三維RPS、MCP在新車型開發(fā)中的應(yīng)用

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隨著我國汽車市場的發(fā)展，汽車換代不斷加快，汽車開發(fā)周期不斷縮短，同時要求車身尺寸質(zhì)量水平同步提升。現(xiàn)代汽車制造中，普遍采用車身制造綜合誤差指數(shù)CII（Continuous Improvement Indicator）來控制車身制造質(zhì)量，即2mm工程。2mm（6σ）應(yīng)用于汽車工業(yè)不僅可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的汽車制造，同時也是國家制造技術(shù)水平的綜合反映。自從RPS、MCP引進(jìn)國內(nèi)汽車市場后，經(jīng)過近年來的不斷發(fā)展，成為汽車行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品開發(fā)和工藝開發(fā)最為重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一。RPS、MCP理論的充分應(yīng)用與完善，以及焊裝SE水平、沖壓件制造、夾具設(shè)計(jì)制造水平的提高，極大地推動了國內(nèi)車身制造水平的發(fā)展。

然而在新車型開發(fā)過程中，車身零件RPS、MCP的設(shè)計(jì)，采用傳統(tǒng)二維的設(shè)計(jì)形式，設(shè)計(jì)周期長、效率低，若需調(diào)整優(yōu)化較為繁瑣，且需要設(shè)計(jì)人員有較好的三維空間能力，影響了RPS、MCP的設(shè)計(jì)、評審等工作的開展。如何提升RPS、MCP工作開展的效率，縮短設(shè)計(jì)周期，業(yè)內(nèi)一直都在探索。目前，結(jié)合已開發(fā)新車型的嘗試，三維設(shè)計(jì)形式的RPS、MCP將很好地解決此問題，以下將進(jìn)行闡述。

RPS、MCP設(shè)計(jì)流程

1.RPS、MCP概述

RPS（Reference Point System）即定位基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)，規(guī)定了汽車產(chǎn)品制造各環(huán)節(jié)（包括模具、夾具、檢具、裝具及測量等）統(tǒng)一的基準(zhǔn)系統(tǒng)。以前后統(tǒng)一、上下繼承的形式，保證各個環(huán)節(jié)上由定位基準(zhǔn)變換所產(chǎn)生的尺寸偏差最小的車身基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)。RPS的應(yīng)用優(yōu)勢在于，從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)中的基準(zhǔn)盡量統(tǒng)一，從而減小制造誤差，提高車身制造精度。

MCP（Master Control Point）即主要控制點(diǎn)，是產(chǎn)品（沖壓件、分總成件、總成件及白車身）質(zhì)量控制的主要基準(zhǔn)點(diǎn)及焊接夾具的基準(zhǔn)點(diǎn)，在新車型設(shè)計(jì)階段同步完成，可使產(chǎn)品質(zhì)量波動最小化。MCP貫穿新車型產(chǎn)品設(shè)計(jì)、沖壓、焊接以及白車身檢測等生產(chǎn)的整個過程。

三維RPS、MCP設(shè)計(jì)遵循了二維RPS、MCP設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則，采用三維軟件直接在3D車身數(shù)據(jù)中進(jìn)行RPS、MCP設(shè)計(jì)，更加直觀，提升了設(shè)計(jì)、評審等工作的開展效率，簡化了二維設(shè)計(jì)的繁瑣形式，設(shè)計(jì)周期比二維設(shè)計(jì)縮短了1/3。

2.車身零件RPS、MCP設(shè)計(jì)流程

RPS系統(tǒng)制定分六個步驟，即產(chǎn)品功能的研究、產(chǎn)品公差的研究、RPS的制定、定位基準(zhǔn)尺寸的確定、產(chǎn)品公差的計(jì)算與繪制產(chǎn)品圖樣。此六個步驟比較適合用在與周邊零件匹配關(guān)系較為復(fù)雜的內(nèi)外飾、電器等零件。車身零部件的匹配關(guān)系較為簡單，且沖壓件公差體系已經(jīng)相當(dāng)完善，可直接定義RPS點(diǎn)，不必先進(jìn)行產(chǎn)品功能、產(chǎn)品公差等研究。

李盛良等人在《淺談車身零部件RPS的設(shè)計(jì)》中介紹了車身零部件RPS設(shè)計(jì)流程及其優(yōu)點(diǎn)。隨著同步工程的不斷應(yīng)用實(shí)踐，結(jié)合新車型開發(fā)流程及RPS、MCP設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為了更好地保證基準(zhǔn)的一致性、繼承性等，在該文獻(xiàn)中流程的基礎(chǔ)上，將RPS、MCP設(shè)計(jì)流程優(yōu)化增加了細(xì)節(jié)部分，如圖1所示。

車身零件RPS、MCP設(shè)計(jì)的具體操作中，按照從總成件—分總成件—單件的設(shè)計(jì)流程開展，基準(zhǔn)依次延續(xù)。在初版數(shù)據(jù)發(fā)放開始，就開始進(jìn)行RPS的概念設(shè)計(jì)，對新產(chǎn)品數(shù)據(jù)提出相關(guān)要求，并參與到數(shù)據(jù)修改優(yōu)化中。

車身零件RPS設(shè)計(jì)

新車型在RPS設(shè)計(jì)中，為了保證RPS點(diǎn)在實(shí)際生產(chǎn)中能切實(shí)使用，車身零件定義RPS點(diǎn)時必須遵循三大原則，即3-2-1原則、網(wǎng)絡(luò)平行原則和一致性原則。

1.3-2-1原則

每個剛性物體（剛體）在空間運(yùn)動中有6個自由度，即3個沿著坐標(biāo)系的軸線移動和3個圍繞坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動。在零部件裝配生產(chǎn)時，要確定零部件位置，就需要限制此零部件的6個自由度，才能保持平衡。三維空間自由度及零部件RPS的定位如圖2所示，零部件不在同一直線上的定位支撐點(diǎn)A1、A2、A3限制3個自由度（沿Z軸的移動自由度、繞X軸轉(zhuǎn)動的自由度、繞Y軸轉(zhuǎn)動的自由度），定位圓孔B限制2個自由度（沿X軸的移動自由度、沿Y軸的移動自由度），定位長圓孔C限制1個自由度（繞Z軸轉(zhuǎn)動的自由度），零部件空間的6個自由度都得到了控制，稱為3-2-1定位原則。

3-2-1定位原則，適用于絕大多數(shù)零部件的定位，但對于尺寸較大、剛度不足的零件，在保證了3-2-1定位規(guī)則的前提下，還需要根據(jù)需要，在RPS定位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，增加相關(guān)定位點(diǎn)來保證零件的平衡狀態(tài)。特殊形狀的零部件并不遵循3-2-1定位原則，如球體定位只需要3個自由度即可達(dá)到平衡，旋轉(zhuǎn)體定位需要確定5個自由度即達(dá)到平衡，而鉸接零件定位需要確定的自由度多于6個，即需要增加定位才能達(dá)到平衡狀態(tài)。

2.網(wǎng)絡(luò)平行原則

車身零部件RPS設(shè)計(jì)基于整車網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系下開展，如圖3所示。整車網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系是為了精確定位整車上任意一點(diǎn)的空間位置而構(gòu)造的笛卡兒直角坐標(biāo)系，前輪理論中心線中點(diǎn)為整車網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系零點(diǎn)，長度（X軸）坐標(biāo)系、寬度（Y軸）坐標(biāo)系、高度（Z軸）坐標(biāo)系都過前輪理論中心線中點(diǎn)。

在整車坐標(biāo)系內(nèi)，平行于X軸、Y軸和Z軸的直線在理論上將整車劃分為一個個立體網(wǎng)格（原則為100的整數(shù)倍）。這些立體網(wǎng)格在正投影面上的投影，反映到設(shè)計(jì)圖樣上，即為汽車車身設(shè)計(jì)所依據(jù)的坐標(biāo)網(wǎng)格線。通過間隔線可以確定汽車上每個點(diǎn)的位置。也就是說，通過與網(wǎng)格線的相對位置，可以確定零部件的位置。

3.一致性原則

一致性原則是指RPS系統(tǒng)必須在汽車車身沖壓單件的生產(chǎn)、沖壓件分總成的組裝焊接、車身總成件的總裝以及汽車制造質(zhì)量控制過程中得到全方面的應(yīng)用。RPS系統(tǒng)的主旨是通過避免基準(zhǔn)轉(zhuǎn)變來保證制造工藝過程的可靠性，以及產(chǎn)品的精度和質(zhì)量。RPS系統(tǒng)的一致性原則，要求從產(chǎn)品開發(fā)階段直到SOP，RPS點(diǎn)的使用貫徹始終，但增加的輔助RPS點(diǎn)，裝配時不在一致性原則范圍內(nèi)。

一致性原則對RPS點(diǎn)的選擇與布置要求如下：

1）優(yōu)先選擇孔作為基準(zhǔn)點(diǎn)，其次是平面，最后是棱邊。

2）RPS點(diǎn)必須定位于零件的穩(wěn)定區(qū)域，即沖壓零件沖壓質(zhì)量好、在后續(xù)焊裝過程中不會改變的區(qū)域。

3）選擇RPS點(diǎn)不僅要考慮單件加工的要求，而且還要考慮以后裝配過程的要求。

4）分總成的RPS點(diǎn)優(yōu)先選擇尺寸較大的零件RPS點(diǎn)，構(gòu)成分總成的RPS點(diǎn)系統(tǒng)。

5）分總成/總成的RPS點(diǎn)要根據(jù)3-2-1原則、網(wǎng)格平行性原則、分總成自身的結(jié)構(gòu)、工藝和功能特點(diǎn)，從組成零件的RPS點(diǎn)中選擇分總成/總成的RPS點(diǎn)。

4.RPS設(shè)計(jì)應(yīng)用

傳統(tǒng)的RPS設(shè)計(jì)采用二維軟件編制，如圖4所示。二維RPS編制繁瑣，設(shè)計(jì)周期長。三維RPS設(shè)計(jì)，采用三維軟件直接在3D車身數(shù)模中設(shè)計(jì)，RPS點(diǎn)A基準(zhǔn)（定位面）采用白點(diǎn)標(biāo)識、B基準(zhǔn)（主定位孔）采用紅色圓標(biāo)識、C基準(zhǔn)（輔定位孔）采用綠色圓標(biāo)識，如圖5所示，某車型側(cè)圍外板3D版RPS圖。

車身夾具M(jìn)CP設(shè)計(jì)

車身RPS設(shè)計(jì)完成后，夾具M(jìn)CP按照RPS系統(tǒng)開始設(shè)計(jì)，夾具M(jìn)CP必須與RPS點(diǎn)保持一致。考慮焊接操作空間、擺放姿態(tài)、精度控制及性能要求等問題，可適當(dāng)增加MCP布置點(diǎn)，MCP定位面可在RPS同一基準(zhǔn)面上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整(±25mm以內(nèi)），不可切換定位型面，且必須保證前后工序定位基準(zhǔn)統(tǒng)一。

傳統(tǒng)的夾具M(jìn)CP主要由三部分組成：定位夾緊位置布局圖、夾緊定位說明表和MCS（夾緊定位斷面圖）。二維夾具M(jìn)CP設(shè)計(jì)，使用二維軟件，設(shè)計(jì)周期長，且在評審中需要打開三維軟件，結(jié)合3D車身零件數(shù)模確認(rèn)評審，工作效率低，問題無法有效識別。三維夾具M(jìn)CP，使用三維軟件直接在3D車身數(shù)據(jù)中進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)簡單，更直觀地顯示了夾具定位、夾緊機(jī)構(gòu)、操作空間等，更能驗(yàn)證RPS定義的合理性，有效地規(guī)避了實(shí)際夾具設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等過程中出點(diǎn)的基準(zhǔn)不合理的問題，保證了模具、夾具、檢具基準(zhǔn)的一致性及繼承性，提高車身制造精度。具體設(shè)計(jì)形式如圖6所示。

結(jié)語

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，新車型車身RPS、MCP設(shè)計(jì)已基本趨于成熟，提升了車身制造質(zhì)量水平，及新車型在市場上的競爭力。三維RPS、MCP設(shè)計(jì)形式，縮短了設(shè)計(jì)周期，提升了工作開展效率，但是三維RPS、MCP設(shè)計(jì)還不成熟，需要在新車型開發(fā)中不斷地驗(yàn)證、總結(jié)，以彌補(bǔ)不足之處。