尺寸工程在车身正向开发中的应用

王永，魏益冰，杨文德，陈泽炎

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200 ）

前言

随着消费者对车身外观的重视和国内车身制造水平的不断提高，各大主机厂越来越重视精品制造的理念，而尺寸工程作为一种控制尺寸和形状的系统方法，正在被各大主机厂推广和使用。尺寸工程包含DTS（间隙和面差）定义、RPS（基准）确定、尺寸链计算、GD&T图纸和测量计划。尺寸工程作为一项系统工程，贯穿汽车设计的造型、概念设计、详细设计和试制各个阶段，只有在设计的每个阶段开展尺寸工程对应的工作才能生产出高质量的车身。

1 客户购买关注度研究

在2016年通过对卡车客户问卷调查发现，卡车客户购买车辆主要考虑的7个因素分值如图1，其中整车外观与舒适性并列第三，仅次于安全性和NVH，同时与2014年相比关注度有所提高。

图1 2016年卡车客户购买关注度

2 DTS定义

DTS (Dimensional Technical Specification）即俗称的间隙面差，间隙面差作为感知质量的一部分，其均匀度以及大小对客户主观感受有非常明显的影响。表1为某车身车门和侧围装饰板之间的DTS定义。

DTS一般在CAS阶段开始定义，同时也根据CAS的更新进行更新，在A面冻结之后进行冻结。在CAS更新的过程中会根据尺寸链分析结果，修正公差值， DTS定义时主要考虑以下因素：

● 产品的市场定位

● 竞品车情况

● 现有产品的间隙面差问题

● 造型师的设计意图

● 零件之间的运动关系

● 零件安装顺序

● 公司和供应商制造水平

● 测量基准

● 测量工具和可测性

● 工程间隙和设计间隙需分别进行定义，前者校核CAS，后者校核三维数据。

图1

3 RPS确定

RPS ( Reference Position System）即基准系统，其根本目的就是实现零件准确并可重复的位置确定。在单个零件有准确定位的前提下，进一步实现零件从制造到检测和装配的定位一致性，只有这样才能最大限度降低过程偏差，制造出高质量的车身。

图2 某车身侧围装饰板RPS图纸

RPS定义需考虑的事项

● A基准尽量位于同一平面或者平行平面，且尽量平行于基准平面

● A基准应位于零件刚度较高的位置，总成中应位于刚度高的零件

● A基准的数量可以根据零件刚度确定，一般要求两个基准点之间弹性变形小于0.3mm

● C基准最好使用长圆孔

● B准备和C基准距离大于零件的三分之二

● 在设计零件基准时需考虑总成的基准，尽量多的做到沿用

● 零件的基准设置应与零件的装配或焊接状态一致

4 尺寸链计算

尺寸链计算是分析 DTS是否可行和结构设计是否合理的重要手段，甚至可以说是尺寸工程的最核心的技术，但由于软件分析中都将零件假设为实体以及其他假设，导致软件分析结果与实际偏差较大，与CAE仿真技术相比处于较未成熟的阶段。

常用的尺寸链计算方法有一维法和三维法，其中一维法应用在断面设计阶段，因为该阶段没有三维数据，没有RPS定义。三维法一般在有了详细结构数据后展开分析，常用的三维分析软件有VSA和3DCS。三维尺寸链分析需要的输入零件安装顺序、零件RPS图纸、零件通用公差、焊接过程偏差和装配过程偏差，同时三维分析软件可以设置尺寸链中各组成环的的分布种类、敏感度和贡献量。敏感度和贡献量非常有利于尺寸链的优化，降低累计公差，从而指导结构更改。从图3和图4中可以看重一维尺寸链和三维尺寸链分析结果的差异，同时三维尺寸链分析花费时间较长，最好在项目初期进行规划。

图3 某车身车门总成面差一维尺寸链计算结果

图4 某车身车门与侧围间隙3DCS计算结果

5 GD&T图纸

GD&T图纸是设计给生产和主机厂给供应商输出的重要技术文件，三维数据体现的是理论状态，GD&T图纸规定了实际零件允许的偏差以及检测偏差的办法。GD&T图纸必须明确规定产品所有测量要素的偏差，如定位面、安装面、安装孔、外观面以及其他非配合面和孔的公差要求。

图6 某车身侧围装饰板GD&T图纸

6 测量计划

测量计划是根据GD&T图纸对测量元素（点或者孔）的位置、数量和测量方法进行详细定义，同时测量计划也是零件检具设计的输入文件，以及试制和量产阶段重要的日常质量文件。

图7 某车身地板边测量计划型面页

7 总结

尺寸工程作为一项系统工程，它贯穿车身开发的整个流程，并且需要主机厂各部门以及供应商良好配合才能取得理想效果。在车身开发中首先定义DTS，最终评价产品质量的也是DTS合格率，其中GD&T图纸和测量计划是核心的过程输出物，而尺寸链计算是编制GD&T图纸的重要依据。因此尺寸工程的各组成部分环环相扣，密不可分。

中国政府在“十三五规划”中明确提出中国经济的发展将由重视“量”转为重视“质”，因此我们更有理由相信只有精品制造才能增加产品附加值，提高企业利润率和竞争力，而尺寸工程就是精品制造的利剑。