尺寸工程在車身正向開發(fā)中的應(yīng)用

王永，魏益冰，楊文德，陳澤炎

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200 ）

前言

隨著消費(fèi)者對(duì)車身外觀的重視和國內(nèi)車身制造水平的不斷提高，各大主機(jī)廠越來越重視精品制造的理念，而尺寸工程作為一種控制尺寸和形狀的系統(tǒng)方法，正在被各大主機(jī)廠推廣和使用。尺寸工程包含DTS（間隙和面差）定義、RPS（基準(zhǔn)）確定、尺寸鏈計(jì)算、GD&T圖紙和測量計(jì)劃。尺寸工程作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，貫穿汽車設(shè)計(jì)的造型、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和試制各個(gè)階段，只有在設(shè)計(jì)的每個(gè)階段開展尺寸工程對(duì)應(yīng)的工作才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的車身。

1 客戶購買關(guān)注度研究

在2016年通過對(duì)卡車客戶問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，卡車客戶購買車輛主要考慮的7個(gè)因素分值如圖1，其中整車外觀與舒適性并列第三，僅次于安全性和NVH，同時(shí)與2014年相比關(guān)注度有所提高。

圖1 2016年卡車客戶購買關(guān)注度

2 DTS定義

DTS (Dimensional Technical Specification）即俗稱的間隙面差，間隙面差作為感知質(zhì)量的一部分，其均勻度以及大小對(duì)客戶主觀感受有非常明顯的影響。表1為某車身車門和側(cè)圍裝飾板之間的DTS定義。

DTS一般在CAS階段開始定義，同時(shí)也根據(jù)CAS的更新進(jìn)行更新，在A面凍結(jié)之后進(jìn)行凍結(jié)。在CAS更新的過程中會(huì)根據(jù)尺寸鏈分析結(jié)果，修正公差值， DTS定義時(shí)主要考慮以下因素：

● 產(chǎn)品的市場定位

● 競品車情況

● 現(xiàn)有產(chǎn)品的間隙面差問題

● 造型師的設(shè)計(jì)意圖

● 零件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系

● 零件安裝順序

● 公司和供應(yīng)商制造水平

● 測量基準(zhǔn)

● 測量工具和可測性

● 工程間隙和設(shè)計(jì)間隙需分別進(jìn)行定義，前者校核CAS，后者校核三維數(shù)據(jù)。

圖1

3 RPS確定

RPS ( Reference Position System）即基準(zhǔn)系統(tǒng)，其根本目的就是實(shí)現(xiàn)零件準(zhǔn)確并可重復(fù)的位置確定。在單個(gè)零件有準(zhǔn)確定位的前提下，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)零件從制造到檢測和裝配的定位一致性，只有這樣才能最大限度降低過程偏差，制造出高質(zhì)量的車身。

圖2 某車身側(cè)圍裝飾板RPS圖紙

RPS定義需考慮的事項(xiàng)

● A基準(zhǔn)盡量位于同一平面或者平行平面，且盡量平行于基準(zhǔn)平面

● A基準(zhǔn)應(yīng)位于零件剛度較高的位置，總成中應(yīng)位于剛度高的零件

● A基準(zhǔn)的數(shù)量可以根據(jù)零件剛度確定，一般要求兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間彈性變形小于0.3mm

● C基準(zhǔn)最好使用長圓孔

● B準(zhǔn)備和C基準(zhǔn)距離大于零件的三分之二

● 在設(shè)計(jì)零件基準(zhǔn)時(shí)需考慮總成的基準(zhǔn)，盡量多的做到沿用

● 零件的基準(zhǔn)設(shè)置應(yīng)與零件的裝配或焊接狀態(tài)一致

4 尺寸鏈計(jì)算

尺寸鏈計(jì)算是分析 DTS是否可行和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理的重要手段，甚至可以說是尺寸工程的最核心的技術(shù)，但由于軟件分析中都將零件假設(shè)為實(shí)體以及其他假設(shè)，導(dǎo)致軟件分析結(jié)果與實(shí)際偏差較大，與CAE仿真技術(shù)相比處于較未成熟的階段。

常用的尺寸鏈計(jì)算方法有一維法和三維法，其中一維法應(yīng)用在斷面設(shè)計(jì)階段，因?yàn)樵撾A段沒有三維數(shù)據(jù)，沒有RPS定義。三維法一般在有了詳細(xì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)后展開分析，常用的三維分析軟件有VSA和3DCS。三維尺寸鏈分析需要的輸入零件安裝順序、零件RPS圖紙、零件通用公差、焊接過程偏差和裝配過程偏差，同時(shí)三維分析軟件可以設(shè)置尺寸鏈中各組成環(huán)的的分布種類、敏感度和貢獻(xiàn)量。敏感度和貢獻(xiàn)量非常有利于尺寸鏈的優(yōu)化，降低累計(jì)公差，從而指導(dǎo)結(jié)構(gòu)更改。從圖3和圖4中可以看重一維尺寸鏈和三維尺寸鏈分析結(jié)果的差異，同時(shí)三維尺寸鏈分析花費(fèi)時(shí)間較長，最好在項(xiàng)目初期進(jìn)行規(guī)劃。

圖3 某車身車門總成面差一維尺寸鏈計(jì)算結(jié)果

圖4 某車身車門與側(cè)圍間隙3DCS計(jì)算結(jié)果

5 GD&T圖紙

GD&T圖紙是設(shè)計(jì)給生產(chǎn)和主機(jī)廠給供應(yīng)商輸出的重要技術(shù)文件，三維數(shù)據(jù)體現(xiàn)的是理論狀態(tài)，GD&T圖紙規(guī)定了實(shí)際零件允許的偏差以及檢測偏差的辦法。GD&T圖紙必須明確規(guī)定產(chǎn)品所有測量要素的偏差，如定位面、安裝面、安裝孔、外觀面以及其他非配合面和孔的公差要求。

圖6 某車身側(cè)圍裝飾板GD&T圖紙

6 測量計(jì)劃

測量計(jì)劃是根據(jù)GD&T圖紙對(duì)測量元素（點(diǎn)或者孔）的位置、數(shù)量和測量方法進(jìn)行詳細(xì)定義，同時(shí)測量計(jì)劃也是零件檢具設(shè)計(jì)的輸入文件，以及試制和量產(chǎn)階段重要的日常質(zhì)量文件。

圖7 某車身地板邊測量計(jì)劃型面頁

7 總結(jié)

尺寸工程作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它貫穿車身開發(fā)的整個(gè)流程，并且需要主機(jī)廠各部門以及供應(yīng)商良好配合才能取得理想效果。在車身開發(fā)中首先定義DTS，最終評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量的也是DTS合格率，其中GD&T圖紙和測量計(jì)劃是核心的過程輸出物，而尺寸鏈計(jì)算是編制GD&T圖紙的重要依據(jù)。因此尺寸工程的各組成部分環(huán)環(huán)相扣，密不可分。

中國政府在“十三五規(guī)劃”中明確提出中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將由重視“量”轉(zhuǎn)為重視“質(zhì)”，因此我們更有理由相信只有精品制造才能增加產(chǎn)品附加值，提高企業(yè)利潤率和競爭力，而尺寸工程就是精品制造的利劍。