尺寸工程在車身正向開發中的應用

王永，魏益冰，楊文德，陳澤炎

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200 ）

前言

隨著消費者對車身外觀的重視和國內車身制造水平的不斷提高，各大主機廠越來越重視精品制造的理念，而尺寸工程作為一種控制尺寸和形狀的系統方法，正在被各大主機廠推廣和使用。尺寸工程包含DTS（間隙和面差）定義、RPS（基準）確定、尺寸鏈計算、GD&T圖紙和測量計劃。尺寸工程作為一項系統工程，貫穿汽車設計的造型、概念設計、詳細設計和試制各個階段，只有在設計的每個階段開展尺寸工程對應的工作才能生產出高質量的車身。

1 客戶購買關注度研究

在2016年通過對卡車客戶問卷調查發現，卡車客戶購買車輛主要考慮的7個因素分值如圖1，其中整車外觀與舒適性并列第三，僅次于安全性和NVH，同時與2014年相比關注度有所提高。

圖1 2016年卡車客戶購買關注度

2 DTS定義

DTS (Dimensional Technical Specification）即俗稱的間隙面差，間隙面差作為感知質量的一部分，其均勻度以及大小對客戶主觀感受有非常明顯的影響。表1為某車身車門和側圍裝飾板之間的DTS定義。

DTS一般在CAS階段開始定義，同時也根據CAS的更新進行更新，在A面凍結之后進行凍結。在CAS更新的過程中會根據尺寸鏈分析結果，修正公差值， DTS定義時主要考慮以下因素：

● 產品的市場定位

● 競品車情況

● 現有產品的間隙面差問題

● 造型師的設計意圖

● 零件之間的運動關系

● 零件安裝順序

● 公司和供應商制造水平

● 測量基準

● 測量工具和可測性

● 工程間隙和設計間隙需分別進行定義，前者校核CAS，后者校核三維數據。

圖1

3 RPS確定

RPS ( Reference Position System）即基準系統，其根本目的就是實現零件準確并可重復的位置確定。在單個零件有準確定位的前提下，進一步實現零件從制造到檢測和裝配的定位一致性，只有這樣才能最大限度降低過程偏差，制造出高質量的車身。

圖2 某車身側圍裝飾板RPS圖紙

RPS定義需考慮的事項

● A基準盡量位于同一平面或者平行平面，且盡量平行于基準平面

● A基準應位于零件剛度較高的位置，總成中應位于剛度高的零件

● A基準的數量可以根據零件剛度確定，一般要求兩個基準點之間彈性變形小于0.3mm

● C基準最好使用長圓孔

● B準備和C基準距離大于零件的三分之二

● 在設計零件基準時需考慮總成的基準，盡量多的做到沿用

● 零件的基準設置應與零件的裝配或焊接狀態一致

4 尺寸鏈計算

尺寸鏈計算是分析 DTS是否可行和結構設計是否合理的重要手段，甚至可以說是尺寸工程的最核心的技術，但由于軟件分析中都將零件假設為實體以及其他假設，導致軟件分析結果與實際偏差較大，與CAE仿真技術相比處于較未成熟的階段。

常用的尺寸鏈計算方法有一維法和三維法，其中一維法應用在斷面設計階段，因為該階段沒有三維數據，沒有RPS定義。三維法一般在有了詳細結構數據后展開分析，常用的三維分析軟件有VSA和3DCS。三維尺寸鏈分析需要的輸入零件安裝順序、零件RPS圖紙、零件通用公差、焊接過程偏差和裝配過程偏差，同時三維分析軟件可以設置尺寸鏈中各組成環的的分布種類、敏感度和貢獻量。敏感度和貢獻量非常有利于尺寸鏈的優化，降低累計公差，從而指導結構更改。從圖3和圖4中可以看重一維尺寸鏈和三維尺寸鏈分析結果的差異，同時三維尺寸鏈分析花費時間較長，最好在項目初期進行規劃。

圖3 某車身車門總成面差一維尺寸鏈計算結果

圖4 某車身車門與側圍間隙3DCS計算結果

5 GD&T圖紙

GD&T圖紙是設計給生產和主機廠給供應商輸出的重要技術文件，三維數據體現的是理論狀態，GD&T圖紙規定了實際零件允許的偏差以及檢測偏差的辦法。GD&T圖紙必須明確規定產品所有測量要素的偏差，如定位面、安裝面、安裝孔、外觀面以及其他非配合面和孔的公差要求。

圖6 某車身側圍裝飾板GD&T圖紙

6 測量計劃

測量計劃是根據GD&T圖紙對測量元素（點或者孔）的位置、數量和測量方法進行詳細定義，同時測量計劃也是零件檢具設計的輸入文件，以及試制和量產階段重要的日常質量文件。

圖7 某車身地板邊測量計劃型面頁

7 總結

尺寸工程作為一項系統工程，它貫穿車身開發的整個流程，并且需要主機廠各部門以及供應商良好配合才能取得理想效果。在車身開發中首先定義DTS，最終評價產品質量的也是DTS合格率，其中GD&T圖紙和測量計劃是核心的過程輸出物，而尺寸鏈計算是編制GD&T圖紙的重要依據。因此尺寸工程的各組成部分環環相扣，密不可分。

中國政府在“十三五規劃”中明確提出中國經濟的發展將由重視“量”轉為重視“質”，因此我們更有理由相信只有精品制造才能增加產品附加值，提高企業利潤率和競爭力，而尺寸工程就是精品制造的利劍。