尺寸工程技術在車輛制造中的應用

曾鋒

摘要：在白車身的制造過程中，往往會涉及大量復雜的原理，例如振動噪聲、空氣動力學、人機工程等。尺寸工程技術可幫助制造白車身時配置出最合適的零配件尺寸，優化相關計算過程。鑒于此，本文將結合筆者相關工作經驗，詳細論述尺寸工程技術在車輛制造中的應用，旨在為一線工作提供理論指導。

關鍵詞：尺寸工程技術；車輛制造；白車身制造

車輛制造過程是由多個復雜的工作環節組成的，并且在各個制造環節中都會隱含某種或某幾種偏差。為了有效提升制造精度、減小白車身制造的偏差，就必須在制造施工之前科學的擬定各種構件的尺寸和規格。然而受到技術和施工工藝的約束，往往被制造出來的沖壓件未能確保是其最合適的精度。此種情況下就很有必要預先給出設定好的公差和相關尺寸，并借助尺寸工程來提高車身的穩定性。

1.尺寸工程概述

1.1尺寸工程的定義

尺寸工程屬于新興工程，它以傳統制造領域為基礎，其意義在于彌補傳統制造工程的缺陷以及規范傳統制造工程的施工步驟，幾乎在所有的制造行業中都能派上用場。汽車制造領域的尺寸工程包括了產品外形設計、零部件制造、產品工裝設計以及裝配的全過程。它可以有效解決許多實際問題，例如在產品裝配的過程當中常常遇到的裝配干涉類問題。所有零部件的制造都可能產生尺寸公差，這些誤差本身是很難避免的，并且不會對制造工程整體造成明顯影響。但是在產品裝配的過程中，這些誤差會逐漸積累，其產生的影響就會被逐漸放大，導致出現裝配干涉問題和裝配困難問題。然而尺寸工程的工作理念就是在制造之前將可能產生的公差考慮到其中，從而有效避免此類問題的出現，并且幫助提高了車輛制造工程中對車身尺寸偏差的監控效率和診斷能力。此外，將尺寸工程技術應用到車身制造、施工工藝以及施工管理等方面進行尺寸與公差系統優化，有助于縮短產品的開發周期、提升裝配尺寸的精確度、明顯降低產品開發成本，并能在實現大批量制造的同時確保產品質量的穩定性，對持續改進具有極大意義。

1.2國內外尺寸工程的應用現狀

上世紀八十年代左右，日本汽車制造行業應用全面質量管理達到了車身綜合誤差控制在兩毫米之內的效果，正是由于這種出色的車身質量，使得日系車輛在國內贏得巨大市場。隨之，美國政府拿出400萬美元投資到車身質量研究中，“2mm工程”的研究構想在1991年被提出。之后，此舉為美國的工業生產提供了一套完整的行之有效的全新方法，極大的促進了車身制造水平。

近年來，國內有許多大型的汽車制造企業開始對尺寸工程的研究。但是現有的尺寸工程研究團隊遠遠不能滿足所有車型的車身設計工作的要求，而且團隊普遍在內外飾設計、底盤設計以及電裝領域的尺寸工程能力薄弱。我國汽車制造企業將尺寸工程技術主要應用在了產品生產制造階段，而忽略了車身本體研發階段的汽車零部件精度設計、分析、計算工作。

2.尺寸工程的流程

2.1制定DTS

整車尺寸目標制定側重于對整車內、外尺寸配合偏差的研究，并由其負責關鍵間隙、通用公差、面差以及功能性要求的制定，以制造技術工藝、制造能力、制造效率等為依據來制定目標公差。

2.2制定RPS

RTS系統指的是對從開發到制造、到檢測、再到批量裝車的各個涉及人員需要共同遵守的定位點以及公差的規定。RPS系統制造技術相對來說是一門新興技術，應用此項技術的作用主要表現為三個方面，即：第一，可以有效避免由于基準點的不斷變換而導致的零件公差增大問題；第二，可以有效減少定位板或定位塊的使用；第三，RPS系統是模具、檢具以及工裝夾具的定位點。

2.3公差設計

公差設計即設計細化的偏差并且定位基準。在此項制造過程當中，設計目的在于構建定位體系。無論是零配件還是整車，都要對其進行妥善、準確的定位以及設定形位公差。在此過程當中需要描繪圖紙，并且需要在圖紙上將制造車身本體的精確公差顯示出來。此外，圖紙還在工裝供應商設計或制造模、撿以及夾具的過程當中發揮指導和約束作用，幫助實物零部件達到設計尺寸精度的要求。

3.尺寸工程技術在車輛制造中的應用

3.1影響因子分析

前罩相對于翼子板裝配高差是所需求的，也就是封閉環。接下來分析有關前罩相對于翼子板裝配高差的組成環的影響因子。首先應從翼子板入手，觀察可發現，翼子板配合處部位的面輪廓公差是一個組成環。此外，由于用來固定翼子板的裝配支架通常采用多層焊接的方法，因而肯定會差生面輪廓高差。其次，分析與前罩板相關的影響因子。觀察可發現，前罩與翼子板之間配合處部位的面輪廓高差是組成環。因為前罩板是通過鉸鏈與車身本體相連接的，所以鉸鏈裝配面產生的面輪廓公差會對其產生影響。

3.2建立尺寸鏈

傳統的公差設計方式通常過于依賴相關工程師個人的工作經驗和標準（如圖1）。然而在實際的生產制造過程當中，不確定因素往往多到不允許忽略，在大批量生產的條件下，如果不對這些因素加以考慮，那么必將造成巨大的損失。如果采用尺寸鏈技術來檢驗和分析公差的合理性，則可以將絕大多數影響偏差的因素的作用大大降低。

尺寸鏈指的是一組相互緊密聯系并按照特定順序排列而成的封閉尺寸組合。依據鏈的幾何特性及空間位置可將鏈分為線性尺寸鏈、平面尺寸鏈以及空間尺寸鏈。尺寸、過盈量以及角度稱作尺寸鏈的環。環又可分為封閉環和組成環。組成環可對封閉環產生影響，封閉環A0和組成環An之間的函數關系為：A0=f（A1，A2，…，An）。組成環產生的微小增量就是各環的公差，當公差累積到一定程度就形成尺寸鏈關系。所以，通過改變組成環的精度可達到控制封閉環的目的。

3.3公差計算

在尺寸鏈計算以及公差分析軟件中分別輸入各部分參數，選用統計分析法進行計算和仿真，最后對結果進行保存，如圖2。

采取優化結構之后，前罩相對于翼子板裝配高差在0.82上下，符合對精度的要求，較小的誤差有助于提高車體的美觀性，并且更有利于減小風阻、車體震動，同時也提高了汽車車身的密封性和行駛平穩程度。

4.未來展望

首先，在柔性裝配體方面多采用公差分析法與有限元相結合的方式，但是其計算效率相對較低。新的三維偏差分析模型應當考慮均值便宜以及在線調整、返修等特殊工藝。

其次，在對于檢具、夾具和產品尺寸方面的綜合數字化匹配封樣技術上的研究，應將處于相同開發階段且具有一定對應關系的夾具、零部件、檢具、分總以及總成的尺寸數字當做數字樣件的重要特征保存起來，還可以將其作為多種數字匹配的標準使用，在生產以及改進設計過程中發揮指導性作用。

第三，在行位公差以及組特點復合偏差的信息建模方法上，當前絕大多數的研究工作都集中于尺寸偏差方面，而忽略了對于復合公差以及形狀公差的分析和考慮。

第四，逐漸與新一代的GPS體系相融合、相適應，可實現在新標準體系的條件下進行三位公差建模以及偏差評估工作。進一步完善面向產品整個生命周期的公差設計方法和設計理念。

第五，三維造型軟件與產品數據管理軟件、產品全生命周期管理軟件以及公差分析軟件相互融合，集成出一套全新的系統，實現信息流的一致性，并且促進產品設計與產品生產各部門之間實現信息共享，達到快速決策、正確決策的目的。

5.結語

綜上所述，將尺寸工程技術應用到控制車身本體設計精度以及提高制造裝配質量當中，尤其是將功能尺寸上溯到產品設計階段，能夠實現大幅度提高產品制造精度、明顯縮短產品開發周期。因此，尺寸工程對于汽車制造工程而言是一項具有實際指導意義的技術，對車型研發以及生產過程具有極大的幫助。