整車主模型檢具在汽車尺寸精度育成中的應用

汪雷 于翔波 張德宇 馬天生

中國第一汽車股份有限公司 吉林省長春市 130000

1 引言

整車主模型又稱零公差車身，在日系車企中稱為UCF 檢具（unit coodinate fixture），在德系車企中稱為CUBING，它是完全按照車身及內外飾產品3D 數據進行設計加工制造的、一個高度模塊化的、可根據需要自由設計或滿足匹配檢查項的，所有零部件模塊和零部件間可自由拆換互檢互評的特殊檢具。

中國的整車主模型檢具從德日韓引進，近些年也被中國各大自主品牌汽車企業逐步使用。隨著整車主模型檢具應用逐漸普遍，各汽車主機廠使用的整車主模型檢具生產商也從最開始的國外公司變更為國內企業。在精度相同、功能一樣的情況下，國產的整車主模型價格比國外公司降低了近40% ，降低了各車企新車型項目的投資成本，同時使國產品牌的整車感知質量提升到合資品牌汽車水平，提升了自主產品的競爭力。

2 整車主模型檢具介紹

2.1 整車主模型檢具

整車主模型檢具,是用來檢測分析汽車車身外覆蓋件、內外飾等零部件單件尺寸精度及部件之間相互匹配后是否滿足整車外觀尺寸公差標準 （Dimension Tolerance Specification, DTS）要求的質量分析工具，它不僅能定量檢測各零部件的尺寸、形狀以及各孔位與理論值之間的偏差，還可定量檢測相鄰零部件匹配后的間隙、面差偏差，同時也可定性地評價整個車身內外飾的感知質量。

2.2 主模型檢具的組成

整車主模型的主體是按照產品白車身3D數據1：1 比例通過數控機床機加而成，常用材料為航空鋁和樹脂，其余零部件模塊按需進行整體或局部加工制作。安裝在整車主模型主體的零部件模塊按照安裝方式的不同，可以分為僅在整車主模型上裝配的BMG 模塊和既可以在整車主模型上裝配又可以在白車身實物上裝配的PMG 模塊。

如圖1 所示為某主模型檢具三維圖，它主要由底座、框架、檢測模塊等組成，模塊包括地板模塊、前機艙模塊、頂蓋模塊、車門模塊和內外飾零部件模塊等，所有內外飾零件及四門兩蓋模塊都可以與汽車實物零部件相互替換裝配，保證檢測合格的零部件在生產線上能順利組裝，提升汽車焊裝或裝配效率，提高生產效益。

圖1 主模型檢具三維圖

2.3 整車主模型檢具的價值

在整車尺寸育成過程中，前期開發階段的整車3D 數據都是在計算機上進行模擬及仿真，是理論數據，設計狀態的產品在實際裝車過程中效果無法預知，而通過整車主模型就能預先發現問題，如通過將產品在整車主模型上試裝就能發現產品的定位可靠性問題、白車身與內外飾之間的匹配干涉問題等，所以利用整車主模型可以進行有效的車身與零部件問題校驗，從而全面快速的識別各類問題，避免后期量產出現類似問題。

3 整車主模型制作時間節點及前提條件

按照國外整車主模型檢具的制作經驗，車身數模凍結后到批量生產需要18 ～24 個月。整車主模型啟動的前提條件是白車身及內外飾數據首次凍結后，主機廠屆時通知整車主模型供應商啟動相關工作。整車主模型檢具的設計、加工制造、精度測量總周期約為 6 個月，整車主模型檢具交付給主機廠后，主機廠還要經過多輪次的使用評價，將汽車零件匹配整改完成后才能具備汽車量產的基本條件。

4 整車主模型檢具的分類及功用

4.1 整車主模型檢具的分類

內外飾一體式整車主模型檢具包括：車身模塊主量具部分（BMG 模塊）和零件主量具部分（PMG 模塊），用于基本型車型的開發。內外飾一體式整車主模型檢具可以實現白車身前后門總成及翼子板、前后蓋、內外飾零件的安裝與檢測。內外飾一體式整車主模型檢具由于將檢具進行集成化，可節約存放空間。

分體式主模型檢具結構包含內外飾一體式整車主模型檢具內單項的部分組合，例如：前端分體式主模型、后端分體式主模型、中部及側部分體式主模型。分體式整車主模型常用于年度改型車項目中，實現局部鈑金件、內外飾零件安裝與檢測。分體式主模型檢具節省材料、加工時間，降低成本。

4.2 整車主模型的功用

（1）產品驗證階段：零件第一次試裝時充當裁判員角色，對零件的設計合理性、零件質量、裝配性、匹配度等進行確認、分析，可以非常快速直觀地發現問題，也可以避免供應商因缺乏評價工具標準而產生分歧；

（2）試生產階段： 整車主模型檢具作為數據白車身及各零部件的紐帶，在白車身與內外飾零部件尺寸偏差產生爭議時，能夠更有效更合理地判定問題的根本原因,為零部件、車身的整改及產品質量的提升指明方向。

（3）批量生產階段：整車主模型檢具,可以進行零部件的日常品質管理與主要問題剖析，為量產后零部件的持續改進提供評價手段。

5 整車主模型的設計要求

5.1 設計及制造依據

（1）檢具廠商與車企研討確定,依據檢具功能清單和技術要求等內容共同提出整車主模型檢具方案設計,內容主要包括：底板、構架、標準模塊等技術細節。

（2）檢具廠商按車企提交的整車數據進行方案設計,工程技術人員同時對方案設計進行審核和數據校驗,經各方聯合會簽審核后方可進行加工制造;

（3）產品設計、生產和檢驗都以企業最終提交的CAD 數據為基礎;

（4）在規定的使用頻率及保養與維修情況下,檢具的使用壽命為五年。

5.2 結構狀態、材質要求

在確保構件滿足剛度要求的前提下,盡量降低其載荷,可拆卸模塊應牢固地放置于物料架內,防止模塊損環和變形。

（1）檢具模塊：所有模塊主體實體采用航空鋁或者樹脂材質；

（2）其它部件：基準平臺--Q235、銷--CrWMn、銷套--CrWMn 或T10。

5.3 精度要求

（1）基準面的平面度≤0.05mm/m;

（2）基準孔的位置精度≤±0.1mm;

（3）定位活動件,配合精度H7/g6 或H7/f6;

（4） 產品件的安裝孔位置精度≤±0.1mm;

（5） 模塊的安裝孔位置精度≤±0.1mm;

（6）模塊的匹配縫隙精度≤±0.15mm;

（7） 模塊的檢測功能型面精度≤±0.15mm;

（8）重復安裝精度≤±0.05mm。

6 整車主模型的應用

6.1 單件或總成零部件尺寸精度驗證

單件或總成檢具,主要是檢測單件本體或若干個單件合成的總成零部件的幾何尺寸、外形及位置特征,此類檢具構造一般較為簡單,屬于一種常規化檢具。受檢具設計結構、加工精度偏差等因素影響，供貨級零部件入廠后裝配在整車主模型上利用環境件模塊測量時，會產生零件在整車主模型上檢測偏差與其在單件或總成檢具上檢測偏差不一致的現象，這種差異影響整車尺寸精度問題分析。此時需要確認單件或總成檢具的操作、檢測量具等標準規范是否正確，以保證單件或總成零件在供應商處的檢測數據偏差與在整車主模型上的檢測偏差的一致性，為后續尺寸精度問題判斷及零件尺寸監控提供有效依據。例如汽車前蓋總成在總成檢具上的檢驗與前蓋總成在整車主模型上的檢驗。如圖2，圖3所示。

圖2 前蓋在單件檢具上的照片

圖3 前蓋在整車主模型檢具上的照片

6.2 零部件之間尺寸精度匹配驗證

整車主模型檢具和單件或總成檢具最大的區別在于,其可實現各單件或總成裝配后的檢測。比如兩個零件供應商所制造的零件都符合各自零部件尺寸控制標準,結果裝配在一起出現間隙大、面差不符合設計要求等問題。此情況下,將兩種零件分別安裝到整車主模型檢具上并結合零部件模塊進行檢測,可以非常直接的發現問題所在,并指出零部件改進方向。比如當頂棚和B、C 柱上護板安裝后間隙面差存在問題時,也可以按此方式加以檢驗。如圖4、圖5 所示。

圖4 整車主模型上C柱上護板模塊與頂棚狀態

圖5 整車主模型上C柱上護板與頂棚狀態

6.3 白車身零部件尺寸精度驗證

整車主模型檢具可以識別白車身的尺寸精度問題, 通過將總裝零件在整車主模型檢具上進行裝配并依據整車外觀尺寸公差標準對零件間匹配部位進行檢測，同時對重點匹配區域進行劃線，然后再將檢測及劃線后的總裝零件裝配在白車身上，依據整車外觀尺寸公差標準對零件間匹配部位進行檢測，結合劃線偏差綜合對比測量數據差異，通過此種方式將問題簡化,直觀展示出問題原因,如圖6、圖7 所示。

圖6 整車主模型上頂棚與A柱上護板

圖7 白車身上頂棚與A柱上護板

6.4 整車主模型與白車身開口檢具精度互檢驗證

白車身開口檢具,是對影響整車外觀的車身開口部位尺寸精度進行檢測,主要包括：頂蓋天窗口檢測、前風擋檢測等。在整車尺寸問題分析過程中，為保證檢測精度的準確性，需要在整車主模型檢具上裝配開口檢具進行精度互檢,驗證開口檢具在生產過程中的精度穩定性及可靠性。如圖8、圖9 所示。

圖8 頂蓋天窗開口部檢具

圖9 前擋開口部檢具

7 結語

由于整車主模型檢具可以快速識別設計、制件、工藝、工裝設備等問題，可以縮短整車品質育成周期，提升了零件間匹配精良性，被許多國內自主品牌公司所應用,在中國消費者對汽車質量越發重視與挑剔的今天,汽車整車主模型檢具的廣泛使用能有助于企業減少生產制造成本、提高產品質量,讓國有汽車品牌逐步走向世界。