白車身測量數(shù)據(jù)管理平臺的開發(fā)和應(yīng)用

張媛媛

摘 要：結(jié)合白車身制造過程中測量技術(shù)的發(fā)展趨勢，研究了基于白車身測量數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理平臺，開發(fā)了一套從白車身測點規(guī)劃到測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用的全面化的智能管理平臺，以輕量化的三維模型為測量信息載體，通過自主編程實現(xiàn)了白車身測量數(shù)據(jù)管理的智能化，實現(xiàn)了白車身從測點規(guī)劃、零件數(shù)模到末端的測量數(shù)據(jù)的管理，使得測量展示三維化，分析多維化，有效的縮短了車身的測量結(jié)果展示周期，提升了車身測量數(shù)據(jù)管理的效率，提高了白車身質(zhì)量，在企業(yè)的實際應(yīng)用中取得了良好的反饋和效果。

關(guān)鍵詞：白車身 數(shù)據(jù) 管理平臺

Abstract：Combined with the development trend of measurement technology in the manufacturing process of body-in-white， the digital management platform based on body-in-white measurement data is studied， and a comprehensive intelligent management platform from the planning of body-in-white measurement points to the application of measurement data is developed. With the lightweight three-dimensional model as the measurement information carrier， the intelligent management of body-in-white measurement data management is realized through independent programming， and the measurement data management of the body-in-white from the measurement point planning， the part number model to the end is realized， so that the measurement display is three-dimensional and the analysis is multi-dimensional. It effectively shortens the display cycle of body measurement results， improves the efficiency of body measurement data management， improves the quality of body-in-white， and achieves good feedback and results in the practical application of enterprises.

Key words：body-in-white， data， management platform

1 開發(fā)背景

汽車制造工藝非常復(fù)雜，需要經(jīng)過上百道工序，將幾百個零件拼接成一個完整的白車身，而其中的尺寸精度質(zhì)量是一項復(fù)雜、系統(tǒng)的工作。車身的尺寸精度關(guān)系到整車裝配質(zhì)量，涉及四輪定位、防水、密封等一系列的功能。據(jù)統(tǒng)計，整車的80%質(zhì)量問題都是由于尺寸精度的原因引起的，因此尺寸工程是整車質(zhì)量工作的重中之重。

隨著各種現(xiàn)代化測量設(shè)備的廣泛應(yīng)用，白車身各個制造階段測量數(shù)據(jù)的獲得也越發(fā)的全面和及時，對白車身尺寸測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用也越發(fā)的重要。隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用對于白車身質(zhì)量管理的自動化、數(shù)字化和智能化提出了新的更高的需求。測量系統(tǒng)的應(yīng)用不僅僅是測量大數(shù)據(jù)的集合，而是對車身各個制造階段、多種測量維度的數(shù)據(jù)進行展示和分析，并找出數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，全面提升白車身的制造水平。

2 傳統(tǒng)的車身尺寸管理模式

目前國內(nèi)自主開發(fā)的測量數(shù)據(jù)管理平臺提供的測量報告展示都是二維化的，需要花費大量的時間和人力去制作測量模板，制作完成后，與測點規(guī)劃文件沒有關(guān)聯(lián)，當測點文件發(fā)生更改后，需要測量去尋找對應(yīng)的測點并進行更新，嚴重影響制作報告的效率；另一方面，目前對測量數(shù)據(jù)的兼容性和全面性還不夠，并且對各種設(shè)備、各個零件層級的測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一分析還難以實現(xiàn)，導(dǎo)致無法將不同類型的設(shè)備的測量數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析，如目前生產(chǎn)線使用廣泛的在線測量，它是一種相對測量的方式，因此需要與離線測量進行同一數(shù)據(jù)框的分析，才能確定測量偏差的來源。隨著目前市場上測量設(shè)備的品牌和測量的類型越加的廣泛，各個設(shè)備之間的數(shù)據(jù)的規(guī)范和格式也不一樣，急需有一個統(tǒng)一的平臺對各個設(shè)備、各種測量手段所獲得的測量數(shù)據(jù)進行辨析和特征的提取，并且能夠進行測量大數(shù)據(jù)的各種分析。

3 白車身測量數(shù)據(jù)集中辨析和管理

3.1 全方位收集制造過程數(shù)據(jù)，并進行統(tǒng)一管理

白車身的制造過程從單件到分總成、總成的監(jiān)控，從供應(yīng)商到最后的總成廠，包括多種測量機品牌、多種測量方式；從測量方法上分，有傳統(tǒng)的海克斯康/ZEISS三坐標接觸式測量機、海克斯康的CMS測量機、GOM手持式掃描機等，從測量方式上分，有離線測量、在線測量以及Atline線邊測量等。多樣的測量方式得到的數(shù)據(jù)格式都不完全相同，有dmo格式，有txt格式等，上汽大眾通過對測量結(jié)果數(shù)據(jù)進行規(guī)范化的規(guī)定，并形成程序文件，從源頭上保證了結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的規(guī)范性，然后通過數(shù)據(jù)庫的解析，提取所需字段，將數(shù)據(jù)及時的采集到測量系統(tǒng)中，從而保證測量數(shù)據(jù)的實時性。并且將所有白車身數(shù)據(jù)在該平臺進行統(tǒng)一化管理，各個車身制造階段的數(shù)據(jù)不再是一個個的孤島，所有相關(guān)人員都可以對數(shù)據(jù)進行詳細的分析，并且能夠?qū)④嚿碇圃斓母鱾€階段的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的分析，便于及時的發(fā)現(xiàn)問題、定位問題，從而高效的解決問題。

3.2 測量誤差的辨析

測量結(jié)果與真值的差為測量誤差。測量結(jié)果不僅與零件本身有直接關(guān)系，而且與儀器的誤差、測量方法、測量程序和測量環(huán)境與條件密切相關(guān)。測量結(jié)果根據(jù)產(chǎn)生的原因和對感測結(jié)果影響性質(zhì)的不同，可以分為隨機誤差和系統(tǒng)誤差兩類，所以可以表示為：

測量誤差=隨機誤差+系統(tǒng)誤差

隨機誤差表示在同一量的多次測量結(jié)果中，結(jié)果以不可預(yù)測的形式變化，也稱偶然誤差。隨機誤差不可能被修正。系統(tǒng)誤差表示在對同一量進行多次測量結(jié)果中，結(jié)果保持常量或以一種可預(yù)測的形式的變化，也稱確定性誤差。系統(tǒng)誤差發(fā)生的原因可以已知也可以未知。若系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響已被定量化，則可以對測量結(jié)果進行修正。誤差本身有正負，因此測量誤差是系統(tǒng)誤差和隨機誤差的代數(shù)和。

該平臺不僅對測量結(jié)果數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一規(guī)范化的管理，還對測量數(shù)據(jù)的準確性按照一定的規(guī)則進行篩查，以防止測量機的誤測和由于零件上的焊渣而導(dǎo)致測量結(jié)果不準確。在測量文件進入到數(shù)據(jù)庫后，立即按照一定的規(guī)則對測量結(jié)果的準確性進行判斷，如發(fā)現(xiàn)有不符合判斷規(guī)則的，該份文件無法進入數(shù)據(jù)庫，將會被退回到指定文件夾，并會生成提示文件，反饋該測量結(jié)果文件不合理的數(shù)據(jù)。通過對有效的測量值進行粗大偏差的判斷，來進一步的提升測量設(shè)備測量的準確度。

3.3 全面供應(yīng)商數(shù)據(jù)管理

制造過程中的供應(yīng)商零件的數(shù)據(jù)對于后道總成數(shù)據(jù)的分析十分重要，也是影響最終質(zhì)量的關(guān)鍵組成，以前供應(yīng)商都是通過離線零散的提供數(shù)據(jù)，不能夠?qū)⒐?yīng)行和總成廠的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的分析，并且對供應(yīng)商數(shù)據(jù)的準確性和上傳的頻次也無法考核。白車身數(shù)據(jù)管理平臺能夠?qū)崟r的獲取供應(yīng)商的測量數(shù)據(jù)，擁有該平臺的用戶可以對供應(yīng)商的數(shù)據(jù)進行長期的追溯和分析。各家供應(yīng)商通過網(wǎng)絡(luò)將測量原始數(shù)據(jù)直接上傳到白車身測量數(shù)據(jù)管理平臺，并設(shè)置提示信息，當供應(yīng)商的對同一零件的同一份測量數(shù)據(jù)有變化時，系統(tǒng)會自動進行提示或拒絕數(shù)據(jù)上傳，從而從源頭上保證供應(yīng)商測量數(shù)據(jù)的有效性和真實性。并且對供應(yīng)商上傳的測量報告頻次進行統(tǒng)計，對不達標的供應(yīng)商進行及時的通知。通過對供應(yīng)商數(shù)據(jù)和上傳頻次等的全面監(jiān)控，能夠?qū)?yīng)商零件進行全面的質(zhì)量管理。

4 白車身測量數(shù)據(jù)管理平臺的應(yīng)用

4.1 交互式的三維實時可視化測量報告

在系統(tǒng)中，引入強大的CAD數(shù)模制作三維報告，并且在系統(tǒng)中能夠?qū)?shù)模進行裝配、更改顏色、截面和截線等強大的三維數(shù)模操作功能，從而降低操作人員對數(shù)模熟悉度的要求，提高制作報告和展示的效率。導(dǎo)入數(shù)模和測點文件后，測點能夠按照坐標值在數(shù)模中自動進行位置的確定。測量報告模板完成后，后續(xù)測量結(jié)果文件如dmo等數(shù)據(jù)進入到數(shù)據(jù)庫時，自動觸發(fā)模板，進行報告的制作，制作完成后經(jīng)審核人審核后，可以在Web端進行釋放。

4.2 多層級零件的尺寸鏈分析

在規(guī)劃零件從單件、分總成到總成成的測點時候，為了分析的一致性，通常會將零件同一位置的測點在各級零件中都會有延續(xù)，而且會保證為同一測點名字，這樣分析人員在分析過程中，可以快速便捷的對該測點在不同層級中的變化迅速的辨析出來，從而能夠快速的定位問題。目前國內(nèi)的大部分總成廠商對于上述的零件的測量報告都是單獨制作，測量數(shù)據(jù)的平臺無法跨零件將同一測點放在同一份報告進行分析。為了解決上述問題，在白車身測量數(shù)據(jù)管理平臺中克服了在一份報告只能展示一個總成的一份測量結(jié)果，而是允許在一份報告中將同一測點的變化過程進行全生產(chǎn)過程的展示。如下圖所示，可以得知前縱梁的封板上的一個孔在小總成、底板、白車身和ZP5上每一級別總成的尺寸狀態(tài)。

4.3 零件的虛擬裝配分析

虛擬裝配分析是利用測量的有匹配關(guān)系的零件，在白車身測量數(shù)據(jù)管理平臺中進行分析。利用平臺建立的虛擬的白車身，并將零件裝配到白車身上，通過讀取零件的測量數(shù)據(jù)，利用平臺數(shù)據(jù)處理來進行偏差一致性的分析，從而降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期，完成產(chǎn)品設(shè)定目標，提高產(chǎn)品競爭力。

4.4 整車坐標系和局部坐標系下分別評價

在車身測量中，為了幫助零件找到在整車當中的位置，通常設(shè)立整車坐標系RPS的概念。所謂整車坐標系RPS，坐標系的零點在汽車前軸高度中心處，見圖1。+X軸指向車身后方，+Y軸指向車身后方，+Z軸指向車身上方。通常除前期規(guī)劃方案特殊說明外，均為整車坐標系測量數(shù)據(jù)。RPS系統(tǒng)的主旨是通過避免基準轉(zhuǎn)變來保證制造工藝過程的可靠性和可重復(fù)利用的精確性。RPS系統(tǒng)的統(tǒng)一性規(guī)則要求從產(chǎn)品開發(fā)階段直到批量生產(chǎn)，RPS點的使用貫徹始終。并非所有的RPS點都一直使用下去，避免總成零件上出現(xiàn)許多重復(fù)點。

有些特征并不需要在整車坐標系下評價，因為這些特征屬于某一功能區(qū)域，評價這些特征在此功能區(qū)域下的坐標，更符合實車匹配。在報告中詳細定義了該局部坐標系的命名、坐標系構(gòu)成點及點的特征，并以圖示說明和表示。如下圖5所示，該局部坐標系為座椅安裝孔區(qū)域定義的局部坐標系，命名為局部坐標系B，由3Z-2Y-1X建立，其中3Z分別由內(nèi)側(cè)后部、內(nèi)側(cè)前部及外側(cè)前部3個座椅安裝孔構(gòu)成；2Y分別由內(nèi)側(cè)后部及內(nèi)側(cè)前部2個座椅安裝孔構(gòu)成；X由內(nèi)側(cè)后部座椅安裝孔構(gòu)成。

5 結(jié)語

白車身測量數(shù)據(jù)智能管理平臺通過數(shù)據(jù)采集全面化、分析多維度化、測量高效化、監(jiān)控實時化和信息可視化，縮短了白車身項目周期，提升了白車身的質(zhì)量，達到了提升市場競爭力的目標。通過對車型新項目和批量車型的測量數(shù)據(jù)管理，提升了白車身項目階段報告制作的效率以及批量后質(zhì)量問題的解決效率，同時徹底擺脫了對測量機軟件升級的依賴性。通過實施白車身測量數(shù)據(jù)的智能化管理，充分發(fā)揮上汽大眾的白車身大數(shù)據(jù)優(yōu)勢，挖掘數(shù)據(jù)價值，白車身質(zhì)量管理在生產(chǎn)監(jiān)控、標準化建設(shè)等方面都取得了顯著成效?；诙嘣磾?shù)據(jù)的整合和大數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)白車身的尺寸控制方式和流程，造了一套基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的白車身管理方式和方法。通過對白車身尺寸的多維度全方位實時的監(jiān)控分析，全面推動白車身的尺寸管理模式由“事后應(yīng)對”向“事前防范”轉(zhuǎn)變，測量設(shè)備和人員的“分散現(xiàn)場管控”向“集中遠程指揮”轉(zhuǎn)變，白車身質(zhì)量問題由“傳統(tǒng)經(jīng)驗判斷”向“數(shù)據(jù)智能驅(qū)動”轉(zhuǎn)變。