車身虛擬匹配分析方法探討——基于零部件檢具實測數(shù)據(jù)

黃志宏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

目前的零部件測點設(shè)計，沒有體現(xiàn)出零部件之間匹配關(guān)系的概念，沒有考慮與周圍匹配零件測點的對應(yīng)關(guān)系；檢具設(shè)計沒有完全按照第一裝車位置擺放的原則，現(xiàn)在部分正在使用的檢具上，零件擺放位置與第一裝車位置不一致、基準(zhǔn)不一致，導(dǎo)致檢具上的零件測量數(shù)值無法直接與裝車時的問題對應(yīng)；零部件檢具測量數(shù)值，沒有車身絕對坐標(biāo)方向，不方便工程師分析解決問題。

綜合考慮以上3點問題，為了得出解決方法，并得到最終符合本文虛擬分析要求的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)預(yù)測分析現(xiàn)場造車匹配問題，通過少量的現(xiàn)場造車、驗證預(yù)測的問題，根據(jù)驗證結(jié)果結(jié)合零部件之間的匹配數(shù)值，得出了解決問題的具體措施。

1 零部件尺寸測量系統(tǒng)現(xiàn)狀問題剖析

1.1 尺寸十步法

目前，我們做事的方式是學(xué)習(xí)北美尺寸工作步驟方法，北美給我們提供了非常好的尺寸十步法，在此簡述如下（如圖1所示）。

圖1 尺寸十步法

第一步：此步屬于承上啟下的意思，了解客戶需求，根據(jù)更早車型制造經(jīng)驗以及目前市場主流對標(biāo)車型制定DTS；

第二步：制定主機廠和供應(yīng)商統(tǒng)一的定位系統(tǒng)，制定CDLS；

第三步：尺寸分析，使用實際設(shè)計數(shù)模，根據(jù)CDLS分析DTS的合理性；

第四步：基準(zhǔn)一致性檢查，此步也是GD&T圖紙的前奏，確保各級零件能夠與CDLS保持基準(zhǔn)一致；

第五步：GD&T圖設(shè)計以及測點設(shè)計；

第六步：測量系統(tǒng)規(guī)劃，根據(jù)GD&T及測點要求，確定各級零件到白車身總成，到整車各工序的檢測方式方法及頻率；

第七步：匹配，現(xiàn)場進(jìn)行零件拼裝；

第八步：數(shù)據(jù)采集及分析，采集各種檢測工具得到的零件測量數(shù)據(jù)，各種工裝夾具測量數(shù)據(jù)，來進(jìn)行分析白車身和整車匹配問題，目前GM使用的系統(tǒng)是GDIS；

第九步：驗證尺寸目標(biāo)完成情況，與最初制定的DTS對比驗證；

第十步：持續(xù)改進(jìn)，對大批量生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；

此十步，并不是說有明確的先后順序的，基本都可以并行進(jìn)行；本文主要針對某公司實際情況，對于第四步、第五步、第八步的工作內(nèi)容和方式方法，提出不同的觀點，以提升目前的工作效率和準(zhǔn)確度。

1.2 尺寸測量系統(tǒng)現(xiàn)狀問題剖析

目前，某公司的鈑金件和內(nèi)外飾零部件匹配的實際情況是：首先逐個上檢具檢測，出尺寸檢測報告，而這個報告對于匹配問題的解決，幾乎是不做參考依據(jù)的，因為對于問題解決沒有實際意義。這主要有兩個原因：

（1）測量數(shù)據(jù)方向上的問題。目前的零部件尺寸測量報告，只有對于檢具十分了解的人，才能看出問題所在，自己需要對零部件尺寸測量報告進(jìn)行加工，才能得出這個零件在車身絕對坐標(biāo)方向上有什么偏差；對檢具不了解的人，只能自己到現(xiàn)場對照檢具來分析問題。

（2）與周邊零件測點對應(yīng)的問題。目前的測點文件，都是各個零件各自為陣，沒有考慮到相關(guān)匹配零件的測點對應(yīng)問題。所以我們看到一個零件的某個面的測量報告數(shù)據(jù)，想了解與之匹配零件的對應(yīng)面的測點信息時，發(fā)現(xiàn)與之匹配零件對應(yīng)面的測點與之?dāng)?shù)量，位置均不能對應(yīng)。零部件尺寸測量報告的數(shù)據(jù)，失去了參考匹配分析的意義。

1.3 存在問題的具體表現(xiàn)

所以，基于以上兩點，在造車前，我們的工程師都會到供應(yīng)商現(xiàn)場確認(rèn)零件什么狀態(tài)，自己記下零件檢具檢測狀態(tài)（包括偏差位置，偏差數(shù)據(jù)，偏差車身絕對方向等），以方便回公司主線拼裝時，核對廠內(nèi)工裝裝配狀態(tài)，以此來分析解決問題。但是，即使是這樣，也是存在問題的，具體問題如下：

（1）零件的匹配問題。如果沒有每個零件批量且詳細(xì)的測量數(shù)據(jù)支持，匹配過程中的問題就不知道具體要去整改哪個零件，具體整改數(shù)值多少，我們目前也只能根據(jù)造車過程中的測量，根據(jù)經(jīng)驗分配整改數(shù)據(jù)給供應(yīng)商，也就是說，就是一個試驗的過程，有可能改的量小了，有可能改的量大了。

（2）不能準(zhǔn)確記錄整改過程中零件的變化，沒有可擴展的零部件測量數(shù)據(jù)記錄表格，就不能進(jìn)行大批量零件狀態(tài)數(shù)據(jù)分析。

1.4 造成這些問題的根源

造成這些問題的根源，在于以下3點：

（1）測點設(shè)計時，沒有考慮零部件間匹配位置的測點對應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致分析綜合匹配問題時，沒有系統(tǒng)的零部件數(shù)據(jù)支持（也就是匹配多方零件的對應(yīng)檢測數(shù)據(jù)）；

（2）檢具設(shè)計時，沒有考慮到實際工裝或模具的設(shè)計。實際上檢具就是監(jiān)控和服務(wù)于模具或夾具的產(chǎn)品，但是夾具和模具明顯復(fù)雜于檢具，所以難免會造成夾具和模具不能完全遵從圖紙要求。另外，測量人員素質(zhì)不夠高，所以檢具設(shè)計上，要做好一系列的車身絕對坐標(biāo)的標(biāo)注。

（3）檢測數(shù)據(jù)記錄表。以上兩點解決后，怎么實現(xiàn)批量數(shù)據(jù)的分析，因為要進(jìn)行零部件的整改，必須要參考批量數(shù)據(jù)要求。

2 解決現(xiàn)狀問題的思路

鑒于以上3點的總結(jié)，本文的基本解決思路，如圖2所示。

圖2 現(xiàn)狀問題解決思路

這里分為3步來完成，各步有先后順序，不能同步執(zhí)行，具體如下：

（1）第一步：優(yōu)化測點文件設(shè)計；

（2）第二步：優(yōu)化檢具設(shè)計；

（3）第三步：優(yōu)化零件檢具測量記錄表設(shè)計。

如何完成上述3個步驟，是本文要探討的重點，茲將各步做法分述如下。

3 測點設(shè)計的優(yōu)化

3.1 匹配零件間的測點對應(yīng)

確認(rèn)做測點文件時，相鄰匹配零件間的測點一定要保持一致（首先確定數(shù)目和位置，序號可以等所有測點數(shù)量和位置確定后再進(jìn)行編號）。這是為了在分析相鄰面匹配時，能夠直觀地對比數(shù)據(jù)來做分析。

基本測點，就是主機定義的認(rèn)為是此零件測量時的最少測點，供應(yīng)商可以根據(jù)零件生產(chǎn)實際情況來增加測點。

做測點時，首先應(yīng)該測量零件需要做測點的位置的尺寸有多大，根據(jù)實際尺寸來確定測點的數(shù)量，不要根據(jù)導(dǎo)出來的圖形來隨便定幾個測點。

設(shè)計GD&T和測點時，要知道零件周邊搭接零件情況，快速的方式是打開零件所在的IA號，進(jìn)行拆解分析，如圖3所示。

圖3 零件匹配關(guān)系圖

GD&T和測點文件應(yīng)該是同步進(jìn)行的，首先需要進(jìn)行接口功能分析；列出接口零件清單，接口功能圖，如圖4所示。

圖4 接口功能分析圖

3.2 測點的編制

要一步一步地來進(jìn)行測點編制。

首先進(jìn)行左右兩邊搭接零件的考慮（如圖5所示），前輪罩外板根據(jù)測量的尺寸，定義3個測點，位置均布，但是前隔板零件上要考慮兩個方向的測點，所以要布置6個測量要素。前輪罩外板是一個平面板件，所以切邊和型面可以從一個測點來反應(yīng)，所以只需要布置3個測點要素。

圖5 測點布置

遇到曲線或者曲面的情況，需要測量曲線或者曲面的實際長度來確定測點數(shù)量，如圖6所示。根據(jù)測點選擇原則平面測點間距為100 mm左右，所以此處可定義3個測點。

圖6 測點數(shù)量確定

3.3 完成測點文件的步驟

綜上所述，要確保完成的零部件測點文件符合本文要求，需要以下幾個步驟：

（1）分析零件周邊零件信息，列出零部件接口信息列表，這其實是GD&T設(shè)計的一個先決條件；

（2）根據(jù)測點選取原則，確定測點數(shù)量；

（3）根據(jù)零件特征，確定零件的坐標(biāo)位置，如圖5的3個測點就應(yīng)該以Z軸方向來確定即可。例如：可定為Z=800，Z=700，Z=600這3個位置；

（4）周邊測點完成后，再統(tǒng)一進(jìn)行測點編號。

4 檢具設(shè)計的優(yōu)化

首先必須弄清楚的是，給哪個模具或者夾具做檢具，而不是為了做檢具而做檢具。檢具實際是為了檢測對應(yīng)的模具或者夾具制造出的零件，所以檢具和模具、檢具一定要配套設(shè)計。保持他們擺放方式和基準(zhǔn)上的一致性，就尤為重要了。

為了保持?jǐn)[放方式和基準(zhǔn)的一致，圖紙的作用就尤為重要。所有模夾檢的擺放和基準(zhǔn)設(shè)計，都是參考圖紙，但是如果圖紙本身設(shè)計時沒有考慮全面，后面設(shè)計制造夾具、模具時，難免會更改擺放方式或者基準(zhǔn)，這是不一致的根源。

目前在圖紙設(shè)計者水平局限的條件下，唯一能夠保證檢具與夾具、模具一致性的解決辦法，就是提前讓夾具和模具完成設(shè)計確認(rèn)，檢具設(shè)計延后進(jìn)行，畢竟檢具的生產(chǎn)周期要短于夾具，更短于模具。

4.1 基準(zhǔn)一致性檢查

這是老生常談的問題，不僅僅要求零部件在供應(yīng)商的工裝上、檢具上和主機廠的工裝、主機廠的檢具上的基本定位孔，定位面要保持一致，而且供應(yīng)商處的檢具設(shè)計的零件擺放位置一定要與第一裝車位置一致。

比如，N系列車型常用的輪罩內(nèi)板零件（如圖7所示），輪罩內(nèi)板工裝上的擺放位置與車身上的焊接位置是一致的，則檢具設(shè)計也要遵從這個擺放方式，這是確?；鶞?zhǔn)一致性的第一步。在此基礎(chǔ)上，再最大程度的保證夾緊、支撐的位置與焊接夾具的一致性。

圖7 輪罩內(nèi)板零件

圖8 輪罩內(nèi)板零件在檢具上

4.2 檢具上的測量標(biāo)識

如圖9，無論孔軸，還是型面，切邊。只要是檢測塊，或者是檢測孔，都要在旁邊加上車身絕對坐標(biāo)標(biāo)志。+X，-X，+Y，-Y，+Z，-Z 這 3個方向，使用箭頭表示出+X，+Y，+Z這3個方向，方便測量人員分辨和制定測量計劃的人員分辨。

圖9 檢具方向標(biāo)識

圖10 檢具型面檢測方向標(biāo)識方式

圖11 檢具孔位檢測方向標(biāo)識方式

圖12 難以標(biāo)識方向的檢具孔位檢測設(shè)計方式

圖12的這種孔檢測方式，不方便車身絕對坐標(biāo)方向識別，所以建議更改為圖11所示的孔檢測方式。

5 測量記錄表的優(yōu)化

實現(xiàn)有實測數(shù)據(jù)支持的虛擬匹配，要從測點設(shè)計開始考慮，在檢具設(shè)計上實現(xiàn)各個測點的車身絕對位置的檢測，匯總零部件的統(tǒng)計記錄數(shù)據(jù)，并形成匹配零件間的匹配分析。以上兩大步完成了零部件間的測點對應(yīng)，完成了檢具上的車身絕對坐標(biāo)的標(biāo)注，此步驟主要完成以下兩項：

（1）檢具測量數(shù)據(jù)的絕對坐標(biāo)化記錄入表；

（2）根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行零件對應(yīng)測點的數(shù)值分析。

以左前后大梁匹配區(qū)域為例，說明改進(jìn)后的尺寸測量記錄表的改進(jìn)點及用途。

如圖13所示，前后大梁搭接匹配區(qū)域，做截面A-A（實際測量選擇會更多的截面數(shù)據(jù)），截面圖如圖14所示，測點1～10如圖14所標(biāo)識，表1和表2為此截面的檢具測量數(shù)值。

圖13 前后大梁搭接示意圖

圖14 SECTION(截面)A-A

測點編號依次為1～10，測量數(shù)據(jù)列表如表1、表2。

表1 左前大梁（外側(cè)）檢具測量數(shù)據(jù)

表2 左后大梁（內(nèi)側(cè)）檢具測量數(shù)值

對于超差區(qū)域大的Z=-30的測點（大梁右側(cè)側(cè)壁部分）的數(shù)值進(jìn)行對比分析，如圖15所示。

圖15 干涉區(qū)域分析預(yù)測圖

圖15中，虛線表示處于匹配內(nèi)側(cè)的左后大梁的右側(cè)壁的對應(yīng)測點車身絕對坐標(biāo)偏差數(shù)值，實線表示處于匹配外側(cè)的左前大梁的右側(cè)壁的對應(yīng)測點車身絕對坐標(biāo)偏差數(shù)值，可以明顯看出，處于內(nèi)側(cè)的左后大梁的偏差值，大于處于外側(cè)的左前大梁的偏差值，可以預(yù)見會出現(xiàn)如圖16的干涉問題產(chǎn)生。

圖16 干涉問題預(yù)測

到此，我們就完成了一個虛擬預(yù)測分析實例。完成此過程，必須要前面的兩個步驟，測點和檢具的優(yōu)化。

6 結(jié)束語

本文從某公司的實際測量現(xiàn)狀出發(fā)，從尺寸開發(fā)前期開始考慮，到后期的檢具開發(fā)優(yōu)化，到最后的虛擬匹配分析圖表工具的應(yīng)用，最終達(dá)成預(yù)測分析現(xiàn)場裝車會發(fā)生的問題。

與以往匹配工作對比，有以下改進(jìn)：

零件測點文件，增加了測點具體坐標(biāo)位置和匹配零件間的測點對應(yīng)關(guān)系，準(zhǔn)確對應(yīng)零件問題位置，方便分析問題；

檢具整體的車身絕對坐標(biāo)標(biāo)識，從結(jié)果導(dǎo)向要求，檢具整體標(biāo)識了車身絕對坐標(biāo)方向，方便測量人員準(zhǔn)確辨識被測要素的車身絕對偏差方向；

零件檢具測量記錄表，增加了零部件偏差車身絕對方向，并增加了測點位置欄，可擴展的零件測量數(shù)據(jù)記錄方式。方便零部件間的匹配數(shù)據(jù)分析，并預(yù)測車身匹配問題。

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