基于單零件測量數據的尺寸匹配虛擬評價

岑迪　王永成　李雯　石琳　汪堅

摘 要：通過對現有單一車身外覆蓋件零件的測量數據深度分析和挖掘，提出了一種針對尺寸匹配質量的虛擬評價方法。此方法主要采用虛擬匹配的方式，將單一零件測量數據匹配計算，對匹配結果數據進行智能評價，其關鍵技術在于評價算法基于車輛原設計中尺寸匹配要求之外，創新性地引入了客戶評價數據庫，使得質量評價更加接近實車評價狀態。基于虛擬評價，可在零件裝車之前，對零件尺寸進行評估，進行質量預警和快速響應。通過某車型的方案實施，驗證了虛擬評價方法的有效性，為尺寸匹配質量評價提供了新的思路。

關鍵詞：尺寸匹配 車身外覆蓋件 虛擬評價

The virtual evaluation of matching dimension based on separated parts measurement data

Cen Di Wang Yongcheng Li Wen Shi Lin Wang Jian

Abstract：It is a way of virtual evaluation for dimension matching through the digging and analysis of separated automobile panel parts measurement data. In the research， the virtual matching can be intelligently evaluated through separated parts measurement data. The key point of the research is that， the virtual evaluation is not only using design matching tolerance， but also based on customer Audit evaluation databank， which make the virtual evaluation much more similar with real car matching virtual evaluation. Based on this way to virtual evaluation， the parts matching dimension quality can be evaluated before assemble， which makes quick quality checking and early warning. In this paper， the research was used in a car model， and the result is acceptable， which help to open the mind with the dimension matching quality evaluation.

Key words：dimension matching， automobile panel， virtual evaluation

1 引言

汽車車身是由數百個不同沖壓件焊接并裝配而成，其零件繁多，結構工藝復雜，是一項很大的尺寸工程。因此，對零部件的尺寸測量和控制，一直是汽車制造企業的一項很重要的質量工作?，F常規的汽車車身零件的測量方式有接觸式測量和非接觸式測量，接觸式測量主要利用三坐標測量儀對特定的測點進行探針觸碰測量；而非接觸式測量是利用光學等方式，對零件表面進行掃描或者拍照式的數據采集，針對數據再進行理論數據對比測量。這兩種測量方式在實際常規測量應用中，主要都是針對單一零部件進行測量。

在汽車的質量控制，有一項質量被稱為感知質量，汽車感知質量是指汽車在用戶使用過程中能感知（看、聽、聞、摸、用）到的質量，其中靜態感知質量是指車輛靜止狀態下的感知 質量，它更多關注的是汽車外觀、精致化設計、人機工程個性化設計以及便利性等[1]。而尺寸匹配則是靜態感知質量中的一項，它主要是評價零件之間尺寸匹配狀態，比如平整度、間隙等。車身尺寸匹配的誤差過大，不僅影響生產裝配工藝、車身質量和性能，如密封性、開關流暢等[2]，尺寸匹配質量的好壞直接影響客戶對汽車產品的可靠性、精致感、人機工程等方面的體驗。

現有的尺寸匹配評價主要有Meisterbock、Cubing、實車評價等方式，主要依賴于實物零件的評價，而零件從生產完后至裝車狀態存在著較長的時間，形成了零件從單一到裝配之間質量評價一定的滯后性，本文提出了一種基于單一零件測量數據的尺寸匹配虛擬評價方法，對尺寸匹配評價可以提供快速評估，并進行質量預警。

2 尺寸匹配虛擬評價

2.1 虛擬評價流程

尺寸匹配虛擬評價主要是利用現有的單一零件測量數據，通過數據挖掘分析形成虛擬匹配狀態，利用特定的評價準則對虛擬尺寸匹配狀態進行質量評價。其主要實現的流程如下圖所示：

2.2 虛擬匹配狀態數據處理

在測量數據的獲取上，本流程中采用了離散常規測量點的獲取，通過常規測量點建立虛擬尺寸匹配狀態，狀態的建立主要依據于零件匹配理論設計，如所示為某車型的常規測量點的虛擬匹配狀態。

圖2展示了翼子板與前門零件的平整度匹配狀態，其第三條曲線即為匹配狀態，其計算方式為：

c為匹配偏差，b為后零件偏差，a為前零件偏差，a與b的位置相互對應。

而針對初步虛擬匹配數據c，需要進一步進行數據通用化的處理才能下一步智能評價，其原因主要是不同零件的初始匹配數據量不一致，通過數據處理形成數據量一致的處理后數據，處理后數據才可以通過同一評價庫進行智能評價。

由于沖壓零件在生產過程中，尺寸偏差是線性變化，因此虛擬匹配狀態數據處理采用了線性化函數拓展方式進行數量的統一，本方案中采用了50個數據點作為統一化數量，其拓展示意如下：

d為轉化處理后的統一化虛擬匹配數據， 為線性轉化函數，c為初始虛擬匹配數據。

2.3 匹配狀態智能評價

智能評價的有效性高度依賴于評價準則，在單一零件的尺寸評價中，零件的尺寸公差是唯一性的評價準則；而在屬于感知質量的尺寸匹配中，除了原有理論設計中匹配公差，其也依賴于客戶眼光的評價，綜合兩種評價準則是對虛擬匹配質量評價一種全面性考慮。

在車企內部的質量控制中，有一項質量評價為Audit評價，也就是以客戶的眼光進行感知質量的評價。在整車制造廠中，Audit評價是整車質控中重要的一環，專業評審員利用感官和測量工具，如手觸、間隙塞尺等，依據設計要求對一臺整車的尺寸匹配等方面進行質量評價，并通過抱怨點的統計體現當前車輛的質量水平，抱怨點數量與質量水平成反比。通過Audit評價方式，對AMB搭建零件狀態進行質量評價，可以有效體現外覆蓋件尺寸匹配質量水平[3]。

本研究中，通過不同車型實際尺寸匹配Audit評價數據庫的積累，建立了用于虛擬評價的數字化數據庫，其主要利用Meisterbock的測量數據和評價狀態。Meisterbock是一種特定的測量支架，其可以將汽車外覆蓋件和外飾件通過特定的參考點進行裝配，對裝配后狀態可以進行尺寸測量，并進行Audit評價。

在將虛擬匹配狀態進行智能評價時，主要時通過虛擬匹配狀態處理后的離散點數據與評價數據庫進行對應，從數據庫擬合出重合度最高的評價。其中擬合處理的算法中，采用了機器學習中的經典算法最小二乘法，常常用于線性分類問題，通過優化，本研究應用的公式表達示意如下：

E為最小平方和值，為統一化虛擬匹配狀態數據，為評價數據庫中的參考匹配狀態數據。

在最小平方和的結果中，本研究根據汽車沖壓件零件測量中一般可容錯誤差0.2mm，統一化數據點個數為50個，可計算，平方和在2之內是重合度較高的評價，而超過2則是重合度欠佳，如出現超過2的情況，可填充此類評價數據庫，提高智能評價的準確度。

評價算法的示例如圖3所示，數據庫數據1和數據庫數據2均為評價原始數據庫中的數據，即采集的實物Audit抱怨數據，數據1和數據2代表不同尺寸抱怨；虛擬評價數據為虛擬匹配計算后的匹配數據，其通過上述計算公式，與數據1和數據2對比擬合，得到最接近的擬合數據，即判斷虛擬匹配數據產生相對應的抱怨，如與數據1更接近，則虛擬匹配數據輸出數據1代表的尺寸抱怨。實際抱怨數據庫中采集了上百條抱怨，且根據后續實物零件的評判，可不斷增加，提高算法判斷的準確度。

此外，在智能評價識別出抱怨問題點，可再根據偏差值與理論設計的公差進行對比，篩選出重點以及非重點抱怨問題點。

3 虛擬尺寸匹配評價實例

根據上述方案，針對某車型進行了虛擬評價的試驗和應用。

3.1 數據獲取和實物狀態

從常規外覆蓋零件測量中，挑選了3個階段的零件狀態，測量數據采用了常規三坐標測量原數據dmo格式；同時，三個尺寸狀態的零件都進行了Meistebock的實物搭建和Audit評價。所應用的零件為汽車外覆蓋件零件，涉及側框、四門、翼子板等零件。

3.2 虛擬評價與實物評價對比

通過虛擬尺寸匹配評價輸出評價信息，與同狀態實物評價進行了對比，C1代表尺寸抱怨風險較大的等級，針對評價中重點問題類的對比信息如下：

從上圖中可以看出，虛擬評價的重點問題要多于實物評價，主要原因來自于實物Audit的評價基于客戶眼光的人為評價，而虛擬評價在此基礎上又基于了測量數據，從數據層面來判斷可更為全面。

由于在質量評價，根據權重，對重點問題的推進是關鍵工作。通過對C1類重點問題的識別率分析，也就是評判實物抱怨的重點是否被虛擬評價識別。下圖為識別率的數據，可見識別率高于80%，此識別率可以滿足一定程度的快速質量評價。

通過某車型的應用，可以看出，虛擬尺寸匹配評價能夠有效識別尺寸匹配的重點問題，同時又對數據偏差大的問題點提升了虛擬評價的權重，能夠一定程度上進行快速質量評價，并推進后續質量工作，為尺寸匹配質量工作提供了一種新的工具。

4 結論

本文通過對常規零件的測量數據挖掘分析，結合尺寸匹配質量評價，提出一種基于測量數據的虛擬尺寸匹配評價方法，此方法可以利用現有的單一零件測量數據，進行虛擬的尺寸匹配，通過建立的評價數據庫和擬合算法，對虛擬匹配狀態進行質量評價，從而推進尺寸質量的預警和優化。同時，通過某車型的試驗和應用，對虛擬評價的有效性進行了驗證。利用虛擬尺寸匹配評價可以在無實物零件裝配情況，快速進行尺寸匹配的評鑒，此外，也對常規測量數據的拓展提供了一種新的思路。

參考文獻：

[1]劉麗. 汽車靜態感知質量評價體系研究[J]. 汽車工藝與材料，2019，4：30～35.

[2]張中日，李明，韋慶玥. 基于PolyWorks虛擬裝配間隙面差計算分析研究[J]. 計量與測量技術，2021，1：42～46.

[3]岑迪，李炯辰，陸淼. 基于光學測量數據的汽車虛擬尺寸匹配應用[J]. 裝備制造技術，2022，8：122～124.