車身功能尺寸驅動產品工藝設計

余魁，蔡浩華，王佳

(東風汽車公司技術中心，湖北武漢 430058)

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車身功能尺寸驅動產品工藝設計

余魁，蔡浩華，王佳

(東風汽車公司技術中心，湖北武漢 430058)

功能尺寸是為滿足產品設計要求、工藝設計要求、制造過程控制要求等各種產品目標或過程目標而制定的一組相同功能的測點之間的相對位置尺寸要求。在設計階段提出功能尺寸要求，明確產品設計以及工藝設計目標，驅動產品以及工藝設計；同時在監控過程中簡化數據分析，更準確、更快速、更直觀地分析出質量缺陷的根本原因，從而明確改進方向和確定改進方案。

功能尺寸；尺寸驅動；產品工藝設計

0　引言

典型的轎車車身由300～500個沖壓零件在55～75個裝配站上經過零件、組件、分總成、總成到白車身的層次順序焊接裝配而成。汽車車身的裝配偏差直接影響到最終汽車產品的質量，如風噪聲、密封性、柔順性、壽命、動力性和外觀等，是汽車車身生產質量控制中的關鍵。整車質量的形成不僅與生產制造過程有關，還與產品的設計質量在內的許多其他過程、環節和因素密切相關。功能尺寸系統的出現為車身制造尺寸質量控制帶來了極大的方便，也為整車開發中的尺寸設計和管理提供了新思路。將車身上一些特征的相對關系要求按相關功能組織在一起形成車身功能尺寸并加以控制，相對于傳統的整車尺寸檢測控制方法，功能尺寸在車身尺寸偏差控制方面有著“直觀、效率高、與整車質量表現關聯性強”等特點。

1　車身功能尺寸的構建

1.1車身功能尺寸的定義

功能尺寸(Functional Dimension)就是指“從一般產品尺寸特征中選擇出來的一部分反映產品重要功能而且必須保證的尺寸”，它是由德國大眾在20世紀90年代率先提出、并全面推廣的概念。

對于轎車制造主要分為八大客戶功能：

(1)可裝配性；(2)美學功能；(3)密封性；(4)操作性；(5)舒適性；(6)行駛穩定性；(7)控制；(8)安全法規。

車身功能尺寸中，所謂的“功能”是指產品設計要求、工藝設計要求、制造過程控制要求等各種產品目標或過程目標。為了實現這些目標，在車身的設計和制造過程中提出對一組相同功能的測點之間的相對位置要求。

例如，某兩廂轎車后背門與側圍配合區域的間隙面差美觀要求如圖1所示。為了實現上述功能，將后背門在車身頂蓋上定位點與左右側圍輪廓之間X向間距以及車身后部側圍開口Y向間距設置為功能尺寸，如圖2(a)所示。而如果采用傳統的尺寸控制方法對白車身進行管控，則需要分別測量車身頂蓋、左右側圍上6個測量點，測點1、測點2、測點3、測點6控制X向；測點4、測點5控制Y向，如圖2(b)所示。

1.2車身功能尺寸的優點

車身功能尺寸的優點體現在對設計階段產品、工藝方案的優化以及對量產階段質量問題的監控。

在設計過程中，通過對車身功能尺寸的分析，將整車的總體設計目標分解為對各單件、分總成的關鍵尺寸特征要求，指導產品結構和工藝設計。

在監控過程中，因為功能尺寸過濾了零件的整體定位所引起的偏差，使功能尺寸與整車質量具有較強的相關性，有助于數據分析。通過對功能尺寸的監控，能更準確、快速、直觀地分析出質量缺陷的根本原因，從而明確改進方向和確定改進方案。

1.3車身功能尺寸的建立方法

功能尺寸的建立需要對整車的功能進行分解，把影響整車“功能”的關鍵尺寸從所有的整車尺寸中挑選出來，建立相互關系。

功能尺寸的來源主要有幾個方面：

(1)產品設計提供

產品設計部門提供需要保證的產品功能，由尺寸工程師進行尺寸分析，并建立產品設計功能尺寸。

(2)工藝設計提供

工藝部門提供需要控制的工藝尺寸，由尺寸工程師進行尺寸分析，建立工藝設計功能尺寸。

(3)過往車型經驗

根據過往車型經驗，建立功能尺寸清單。隨著車型開發經驗的增加，不斷完善優化功能尺寸清單，表1所示為與整車性能相關功能尺寸清單，表2所示為與整車外觀相關功能尺寸清單。

車身功能尺寸建立的方法主要有差值法和局部坐標系法：

(1)差值法

差值法為通過計算一組影響某項功能的關鍵尺寸測量項之間的差值來建立功能尺寸的方法。 如圖3所示為某車型尾燈部位的功能尺寸建立。圖3(a)中的點為整車尺寸中影響尾燈間隙面差的關鍵尺寸，在整車坐標系中進行測量；圖3(b)中的點為側圍輪廓點與尾燈主輔定位孔Z向差值，用來控制尾燈與側圍間隙。

表1　性能功能尺寸明細

表2　外觀功能尺寸明細(按區域分)

(2)局部坐標系法

通過在局部坐標系下評價某功能關鍵尺寸的方法來建立功能尺寸，它直接反映了測點與局部坐標系基準之間相互關系。以上述尾燈與側圍間隙面差為例，使用三坐標對車身尾燈區域尾燈定位基準點進行測量并按3Y-2Z-1X建立局部坐標系，如圖4(a)所示。在此坐標系下測量的側圍輪廓點偏差即表示其相對于尾燈基準的偏差，不需要再進行差值，如圖4(b)所示。

相對于差值法，局部坐標系法更加直觀，且局部坐標系的建立不受整車坐標系的影響，使用起來更加靈活、快捷。

2　功能尺寸驅動產品與工藝設計

在功能尺寸開發過程中，并行工程概念始終貫穿于產品設計和工藝設計之中，以面向制造為產品設計的指導思想，以滿足產品要求為工藝設計的目標，相互協調并行開發。在功能尺寸目標指導下，將設計與工藝要求轉換成可以監控的尺寸目標，通過尺寸鏈分析，制定相應的零件結構、搭接接頭、裝配順序，以功能尺寸目標的達成來驅動產品設計與工藝設計，如圖5所示。

減小功能尺寸公差最好的方式就是減少車身的裝配環節，即縮短尺寸鏈，降低各偏差因素對最終結果的影響。對于產品結構設計而言，最有效的方式是在設計過程中盡量把有功能尺寸要求的特征設計在同一個零件上，或者將有功能要求的零件直接進行關聯，如圖6(a)所示。對于工藝設計而言，通過工裝夾具把若干個零件上需要控制的功能尺寸特征直接“定位”在一起，以此縮短尺寸鏈,如圖6(b)所示。

3　應用示例

某車型前大燈定位以及在車身上相應的位置如圖7所示，圖7(a)為大燈定位方案，圖7(b)為大燈在車身上相應的安裝點。

分析車身上前大燈功能尺寸如下：F1為前大燈兩個安裝點Z1、Z2的Z向偏差；F2為前大燈兩個定位點Y1、Ya1的Y向偏差；F3為前大燈兩個安裝點X1、X3的X向偏差；F4為前大燈兩個定位點X1、X2的X向偏差，如圖8所示。

功能尺寸F1由水箱上橫梁左右安裝支架沖壓單件保證，尺寸F2、F4由翼子板沖壓單件保證，而功能尺寸F3兩點一個在前大燈安裝支架上，一個在翼子板上。原方案中，前大燈支架與車身焊接成總成，前大燈支架的X向由車身精度保證；而翼子板的X向則由翼子板與前門間隙保證，其尺寸鏈為：車身精度①→前門裝配工裝②→前門總成尺寸③→前門裝配偏差④→翼子板裝配工裝⑤→翼子板尺寸⑥，如圖9所示。

采用功能尺寸驅動產品及工藝設計的思路，將前大燈支架與翼子板用一個工裝進行裝配，在翼子板上增加方孔，作為工裝的輔助定位孔，同時該孔也作為裝配機罩時工裝的X向定位孔，保證機罩與大燈之間X向的功能尺寸，如圖10所示。F3功能尺寸其尺寸鏈為：前大燈支架→裝配工裝→翼子板。

新方案減少尺寸鏈鏈環，有效保證了功能尺寸的達成。

4　結論

從整車設計及制造的角度對車身功能尺寸展開研究，重點對功能尺寸的定義、優點、設定方法展開討論，提出了以功能尺寸作為車身設計目標驅動產品和工藝設計的新思路。

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HU Min.The Tolerance Design Method, Theory and Practice in the Process of Car Development[J].Shanghai Auto,2007(10):22-24,36.

【2】來新民，林忠欽,陳關龍.轎車車體裝配尺寸偏差控制技術[J].中國機械工程，2000,11(11)：1215-1222.

LAI Xinmin,LIN Zhongqin,CHEN Guanlong.On Variation Control Techniques for Automotive Body Assembly[J].China Mechanical Engineering,2000,11(11)：1215-1222.

【3】林忠欽.汽車車身制造質量控制技術[M].北京：機械工業出版社，2005.

【4】陳少云.功能尺寸開發及其樣車試制階段的驗證[D].上海:上海交通大學機械與動力工程學院，2010.

【5】金云光，趙飛.基于功能尺寸鏈的白車身構建技術[J].合肥工業大學學報:自然科學版，2009,32(z1):76-78.

JIN Yunguang,ZHAO Fei.The Approval of BIW Technology Based on the Dimension Chain[J].Journal of Hefei University of Technology:Natural Science,2009,32(z1):76-78.

Product and Process Design Driven by Functional Dimensions

YU Kui, CAI Haohua, WANG Jia

(Technical Center of Dongfeng Motor Corporation, Wuhan Hubei 430058,China)

Functional dimensions are relative position requirements of a group of the same functional measuring points which are introduced to meet the requirements of product design, process design, manufacturing control and other product or process objectives. The application of functional dimensions definitely proposed the purpose of product and process design in the design procedure. Also data analysis in the monitoring process was simplified by which the root causes of quality defects could be found more accurately and the improvement plan could be determined.

Functional dimension; Dimension drive; Product and process design

2016-04-15

余魁，男，碩士，研究方向為轎車車身制造、轎車車身尺寸控制。E-mail:yukui@dfmc.com.cn。

U463.82

B

1674-1986(2016)07-025-05