車門手工裝配控制點選取的研究

李瑞婷，姚森

(北京奔馳汽車有限公司，北京 100176)

0 引言

將車門裝配到車身上，需要使用工裝，選取合理的控制點，調整到工藝要求的范圍。不同的控制點選取方式，對成車的間隙平順度狀態(tài)有著不同的影響。正確地選取車門裝配控制點，不但可以保證成車的裝配質量，還可以顯著提高工人的工作效率。通過對E級轎車兩種車門控制點選取的方法進行實例分析，旨在得到每種定位方式的利弊，對實際裝配過程進行指導，提高成車的間隙質量。

1 車門裝配控制點選取的一般原則

車門裝配時，需要空間6個定位點將車門完全定位，即遵循“6點定位法則”，其中3個定位點確定坐標平面，另外2個定位點確定坐標軸方向，最后1個定位點確定第3個坐標方向，也就是“3-2-1”規(guī)則。6點定位限制零部件6個自由度，使零部件在空間的位置能夠完全確定下來。

除了“6點定位法則”之外，基準的選取還要遵循傳遞原則，通過保證定位基準一致性，使得基準在制造、裝配、測量中是逐級傳遞的[1-2]，這樣便于分析車身尺寸偏差問題，能夠有效地進行問題分析，使得白車身裝配精度容易得到控制[3]。因此，車門裝配時6個控制點的選取應該盡量與車門和側圍的基準點重合，同時控制點還需要是零件上尺寸比較穩(wěn)定的點。

2 使用2Z+1X控制點與前后門下間隙分析

以奔馳E級轎車后門為例，車門總成的測量基準點如圖1所示。

Y向3個點(表示為3Y)，Z向2個點(表示為2Z)，X向1個點(表示為1X)，6個點將車門完全定位，建立坐標系進行測量。車門裝配時，Y向3個點分別對應車門的上、下兩個鉸鏈和后續(xù)在總裝安裝的鎖柱。Z向2個點分別是B柱處與側圍的高度、車門C柱與側圍腰線的臺階，如圖2所示，同時這兩個Z向控制點都是沖壓件的成型面，尺寸穩(wěn)定。對于X定位，如果是自動化裝配，可以根據車門總成測量的X建系點進行X位置的確定。對于人工裝配，工人不方便直接通過車門總成的X建系點確定車門的X方向位置。通過三坐標在線測量發(fā)現，車門與側圍間隙處的自動化滾邊尺寸十分穩(wěn)定，σ值為0.08，故將X方向建系點轉換為后門與側圍的間隙。這樣6個點完成了車門的定位，其中5個點均與車門總成的建系點基本一致，1個點的選取采取了基準轉換的方法。

圖2 車門裝配控制點選取

如上所述為E級轎車后門的裝配控制點選取方法，前門與后門一致，均采用3Y+2Z+1X。這樣工藝檢測點可以分為兩大類：一類是這6個直接控制點，另一類是其余的受到這些點影響的點。在前后門均完成裝配之后，各非直接控制點受到直接控制點和總成件尺寸的累計偏差影響。由于Y向的3個點由單獨的鉸鏈和門鎖工裝胎決定，裝配時工人只在Y平面內調整，故下述的分析不考慮Y向3個直接控制點的影響，僅考慮Z方向與X方向。

在使用該種控制點的情況下，車輛出現了部分車中縫間隙不均勻、下間隙超差的現象。針對該現象，對下間隙的影響因子進行分析。前后門的下間隙，受到Y平面內前后門各個直接控制點的影響。將該點定義為因變量Y，則它受到自變量X包含后門B柱高度(定義為X1，后依次類推)、后門臺階、后門與側圍間隙、前門高度、前門臺階、前門與后門間隙，共計6個自變量的影響。

圖3 按照2Z+1X裝配

從在線測量上獲取裝配的833輛車數據，對數據進行相關性的假設檢驗，得到前后門下間隙Y與各個X的相關性結果如表1所示。從結果上看到，幾個直接控制點與Y的假設檢驗P值均小于0.05，說明相關性較強，即幾個因子對下間隙都有影響。

表1 前后門下間隙Y與各控制點的相關性分析

再對結果進行回歸分析，可以得到回歸方程如下：

Y=2.048-0.768 9X1+0.823 6X2-0.122 6X3+0.274 5X4-0.817 0X5+0.580 2X6

(1)

S=0.198 483 mmR-sq=69.12%R-sq(調整 )=68.90%

從上述分析可以看到：使用該模型的預測值與實際值接近，有68%左右的準確率，誤差2S約0.396 mm。需要說明一點，之所以準確率沒有達到90%以上，是因為目前該模型包含的影響因子對前后門下間隙均有貢獻，但并不是全部的X，前門總成在該點尺寸X7、后門總成在該點尺寸X8也是影響該點間隙的重要因子，由于沒有獲得數據，未能加入該模型，但是該模型足以反映裝配過程對于下間隙的影響。

從公式(1)上可以看到：后門臺階與前門臺階這兩個影響因子，系數均在0.8左右，比重很大，也就是說這兩點中任何一點波動1 mm，會帶來下間隙0.8 mm的波動。這兩點的公差都是±0.5 mm，假設工人裝配兩輛車，其中一輛后門臺階取上限值0.5 mm，同時前門臺階取下限值-0.5 mm，另外一輛后門臺階取下限值-0.5 mm、前門臺階取上限值0.5 mm，則兩輛車的間隙相差Y1-Y2=1.64 mm。下間隙公差為±0.75 mm，也就是說這兩輛車至少有一輛已經超差。當直接控制點都在各自公差內時，受這些直接控制點影響較大的前門下間隙已經超差，表現為成車的中縫間隙不均(A形間隙或者V形間隙)。實際生產采用該裝配方法進行裝配，得到的前后門下間隙數據分布如圖4所示，σ值為0.31，下間隙的公差大小為±0.75 mm，按照正態(tài)分布進行概率估計，約有1.56%的車下間隙超差。

對于人工裝配，工人一般只會考慮直接控制點是否滿足公差要求，并不能在短時間內完成累積誤差的計算，所以想要得到合格的產品，就需要對各直接控制點進行穩(wěn)定性控制。之前在考核某個直接控制點的裝配情況時，評價標準首先是是否超差，其次是穩(wěn)定性如何，當看到σ值較低時，會產生一個疑問，從質量成本的角度看，σ過低是否已經過度控制。但是通過上述分析可以看到，即便每個直接控制點都在公差內，依然會造成受這些點綜合影響的其他點超差，所以說，最大程度地降低各直接控制點的波動，是最終獲得合格產品所必須的。

圖4 按照2Z+1X裝配下間隙的數據分布

3 使用2X+1Z控制點與前門高度分析

通過上述的分析可知，下間隙受到各個直接控制點的綜合影響，容易出現超差的現象，也就是容易出現中縫間隙不均勻的現象，影響客戶評價。如果將這點從“間接影響”改為“主動控制”，則可以極大地降低間隙超差的可能。

由于前門裝配是在后門完成之后進行，所以沒有必要改變后門的裝配方法，只考慮將前門改為2X+1Z，這樣將所有的誤差累積到了前門A柱處的高度上，如圖5所示。由于前門高度的設計公差是±1 mm，相比中縫的下間隙公差±0.75 mm要大，所以理論上采用該裝配方法可行。將前門高度定義為Y，其他所有自變量定義為X1～X6，以此類推，根據在線測量得到的數據首先進行相關性假設檢驗分析，如表2所示。

從表2 可以看到：幾個影響因子中，后門與側圍間隙的P值大于0.05，代表相關性不明顯，所以在后續(xù)的回歸分析中去掉該因子，通過計算得到回歸方程(2)：

Y=0.38+1.663X1-1.637X2+2.201X4-1.966X5+1.737X6

(2)

圖5 按照2X+1Z裝配前門

影響因子相關性假設檢驗P值后門高度X10.000后門臺階X20.000后門與側圍間隙X30.851前門臺階X40.000前門上間隙X50.000前門下間隙X60.000

從公式可以看到：幾個因子的系數都大于1.5，比重很大，任何因子超過0.5 mm以上的波動，都會造成前門高度接近1 mm的波動。實際生產中采用該種方法裝配得到的前門高度數據分布如圖6所示，σ高達0.58，使用正態(tài)分布概率密度估算，大約有8.5%的車超過±1.0 mm的公差范圍。使用該種控制點裝配的部分車輛出現了與邊梁間隙偏小或者擠壓窗框膠皮以及前門與翼子板特征線Z向不整齊的現象。

圖6 按照2X+1Z裝配前門得到的前門高度數據

4 兩種裝配方法總結對比

綜上所述，采用2Z+1X的裝配方法，很好地保證了基準的傳遞，可以保證車門的Z向沒有大的波動，特征線整齊，亮條對齊；風險為中縫的下間隙會因為累計誤差而超差，產生中縫不勻的現象。而如果前門采用2X+1Z的裝配方法，則中縫間隙均勻，但是前門在A柱處的高度因為大量的累積誤差而高低不穩(wěn)定，與翼子板特征線不齊，與邊梁的間隙出現超差，或者上框與側圍的間隙超差，使得膠皮外閃。

目前在北京奔馳的幾個手工裝配過程中，以上兩種裝配方法均有使用。通過上述分析可以看到，2Z+1X的控制方法要更加科學。但是由于E級轎車的考核標準嚴格，仍然難以避免超差車輛的出現，并非是只保證控制點在公差范圍內就可以獲得合格產品，需要對直接控制點進行嚴格的穩(wěn)定性控制。除了上述兩種方法之外，還有一些車型采用車門底邊定位Z方向的方法，該方法既沒有遵循基準的傳遞原則，同時車門底邊又不是車門上相對尺寸穩(wěn)定的點，所以該方法只能作為產量較低或者產品質量要求不高的粗獷型尺寸控制，不是精確尺寸控制的選擇。

5 關于智能化裝配的思考

目前國內的外覆蓋件裝配使用的基本都是人工裝配，德國奔馳采用的是Bestfit自動化裝配。與德國的Bestfit進行裝配結果的對比發(fā)現：Bestfit的單點穩(wěn)定性并不如人工好，但是中縫上下間隙的一致性卻優(yōu)于人工裝配。這是智能裝配靈活調整各個直接控制點、以保證其他所有點在公差內的證明。

同樣以前門后的裝配為例，采用2Z+1X的建系方法，如果是智能化裝配，則可以按公式(1)進行實時計算，當后門完成裝配時，則上述公式中與后門相關的3個X就是已知的，則該公式簡化為三元一次方程，

Y=C+0.274 5X4-0.817 0X5+0.580 2X6

(3)

由于前門高度影響因子較小(0.274 5)，則可以將該點優(yōu)先向中值安裝，然后根據常量的具體值，結合前門臺階和上間隙這兩個X的等值曲線(如圖7所示)，進行最佳的配合，使得前后門下間隙保證在合格范圍內，這樣最終產品的單點穩(wěn)定性可能沒有人工裝配好，但是整體合格率卻高于人工裝配。

人工裝配的局限性，決定了無法進行實時反饋以便靈活地調整下一步的裝配，但是人工裝配為智能化裝配提供了大量的數據支持，而智能裝配是提高產品質量的必經之路。