，建立數(shù)據(jù)庫進行分析和持續(xù)改進。

2 DTS的制定

2.1 DTS的初步確定

新產(chǎn)品開發(fā)的初期，尺寸控制部門根據(jù)市場需求、客戶心理、競品車型、產(chǎn)品戰(zhàn)略、制造水平等等要求聯(lián)合產(chǎn)品工程、造型設(shè)計、市場、制造工程等區(qū)域制定初版的DTS（產(chǎn)品規(guī)格）。DTS通常以間隙、段差、平行度、一致性等要求來體現(xiàn)。如圖1為某車型的DTS。

2.2 DTS的校驗分析

初版DTS制定后，需要對其合理性進行校驗。制造可行性是能否實現(xiàn)DTS要求的基礎(chǔ)，校驗一般按照要求畫出尺寸鏈并進行分析來驗證。尺寸鏈分析一般采用統(tǒng)計公差疊加方法進行分析（特別重要的位置也可以考慮極限值分析方法進行分析），在造車驗證過程中針對驗證的問題再重新修正。下面結(jié)合實例介紹統(tǒng)計公差疊加分析方法的應(yīng)用。

尾門與后保的間隙要求及關(guān)聯(lián)零件及尺寸鏈情況如下圖2、圖3。

將零件裝配，給出定位和公差信息，計算分析結(jié)果如下圖4：

結(jié)果超差大，6σ偏大。經(jīng)分析，后蒙皮中間安裝支架為Y向長條型結(jié)構(gòu)，第一裝配方向幾乎在一直線上，裝配時容易擺動，影響Z向精度，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，需要優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

優(yōu)化結(jié)構(gòu)后，在后蒙皮中安裝支架取Z向測試點結(jié)果如下，結(jié)果不超差，6σ較小，如下圖5所示結(jié)果穩(wěn)定。

按照以上的校驗方式完成DTS所有要求的校驗，對于不合理的進行修正，另外開展數(shù)模的干涉校驗、功能性校驗、裝配性校驗等等，最終形成正式版DTS進行發(fā)布。

3 CDLS的制定

CDLS設(shè)計是尺寸開發(fā)前期的關(guān)鍵內(nèi)容，需要根據(jù)整車BOP確定每個子零件的焊接定位，如下圖6所示，包括基準策略、制造順序和零件分級等相關(guān)內(nèi)容，用于指導(dǎo)后期的工裝開發(fā)、GD&T圖紙的設(shè)計，確保定位基準的一致性。

CDLS的發(fā)布需要經(jīng)過尺寸、產(chǎn)品、工藝、工裝充分評估，確保產(chǎn)品定位可靠、不影響焊接、產(chǎn)品能滿足所需要的定位面和定位孔，工裝能夠?qū)崿F(xiàn)且工裝結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定等一系列要求。

4 GD&T圖的制定及實現(xiàn)

GD&T圖紙是制造業(yè)普遍應(yīng)用的工程技術(shù)語言，如圖7為某車型側(cè)圍外板GD&T圖，圖中清楚表達零部件所有尺寸和精度技術(shù)要求，包括尺寸特征、公差要求、基準系統(tǒng)、孔位、面加工要求，以及裝配要求等。GD&T圖紙既是產(chǎn)品要達到的目標定義，也是設(shè)計、制造加工、焊接裝配等過程的標準，同時是驗收產(chǎn)品最終質(zhì)量的依據(jù)。零件的工裝制作、工藝安排、檢具制造及測量計劃也以此為基礎(chǔ)，只有整個系統(tǒng)按照統(tǒng)一的基準體系開發(fā)才能保證尺寸的穩(wěn)定生產(chǎn)和測量，所以對于零件的基準體系建立至關(guān)重要。

零件的基準體系就是要限制零部件的六個空間自由度（X、Y、Z三個方向的移動以及繞三個軸的旋轉(zhuǎn)），如圖8，基準體系的建立需要遵循“3-2-1”的原則，使一個剛體的空間位置確定性需要6個定位點。3個定位點確定一個接觸面積最大的基準平面，即限定了1個坐標軸方向的位移，2個繞坐標軸的轉(zhuǎn)動;再用構(gòu)成最長直線段的2個定位點確定第二個基準平面，即限定了第2個坐標軸方向的位移和繞另1個坐標軸的轉(zhuǎn)動;再用1個定位點確定第三個坐標方向，由此零件在空間的位置即確定下來。定位基準確定下來以后，其它要素參照定位基準的尺寸在GD&T圖中進行描述。

為了實現(xiàn)零部件的GD&T的要求，需要在保證定位基準統(tǒng)一的情況下開發(fā)定位塊、定位銷、檢測塊、檢測銷等關(guān)鍵裝備。

5 零部件的檢測和分析

5.1 零部件的測量

零部件尺寸一致性的檢測有多種方式，一般常用的兩種方式是使用檢具進行零件的檢測，另一種是使用三坐標進行建標檢測。如圖9為檢具測量，如圖10為三坐標測量。測量過程中必須保證在測量基準準確的情況下開展，如定位基準有偏差，測量的數(shù)據(jù)也就存在偏差，無法用于數(shù)據(jù)分析。

5.2 零部件測量數(shù)據(jù)的分析

一般對于零部件的測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計符合正態(tài)分布原則，μ是分布均值，它反應(yīng)的是偏差。σ是標準偏差，它反映的是特性的分散程度，σ越大，表示特性越不穩(wěn)定。在我們車身尺寸中，就表示某個控制點不穩(wěn)定。σ越小越好。評價零部件制造穩(wěn)定性的重要指標是CPK，即過程能力指數(shù)。

（xi：樣本參數(shù)，n：樣本數(shù)量）

（xi：樣本參數(shù)，n：樣本數(shù)量）

我們假定：正態(tài)曲線與X軸之間區(qū)域面積為1，則各個σ包含的面積及CPK的對應(yīng)關(guān)系如下圖11所示;

根據(jù)數(shù)據(jù)測量后的分析，按照CPK對應(yīng)的過程控制要求判定過程是否穩(wěn)定，如果不穩(wěn)定，需要盡快采取調(diào)整模具、調(diào)整工裝或工藝、優(yōu)化員工操作等切實可行措施，使零部件尺寸穩(wěn)定，進而保證整車產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定輸出。

6 結(jié)語

白車身間隙段差關(guān)系著整車感知質(zhì)量和整車品質(zhì)，本文結(jié)合實例，通過對各個環(huán)節(jié)的闡述為車身尺寸開發(fā)和控制提供的參考，車身尺寸研發(fā)和控制是非常復(fù)雜的工程，包括產(chǎn)品定義、公差分配、沖焊質(zhì)量控制、尺寸測量和分析等多個方面。只有做好每一步，才能保證最終的整車精度和質(zhì)量。

參考資料：

[1]宋曉琳.汽車車身制造工藝學(xué)（第二版）.北京理工大學(xué)出版社，2006.

[2]馬縫時，周暐，劉傳冰.六西格瑪管理統(tǒng)計指南.中國人民大學(xué)出版社，2018.

[3]曹渡，劉永清.汽車尺寸工程技術(shù).機械工業(yè)出版社，2017.