結構設計驗證模型(DCM)在新產品開發中的應用

沈衛東 林芳 楊濤

（上海大眾汽車有限公司）

在某公司整車開發流程中，規劃認可（Planungsfreigabe，以下簡稱P-F）和采購認可（Beschaffungsfreigabe，以下簡稱B-F）是兩個里程碑式的重要節點。為使在P-F階段能夠借助可靠檢驗手段發現設計問題，避免B-F階段由于技術更改而帶來的高額的改模或修模費用。在樣車試制階段，白車身的質量不穩定，偏差難以控制在1 mm以下。一旦在安裝過程中發現P-F零件干涉或其他問題，就無法判斷是設計問題還是由于車身本身偏差造成的。這就要求在樣車試制階段就有一個高精度的車身平臺，排除車身本身質量對裝車匹配的干擾。因此，結構設計驗證模型（Design Check Model，以下簡稱DCM）應運而生。該模型的出現除了大大降低零件結構設計問題，也為研發與制造建立堅實紐帶，填補了研發過程中的空白，提升了評價效率，在評價設計結構之余對于樣件的制造精度和質量的評價也更為直觀全面，使得開發環節更為緊湊，使得產品結構的評價手段有了質的飛躍。

1 DCM總體概況和應用情況

1.1 DCM的總體概況

DCM用于產品開發初期及早發現零件結構設計問題，是根據P-F制造的用于檢驗樣件的安裝及匹配的功能模型。該模型模擬白車身，檢驗總裝件的結構設計。

1.1.1 DCM的檢驗范圍

DCM可檢驗的范圍如下:

1）外飾范圍:左右側圍（包含密封條）、后保險杠、尾燈、后蓋（需檢驗后蓋最大開啟角度）、前門（包含車窗導軌，外后視鏡）、后門（包含車窗導軌）、前風窗、后風窗、后輪罩、前保險杠、前蓋、翼子板、大燈、霧燈、格柵、前輪罩、落水槽蓋板、加油小門系統、天窗。

2）內飾范圍:儀表板總成、中央通道總成、車頂內飾、A/B/C柱內飾、前門內飾總成、后門內飾總成、門檻內飾、地毯和隔音墊、前圍隔音墊、頭部安全氣囊、前座椅及安全帶、后座椅及安全帶、后蓋內飾總成、衣帽架、行李箱內飾、備胎槽地毯、腳踏板總成。

1.1.2 DCM在開發流程中的節點

為及早發現設計問題的同時有針對性的解決PT樣車問題，DCM的節點要早于第10臺樣車10周。相較于以往項目需要在PT樣車安裝時才能發現問題，無疑大大節省了時間，提高了效率。

1.2 DCM的應用情況

DCM根據研發項目類別，分為：1）以模型為載體的全新開發項目；2）以Q2車身為載體的改型項目。

1.2.1 以模型為載體的DCM應用情況

1）模型應用情況。在全新開發車型項目中，考慮到整車需要驗證范圍較大，為充分保證載體的可靠度和重復利用性，因此在工藝規劃之初確立了銑削制造工藝。在充分考慮經濟性的前提下，根據模塊的不同選取不同材料進行銑削制造，結構設計檢驗模型包括車身、門蓋和車頭3大部分。其中前后圍及底板模塊采用環氧樹脂銑削，其余模塊均采用鑄鋁銑削，所有安裝點均采用高強度鋼銑削鑲塊。模型式DCM模塊分類，如圖1所示。

2）以模型為載體DCM精度。為了確保模型精度，在模型的模塊裝配調整過程中全程使用測量設備進行輔助調整。確保模型精度如下：

外飾精度:單件±0.25 mm，總成±0.50 mm；內部精度：單件±0.15 mm，總成±0.25 mm；內飾安裝點（鋼件）精度：±0.15 mm；骨架平面度：±0.10 mm；孔距精度：±0.10 mm。

1.2.2 以Q2車身為載體的DCM應用情況

除了以上介紹的銑削DCM方案外，對于目前量產車型的改款（如Facelift、GP等保持原平臺，一般軸距保持不變），則采用Q2車身方案。

以某款車型為例，作為改款車型，老款車型已量產多年，車身質量比較穩定，而新車型與老車型平臺及軸距不變，便于Q2車身方案實施。

首先，申領Q2標準的白車身。Q2車身標準要求無B類缺陷和20分C類缺陷，離縫和過渡須符合Audit規定。

針對新老車型的差異范圍，換裝了新狀態的前后蓋、翼子板和四門鈑金。同時，參照新車型數據在批量車身上對前縱梁、中央通道鈑金、手剎支架、輪罩內板、尾燈板等作了修改。換裝和更改后的零件通過三坐標測量儀進行測量和輔助定位，確保其達到精度要求。

相比銑削方案，Q2車身方案價格低，生產周期短，精度好于試制階段的樣車，甚至是已經量產的車輛。Q2車身方案是DCM銑削方案的一種補充，也是公司新產品開發過程中綜合考慮費用成本、時間成本和精度要求的一種創新。

1.3 DCM的作用

1）對產品方案（人機、批量定點、外觀）盡早做出評估；2）對當前開發狀態進行可視化評價及確認；3）評價內、外飾件的尺寸精度、固定方式、縫道及造型輪廓；4）評價零件的裝拆性；5）盡早發現問題，跟蹤、分析零件的模具工藝；6）為專業科室提供長期支持，為批量生產起步提供保障。

1.3.1 測量基準

Sofa（集團夏季試車）、Wifa（集團冬季試車）、MMD（領導試車）這樣的重要樣車上需要對儀表板、中央通道、門內飾進行預匹配，同時需要對這些零件做測量以進行分析評估。

但此時往往缺少相應的夾具來保證零件在自由狀態進行測量。最理想的情況是裝配在整車上進行測量，借助于整車的RPS建立車身坐標系，能夠反映單件的功能尺寸和在整車中的相對位置。

試制階段的白車身精度顯然難以達到標準樣架的要求，而DCM憑借自身的高精度，就能夠很好的完成這項工作。在某款車DCM上完成了車頂內飾、儀表板、中央通道、門內飾、柱內飾等多個總裝零件的預匹配和測量，而這些測量報告也為新產品的開發提供了準確的參考依據。

1.3.2 決策依據

相較于以往向領導匯報產品開發中的技術問題時只能通過技術資料的單一方式，DCM無疑提供了一個更為便利直觀的決策依據，DCM除了可以展示裝配結果之外，還可以演示裝配過程，對于過程中產生的問題點也可以直觀展示，通過在DCM上展示，為領導層進行技術決策提供了重要依據。

隨著DCM在新產品開發中的作用日益體現，領導層越來越重視和信賴DCM這個平臺。目前，當工程師匯報新方案時，領導往往要求該方案要在DCM上進行試裝，并反饋試裝效果。安裝樣件后的DCM，如圖2所示。

1.3.3 任務拓展

以DCM為載體除了可以進行產品設計驗證之外，以其本身的高精度為樣件檢測和評價提供了可靠平臺，由于DCM上測量點呈現逐級遞進的分布方式，以此為載體可以對每一個總成級別的樣件進行測量。

2 DCM的技術特點

2.1 模型載體與樣車工藝的結合

為使DCM的檢驗結果更為可靠，在DCM上創新地采用了樣車結構與模型載體的融合，所有的模塊采用模型式的銑削工藝，而在需要零件安裝點的部分則采用鑲塊式工藝，鑲塊均采用鋼銑削，確保安裝點與實車結構的一致。

每個模塊通過數控機床進行銑削，通過對鑲塊精度及總成精度的嚴格控制，除了可以大幅度提升模型的精度外，極大地確保了檢驗結果的可靠性和精準性，鑲塊精度為±0.15 mm，分總成精度為±0.25 mm，總成精度為±0.50 mm。每個單獨鑲塊都通過測量設備用兩螺兩銷進行定位，確保了每個安裝點的精度控制在±0.15 mm。這一精度用于試制階段進行樣件檢驗的載體中開創了先河。

在以往項目中，由于沒有引入DCM工藝，因此通常要等到試制樣車裝車時才能得到驗證，由于試制階段零件精度普遍不高，在安裝匹配時遇到的問題很難直觀進行判斷問題歸屬，往往要制作局部驗證模型進行單獨驗證，而每個局部驗證模型的制作需要4～6周的制作周期，動輒十幾萬到幾十萬不等的制造費用，無疑在人力和物力方面均造成了浪費。隨著DCM制造工藝的引入，充分解決了這一問題，由于載體精度高，使得問題的診斷反饋和解決都有了本質性的提高。鑲塊模擬車身安裝點，如圖3所示。

2.2 模塊化鑲塊式制造工藝造就長生命周期

采用模塊化制造工藝的突出優勢可以極大延續DCM的使用周期，在模型制造前期規劃中，創新地采用模塊化的制造工藝，分為：車頭、車身及門蓋3大部分，其中以車身部分為例，底板分為前圍、前底板、后底板、后圍；側圍分為前側圍和后側圍分總成。單件銑削完成后，在測量設備的輔助下進行鑲塊安裝和調整，將分總成精度控制在±0.25 mm，所有分總成完成后，進行模塊總拼。單獨模塊調整采用這種工藝可以極大降低銑削難度，同時并行銑削和分總成調整也使得制造周期更為緊湊和高效。數據狀態更新時，根據更改范圍的大小來進行鑲塊或模塊的更換，即可將整個模型更新至最新狀態，極大的延續了模型生命周期。后側圍及后蓋模塊鑲塊更新，如圖4所示。

2.3 模塊樣件相結合的檢驗手段

在DCM中創新地采用了模塊與樣件相結合的檢驗手段，在驗證零件設計結構的同時，也可以對于樣件表面質量和尺寸精度進行測量，以判斷該樣件單件精度以及考核和周邊零件的匹配關系，例如：某車頂拉手模塊，既可以通過高精度的安裝點位置安裝拉手樣件，以檢驗樣件的可安裝性，也可以以模型為基礎建立坐標，對拉手樣件的精度進行測量。

在內飾的評價中，儀表板側面端板與門內飾之間的縫隙一直是評價重點，而在傳統的PT樣車裝配中，由于樣車及樣件精度問題，常常難以直觀區分和判斷設計問題還是制造問題，在DCM中除了高精度的車身可以為評價提供可靠依據的同時，在門小車和前側圍處分別銑削安裝的端板模塊，可以分別通過安裝不同的端板模塊，將問題點進行直觀判斷，在節省了問題診斷時間的同時，大大提升了解決問題的效率。門內飾端板模塊，如圖5所示。

2.4 檢驗手段多樣性

在DCM模型上的測量點呈網狀分布，從總成至單獨模塊層層遞進，全面覆蓋，門蓋類模塊均可放置于高精度帶測量基準的托架上，可以進行多工位的檢測，極大地提高了工作效率。另外，由于載體的精度高，除了可以進行設計結構的驗證，也可以作為檢具對樣件精度進行檢測。同時，也為了后續量產工裝的可達性提供了可靠的驗證平臺。門檢測托架，如圖6所示。

2.5 多樣性的DCM制造工藝

依據每個項目的不同情況，有針對性的制訂制造方案。針對全新開發車型，由于新件范圍大，需要驗證的零件數量眾多，并且沒有精度可靠的平臺作為基礎，在此情況下，可以采用全銑削工藝進行制造DCM，采用此種工藝可以極大地確保載體精度以及強度。針對改型車，由于新件范圍相對較小，需要進行驗證的零件數量不多，則采用Q2車身為載體，對于改型區域進行有針對性的驗證，在得到可靠驗證結果的同時，也可以有效地控制成本。

3 結論

DCM制造工藝已先后在某公司多個研發項目中得到應用，除了為企業帶來了可觀的經濟效益外，也為國內汽車行業帶來深遠的社會影響。

1）DCM以其獨到的優勢填補了開發流程中的空白，將開發流程中研發、試制、量產緊密聯系在一起，而基于DCM驗證的小組工作方式，使得試制和量產進行無縫連接。使得以往要等到量產發現的問題，可以早發現早解決，為車型量產的順利進行打下了堅實基礎。以DCM為基礎，建立了企業內部跨部門的技術交流平臺，并且得到各級領導以及相關同事的一致贊許。

2）DCM投入使用后，以其創新性的工藝、超高的制造精度、可靠的驗證載體以及極長的使用周期為后續項目奠定了良好基礎，除了對企業內部產生了深遠影響，更對于集團內部的技術交流起到了推動和促進作用。

由于DCM工藝的靈活性、多樣性以及可延續性，已成為開發流程中不可或缺的部分，在國內整車開發的進程中具備里程碑式的重要意義。