簡析汽車白車身尺寸開發與控制

劉亮　張杰　喬濤

摘 要：汽車白車身尺寸影響到產品的外觀品質和整車性能，逐漸受到各個主機廠的重視。在產品開發過程中需要根據市場、用戶和性能等方面的要求，制定整車尺寸要求，通過尺寸鏈分析將整車尺寸要求分解到零部件，制定合理的零部件尺寸和公差，進而制定零部件和白車身工裝、工藝和檢具的開發策略和尺寸測量計劃，對關鍵的尺寸進行監控和分析，達到白車身穩定控制的目的。

關鍵詞：尺寸開發;工裝;工藝及檢具開發;測量數據分析和管控

1 概述

在科學技術日益發展的今天，汽車行業的競爭越來越激烈，白車身的精度品質對整車品質起到了重要作用，白車身的尺寸開發和控制就非常關鍵，一般白車身的尺寸開發和控制關鍵環節如下。

1）制定DTS。DTS是整車質量目標文件，根據產品要求制定DTS并將其分解到零部件公差，進行三維仿真和尺寸鏈計算，驗證DTS的合理性。

2）制定CDLS。CDLS設計師尺寸開發前期的關鍵內容，包括基準策略、制造順序和零件分級等相關內容，用于指導后期的工裝開發和GD&T圖紙的設計。

3）制定GD&T圖。根據零部件分解的公差制定GD&T圖，GD&T圖是最終正式的尺寸工程交流語言，需要體現基準和公差要求。生產和質量部門依據GD&T圖紙及便利性，制定零部件及白車身的檢具開發策略及零部件的測量計劃。

4）零部件測量、分析和改進。按照測量計劃對零部件及白車身進行測量、數據統計分析和調試，建立數據庫進行分析和持續改進。

2 DTS的制定

2.1 DTS的初步確定

新產品開發的初期，尺寸控制部門根據市場需求、客戶心理、競品車型、產品戰略、制造水平等等要求聯合產品工程、造型設計、市場、制造工程等區域制定初版的DTS（產品規格）。DTS通常以間隙、段差、平行度、一致性等要求來體現。如圖1為某車型的DTS。

2.2 DTS的校驗分析

初版DTS制定后，需要對其合理性進行校驗。制造可行性是能否實現DTS要求的基礎，校驗一般按照要求畫出尺寸鏈并進行分析來驗證。尺寸鏈分析一般采用統計公差疊加方法進行分析（特別重要的位置也可以考慮極限值分析方法進行分析），在造車驗證過程中針對驗證的問題再重新修正。下面結合實例介紹統計公差疊加分析方法的應用。

尾門與后保的間隙要求及關聯零件及尺寸鏈情況如下圖2、圖3。

將零件裝配，給出定位和公差信息，計算分析結果如下圖4：

結果超差大，6σ偏大。經分析，后蒙皮中間安裝支架為Y向長條型結構，第一裝配方向幾乎在一直線上，裝配時容易擺動，影響Z向精度，結構不穩定，需要優化產品結構。

優化結構后，在后蒙皮中安裝支架取Z向測試點結果如下，結果不超差，6σ較小，如下圖5所示結果穩定。

按照以上的校驗方式完成DTS所有要求的校驗，對于不合理的進行修正，另外開展數模的干涉校驗、功能性校驗、裝配性校驗等等，最終形成正式版DTS進行發布。

3 CDLS的制定

CDLS設計是尺寸開發前期的關鍵內容，需要根據整車BOP確定每個子零件的焊接定位，如下圖6所示，包括基準策略、制造順序和零件分級等相關內容，用于指導后期的工裝開發、GD&T圖紙的設計，確保定位基準的一致性。

CDLS的發布需要經過尺寸、產品、工藝、工裝充分評估，確保產品定位可靠、不影響焊接、產品能滿足所需要的定位面和定位孔，工裝能夠實現且工裝結構較穩定等一系列要求。

4 GD&T圖的制定及實現

GD&T圖紙是制造業普遍應用的工程技術語言，如圖7為某車型側圍外板GD&T圖，圖中清楚表達零部件所有尺寸和精度技術要求，包括尺寸特征、公差要求、基準系統、孔位、面加工要求，以及裝配要求等。GD&T圖紙既是產品要達到的目標定義，也是設計、制造加工、焊接裝配等過程的標準，同時是驗收產品最終質量的依據。零件的工裝制作、工藝安排、檢具制造及測量計劃也以此為基礎，只有整個系統按照統一的基準體系開發才能保證尺寸的穩定生產和測量，所以對于零件的基準體系建立至關重要。

零件的基準體系就是要限制零部件的六個空間自由度（X、Y、Z三個方向的移動以及繞三個軸的旋轉），如圖8，基準體系的建立需要遵循“3-2-1”的原則，使一個剛體的空間位置確定性需要6個定位點。3個定位點確定一個接觸面積最大的基準平面，即限定了1個坐標軸方向的位移，2個繞坐標軸的轉動;再用構成最長直線段的2個定位點確定第二個基準平面，即限定了第2個坐標軸方向的位移和繞另1個坐標軸的轉動;再用1個定位點確定第三個坐標方向，由此零件在空間的位置即確定下來。定位基準確定下來以后，其它要素參照定位基準的尺寸在GD&T圖中進行描述。

為了實現零部件的GD&T的要求，需要在保證定位基準統一的情況下開發定位塊、定位銷、檢測塊、檢測銷等關鍵裝備。

5 零部件的檢測和分析

5.1 零部件的測量

零部件尺寸一致性的檢測有多種方式，一般常用的兩種方式是使用檢具進行零件的檢測，另一種是使用三坐標進行建標檢測。如圖9為檢具測量，如圖10為三坐標測量。測量過程中必須保證在測量基準準確的情況下開展，如定位基準有偏差，測量的數據也就存在偏差，無法用于數據分析。

5.2 零部件測量數據的分析

一般對于零部件的測量數據統計符合正態分布原則，μ是分布均值，它反應的是偏差。σ是標準偏差，它反映的是特性的分散程度，σ越大，表示特性越不穩定。在我們車身尺寸中，就表示某個控制點不穩定。σ越小越好。評價零部件制造穩定性的重要指標是CPK，即過程能力指數。

（xi：樣本參數，n：樣本數量）

（xi：樣本參數，n：樣本數量）

我們假定：正態曲線與X軸之間區域面積為1，則各個σ包含的面積及CPK的對應關系如下圖11所示;

根據數據測量后的分析，按照CPK對應的過程控制要求判定過程是否穩定，如果不穩定，需要盡快采取調整模具、調整工裝或工藝、優化員工操作等切實可行措施，使零部件尺寸穩定，進而保證整車產品尺寸的穩定輸出。

6 結語

白車身間隙段差關系著整車感知質量和整車品質，本文結合實例，通過對各個環節的闡述為車身尺寸開發和控制提供的參考，車身尺寸研發和控制是非常復雜的工程，包括產品定義、公差分配、沖焊質量控制、尺寸測量和分析等多個方面。只有做好每一步，才能保證最終的整車精度和質量。

參考資料：

[1]宋曉琳.汽車車身制造工藝學（第二版）.北京理工大學出版社，2006.

[2]馬縫時，周暐，劉傳冰.六西格瑪管理統計指南.中國人民大學出版社，2018.

[3]曹渡，劉永清.汽車尺寸工程技術.機械工業出版社，2017.