車身尺寸工程及應用

摘 要：汽車車身尺寸工程的目的是實現尺寸鏈的價值工程，是保證車輛內外飾美觀，低噪音的基礎，本文簡述了整車尺寸配合標準（DTS）和應用實現過程，以及尺寸工程經驗庫和流程。

關鍵詞：尺寸工程 整車尺寸配合標準（DTS） 尺寸匹配（MC）

一、引言

汽車消費從解決人們基本出行逐步轉向個性化需求，對汽車的外觀及內部造型匹配設計逐步成為汽車廠的競爭力之一。為了持續滿足各細分市場客戶的需求，同時又要兼顧考慮制造成本及維護成本，整車尺寸工程設計及匹配標準的實現已成為國內很多汽車公司的基本發展能力[1]。汽車的核心設計能力主要包括底盤構架，發動機，整車車體設計，隨著國外車體設計逐漸內移，國內很多汽車公司具備了初步研發及設計能力，但是如何在設計前期結合造型（ST），制造工藝導向（DFM），制造裝配導向（DFA），需要有一套系統的尺寸工程管理來引導車體設計，而且需要通過建立可持續改進的學習平臺及數據庫來完善和持續提高車體的美感及可制造性，實現汽車個性化及制造成本的價值平衡。目前國內汽車公司已不同程度的建立的尺寸工程系統，或者通過與大學院校的合作建立了部分環節，尤其是合資企業正在向基于大數據及虛擬評估的軟件系統來進行車體設計，并通過虛擬裝配制造（VAVB）及實車的匹配驗證（MC）兩大PDCA循環環節來實現數模設計與實車驗證的融合。從車體造型到實車批量制造，尺寸工程一般包括以下幾個過程：（1）確定整車配合標準（DTS）；（2）基準確定及一致性分解（DIC）；（3）虛擬匹配評估（VA）/集成車評估（IV）；（4）零部件數模/標準制定（Data/GDT）；（5）車體測點規劃（MP）；（6）測量系統規劃實施（MS）；（7）整車匹配及數據驗證（MC）；（8）差異解決及改進（LL）。

二、確定整車匹配標準DTS

一輛吸引顧客眼球的車輛必須在設計前期進行客戶需求調研（VOC），并通過造型設計確定外形整體的多個可選方案，同時再通過油泥模的塑造來實體感受造型的空間映像，有些企業的質量部通過和第三方調研公司的配合來深度發現目標客戶的造型需求及偏好，從而實現較為清晰的客戶需求，很值得其他企業借鑒。造型選擇的過程中，尺寸及工藝工程師必須參加與造型設計師的交流，確定細節的配合形狀的可制造方案，以便實現在不影響造型風格的前提下，確定易于制造的造型及匹配標準，目的是減少或弱化DTS標準/特征的設定。圖1是典型的車身后續配合圖，比較可得，通過造型設計的弱化，左車減少了2個平整度（flush）特征的要求，只有間隙（Gap）的要求，對制造質量更易于穩定實現，工藝要求不高，同時也不影響外型效果。

DTS的標準一般根據不同類車型而略有差別，包括三廂（NB）/二廂（HB）/運動型（SUV）/旅行車（SW）有不同的設定，一般為間隙+/-0.5，平整度是+/-0.5的范圍內。DTS的標準設定一般是通過競品車型的比較來確定。設定并不是工程師的工作重心，標準的可達方案及細微部的優化處理往往是需要團隊及工程師的經驗應用及創造來實現，優秀的工程團隊會有專業的造型庫來提供設計參考和思路。確定DTS需要充分造型，產品及工藝制造各部門的先期融合及交流確定的折中方案，對于性價比要求高的中級/低級車的批量生產，設計前期確定合理的造型是實現低成本制造的重要環節，同時便于實現制造工藝的穩定，即減少變動成本。

三、基準確定及一致性分解

基準的確定及合理性是尺寸匹配標準實現的基礎，這一逆向工程是產品和工藝拆分的重要接口，需要大量實踐經驗的匯總及工藝標準的試錯轉化而成。目前有零件定位和工裝定位兩種策略方向，美系車大量采用零件定位點，利于盲裝的達成，需要在產品設計時就充分考慮各零件的關系優化定位；歐系車更注重工裝定位及重復使用，在工裝設計時以經驗模板來控制匹配質量，但對實際制造過程帶來很多操作節拍要求及工裝的長期維護。實踐過程中往往是兩種方式的平衡選擇，從而實現價值工程的平衡?；鶞实拇_定后，后續的定位分配即可開展，但是很多一致性分解往往要到集成試驗車及尺寸匹配（MC）階段進行實踐驗證。

四、虛擬匹配評估（VV）/集成車評估（IV）

確定完配合標準及零部件定位以后，通過數模在計算機里的模擬，我們便可進行初步的尺寸配合模擬，目前CDLS及3DLS軟件便可進行裝配模擬，一般需要通過連續幾天的重復裝配模擬達到合格率95%及以上才可實現裝配的穩定性驗證。否則需要重新尋求產品造型或工藝定位裝配方案來保證配合的可達性。軟件模擬一般對零部件進行剛性處理，零件的變形及重力彎曲往往不能真實反映，我們需要通過后續集成車來細化驗證。有些公司也開始進行先期的重力，氣彈簧力等物理受力的有限元模擬來初步獲得一些零件反變形的方案，但是軟件參數設定本身需要大量的實踐驗證數據來參考設定，所以實踐過程中需要投入資金進行試車零件的獲得，以便能模擬關鍵制造工藝及裝配的效果，因此越能在制造前期改進問題及提高制造穩定性。目前一些快速的3D打印技術的發展也為驗證提供更好的方法快速實現零件獲得及實車驗證，包括有些過程小工裝也可快速獲得并驗證使用效果。

五、零部件數模/標準制定（CD/GDT）

通過計算模擬及驗證后的數模及標準將更加易于工藝規劃及制造實現。某些零部件的設計及認證一般不是汽車主機廠進行細化設計的，外包給很多供應商OEM負責開發，主機廠要和供應商OEM設計及工藝團隊充分溝通，以便在早期實現工藝策略及尺寸可達性的方案，減少因制造工藝的問題對零部件尺寸造成的影響。需要有專門的數據庫來收集并匯總跟蹤部件的應用案列來系統的解決并提高零部件對車身裝配的影響。

六、車體測點規劃

測點規劃是連接理論數模和實車尺寸的關鍵轉換對象，按照一定間隔要求進行測點的設置及關鍵零件特性處的設定。測點是實車分析問題的數據基礎，尺寸工程的本質就是通過測量數據的分析來改進設計及制造達標。目前按照車體劃分為車框測點（A類），開啟件測點（B類），白車身配合測點（C類），整車配合測點（D類）。其中A/B是絕對測點，C/D是相對功能測點。按照功能優先級可分為I類點安全相關測點（地盤懸架），硬點（關鍵配合），II類點（工藝定位）。許多車廠混合使用，有些工廠關注以功能測點為方向的測點管理體系。

七、測量系統規劃實施

測點必須通過儀器設備才能實現測量，就需要測量系統的規劃，包括測量設備和檢具二個方面。測量設備一般包括白光檢測儀（沖壓零件），CMM（車身）以及FARO（移動式三坐標），檢具一般包括HCF（過程零件檢具），OCF（裝配檢具），TAC（總成檢具）等[3]。一般汽車廠包括沖壓/車身/油漆/總裝四大工藝車間，測量系統規劃的主體是車身尺寸及總裝尺寸的測量系統，車身車間通過離線CMM的測量及在線視覺系統的穩定性測量實現過程尺寸的控制，總裝車間一般通過離線的裝配檢具TAC測量及在線的配合尺寸的測量（塞尺或激光掃描）來進行過程控制。隨著測量設備的高精度，高速度，在線化的發展，目前開始采用了大量在線視覺檢測裝置（如博賽的Helix掃描測頭），用于工藝穩定性及關鍵匹配特征的波動測量，有些視覺測量系統已實現主動測量并控制工藝機器人的軌跡修正來自動維持產品的配合尺寸，如車頂的自動引導系統等。所有的過程數據可通過數據采集平臺自動上傳記錄，即實現尺寸過程大數據系統，便于后續的跟蹤及快速問題定位及解決，如GM的GDIS系統，已經可統計全球同步項目的所有數據用于不同區域的對標及改進，同時目前也在集成供應商零件數據來快速主導尺寸問題的解決。沖壓件快速測量則使用基于照片數據分析的藍光掃描儀（海克斯康或GOM），通過快速面尺寸全息數據的收集，快速指導問題解決。

八、整車匹配及數據驗證

整車匹配在尺寸工程的活動中是很重要的環節，也是企業學習提高，鍛煉尺寸工程人員的重要活動。一般包含零部件跟蹤（PMC），試車工藝產品驗證（PPV），批量制造（LP）階段。匹配活動分內飾/外飾匹配，外飾以前/中/后部位主要控制對象，主要包括車體4個燈部位，前后保險杠，IP（中控面板）等。整車匹配同時對車身裝配工裝也進行驗證，以保證高速批量的白車身穩定性。尺寸匹配的三大要點：整車導向/名義值控制/零部件關注。首先要重視零部件的尺寸合格率及穩定性（波動?。慵某叽缑x值達標及穩定性是匹配標準實現的基本。通過與外包件采購工程師，質量工程師一起對供應商檢具一致性及零件的實地走訪，在整車匹配之前就掌握關鍵匹配零部件的實際尺寸信息，帶有數據封樣的零件交付汽車廠后就可以開展總成車的匹配工作，車身車間的工裝標定數據也需要匯總收集，便于尺寸問題的判斷，原則是零件達標，不達標則零件需穩定，極少數問題可進行工裝的偏調來解決。

九、差異解決及改進

通過對車身/零件測點的收集及匯總，發現并找出問題原因是貫穿尺寸匹配活動的重要內容，能否快速發現并驗證原因和落實措施是工作的難點，由于尺寸鏈的復雜及物理特性的影響，尺寸解決方案往往必須與實踐經驗結合，才能有效找到問題的解決點。所有尺寸問題的解決最總需要反饋設計部門供后續改型或新車設計時參考應用。上述內容及應用只是尺寸工程的一般過程，如果我們能把造一輛車當作學習的機會，那么尺寸工程需要通過平臺來系統匯總造車經驗，附圖2很好的概述了這個系統反復循環的過程，其中經驗庫是核心，也是企業的競爭力所在。

近年，新材料及新工藝的應用越來越多，其中激光焊接板以及鋁板的引入，對尺寸配合標準的達到又提出了新的要求，激光鈑焊接變形多，穩定性不高，熱變形會導致配合尺寸的波動。需要不斷學習應用提高穩定性，同時激光焊及激光釬焊對零件的合格率要求更高，要求在+/-0.25mm之間，否者會引起漏縫及焊穿等缺陷。這些新材料工藝的變化也對尺寸工程的控制及管理提出新的要求，我們仍需通過經驗庫及流程來學習并匯總實踐經驗。尺寸工程的導入對整車設計及價值提高有很大的幫助，其原則是尺寸鏈設計的原則，減少配合特征，減少尺寸鏈的數量，運用工裝合理縮短尺寸鏈。在實踐應用中我們必須靈活運用，并在設計前期充分評估，真真減少復雜設計帶來的制造波動及難度，實現客戶需要的美觀實用，功能可靠的汽車銷售。

參考文獻：

[1]唐偉華. 尺寸工程在汽車開發中的應用[J]. 現代物業·新建設， 2014（8）：104-105.

[2]孔慶華， 劉傳紹. 極限配合與測量技術基礎[M]. 同濟大學出版社， 2002.

[3]李凱嶺. 機械加工工藝過程尺寸鏈[J]. 2008（01）：14-16.