尺寸工程技术在车辆制造中的应用

曾锋

摘要：在白车身的制造过程中，往往会涉及大量复杂的原理，例如振动噪声、空气动力学、人机工程等。尺寸工程技术可帮助制造白车身时配置出最合适的零配件尺寸，优化相关计算过程。鉴于此，本文将结合笔者相关工作经验，详细论述尺寸工程技术在车辆制造中的应用，旨在为一线工作提供理论指导。

关键词：尺寸工程技术；车辆制造；白车身制造

车辆制造过程是由多个复杂的工作环节组成的，并且在各个制造环节中都会隐含某种或某几种偏差。为了有效提升制造精度、减小白车身制造的偏差，就必须在制造施工之前科学的拟定各种构件的尺寸和规格。然而受到技术和施工工艺的约束，往往被制造出来的冲压件未能确保是其最合适的精度。此种情况下就很有必要预先给出设定好的公差和相关尺寸，并借助尺寸工程来提高车身的稳定性。

1.尺寸工程概述

1.1尺寸工程的定义

尺寸工程属于新兴工程，它以传统制造领域为基础，其意义在于弥补传统制造工程的缺陷以及规范传统制造工程的施工步骤，几乎在所有的制造行业中都能派上用场。汽车制造领域的尺寸工程包括了产品外形设计、零部件制造、产品工装设计以及装配的全过程。它可以有效解决许多实际问题，例如在产品装配的过程当中常常遇到的装配干涉类问题。所有零部件的制造都可能产生尺寸公差，这些误差本身是很难避免的，并且不会对制造工程整体造成明显影响。但是在产品装配的过程中，这些误差会逐渐积累，其产生的影响就会被逐渐放大，导致出现装配干涉问题和装配困难问题。然而尺寸工程的工作理念就是在制造之前将可能产生的公差考虑到其中，从而有效避免此类问题的出现，并且帮助提高了车辆制造工程中对车身尺寸偏差的监控效率和诊断能力。此外，将尺寸工程技术应用到车身制造、施工工艺以及施工管理等方面进行尺寸与公差系统优化，有助于缩短产品的开发周期、提升装配尺寸的精确度、明显降低产品开发成本，并能在实现大批量制造的同时确保产品质量的稳定性，对持续改进具有极大意义。

1.2国内外尺寸工程的应用现状

上世纪八十年代左右，日本汽车制造行业应用全面质量管理达到了车身综合误差控制在两毫米之内的效果，正是由于这种出色的车身质量，使得日系车辆在国内赢得巨大市场。随之，美国政府拿出400万美元投资到车身质量研究中，“2mm工程”的研究构想在1991年被提出。之后，此举为美国的工业生产提供了一套完整的行之有效的全新方法，极大的促进了车身制造水平。

近年来，国内有许多大型的汽车制造企业开始对尺寸工程的研究。但是现有的尺寸工程研究团队远远不能满足所有车型的车身设计工作的要求，而且团队普遍在内外饰设计、底盘设计以及电装领域的尺寸工程能力薄弱。我国汽车制造企业将尺寸工程技术主要应用在了产品生产制造阶段，而忽略了车身本体研发阶段的汽车零部件精度设计、分析、计算工作。

2.尺寸工程的流程

2.1制定DTS

整车尺寸目标制定侧重于对整车内、外尺寸配合偏差的研究，并由其负责关键间隙、通用公差、面差以及功能性要求的制定，以制造技术工艺、制造能力、制造效率等为依据来制定目标公差。

2.2制定RPS

RTS系统指的是对从开发到制造、到检测、再到批量装车的各个涉及人员需要共同遵守的定位点以及公差的规定。RPS系统制造技术相对来说是一门新兴技术，应用此项技术的作用主要表现为三个方面，即：第一，可以有效避免由于基准点的不断变换而导致的零件公差增大问题；第二，可以有效减少定位板或定位块的使用；第三，RPS系统是模具、检具以及工装夹具的定位点。

2.3公差设计

公差设计即设计细化的偏差并且定位基准。在此项制造过程当中，设计目的在于构建定位体系。无论是零配件还是整车，都要对其进行妥善、准确的定位以及设定形位公差。在此过程当中需要描绘图纸，并且需要在图纸上将制造车身本体的精确公差显示出来。此外，图纸还在工装供应商设计或制造模、捡以及夹具的过程当中发挥指导和约束作用，帮助实物零部件达到设计尺寸精度的要求。

3.尺寸工程技术在车辆制造中的应用

3.1影响因子分析

前罩相对于翼子板装配高差是所需求的，也就是封闭环。接下来分析有关前罩相对于翼子板装配高差的组成环的影响因子。首先应从翼子板入手，观察可发现，翼子板配合处部位的面轮廓公差是一个组成环。此外，由于用来固定翼子板的装配支架通常采用多层焊接的方法，因而肯定会差生面轮廓高差。其次，分析与前罩板相关的影响因子。观察可发现，前罩与翼子板之間配合处部位的面轮廓高差是组成环。因为前罩板是通过铰链与车身本体相连接的，所以铰链装配面产生的面轮廓公差会对其产生影响。

3.2建立尺寸链

传统的公差设计方式通常过于依赖相关工程师个人的工作经验和标准（如图1）。然而在实际的生产制造过程当中，不确定因素往往多到不允许忽略，在大批量生产的条件下，如果不对这些因素加以考虑，那么必将造成巨大的损失。如果采用尺寸链技术来检验和分析公差的合理性，则可以将绝大多数影响偏差的因素的作用大大降低。

尺寸链指的是一组相互紧密联系并按照特定顺序排列而成的封闭尺寸组合。依据链的几何特性及空间位置可将链分为线性尺寸链、平面尺寸链以及空间尺寸链。尺寸、过盈量以及角度称作尺寸链的环。环又可分为封闭环和组成环。组成环可对封闭环产生影响，封闭环A0和组成环An之间的函数关系为：A0=f（A1，A2，…，An）。组成环产生的微小增量就是各环的公差，当公差累积到一定程度就形成尺寸链关系。所以，通过改变组成环的精度可达到控制封闭环的目的。

3.3公差计算

在尺寸链计算以及公差分析软件中分别输入各部分参数，选用统计分析法进行计算和仿真，最后对结果进行保存，如图2。

采取优化结构之后，前罩相对于翼子板装配高差在0.82上下，符合对精度的要求，较小的误差有助于提高车体的美观性，并且更有利于减小风阻、车体震动，同时也提高了汽车车身的密封性和行驶平稳程度。

4.未来展望

首先，在柔性装配体方面多采用公差分析法与有限元相结合的方式，但是其计算效率相对较低。新的三维偏差分析模型应当考虑均值便宜以及在线调整、返修等特殊工艺。

其次，在对于检具、夹具和产品尺寸方面的综合数字化匹配封样技术上的研究，应将处于相同开发阶段且具有一定对应关系的夹具、零部件、检具、分总以及总成的尺寸数字当做数字样件的重要特征保存起来，还可以将其作为多种数字匹配的标准使用，在生产以及改进设计过程中发挥指导性作用。

第三，在行位公差以及组特点复合偏差的信息建模方法上，当前绝大多数的研究工作都集中于尺寸偏差方面，而忽略了对于复合公差以及形状公差的分析和考虑。

第四，逐渐与新一代的GPS体系相融合、相适应，可实现在新标准体系的条件下进行三位公差建模以及偏差评估工作。进一步完善面向产品整个生命周期的公差设计方法和设计理念。

第五，三维造型软件与产品数据管理软件、产品全生命周期管理软件以及公差分析软件相互融合，集成出一套全新的系统，实现信息流的一致性，并且促进产品设计与产品生产各部门之间实现信息共享，达到快速决策、正确决策的目的。

5.结语

综上所述，将尺寸工程技术应用到控制车身本体设计精度以及提高制造装配质量当中，尤其是将功能尺寸上溯到产品设计阶段，能够实现大幅度提高产品制造精度、明显缩短产品开发周期。因此，尺寸工程对于汽车制造工程而言是一项具有实际指导意义的技术，对车型研发以及生产过程具有极大的帮助。