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大家平常看美女， 都喜欢看美女的三围 但是 汽车的尺寸工程可不仅仅是尺寸哦！ 今天漫谈君就和大家聊一聊： 尺寸工程在整车研发中的作用和实施方法 随着我国汽车产业的快速发展，消费者对车辆的外观品质及性能提出了更高的要求，汽车制造商也更加关注车身制造的质量。由于整车制造过程环节众多，尺寸偏差在冲压、焊接、装配过程中不断的累积和传递，整车的偏差难以控制。为了保证车身外观质量及车辆性能的达成，很多企业已经在导入尺寸工程，从前期造型设计到后期的量产全过程，系统的开展尺寸工程工作。 一、尺寸工程定义 尺寸工程又叫尺寸管理，是以既定或预期的制造能力为出发点，开发合理的定位、合理地分配和制定公差及设计恰当的加工、装配工艺以使产品达到既定的匹配和功能要求，并且通过应用尺寸链分析或公差虚拟仿真技术对上述尺寸设计和尺寸要求进行风险评估和预防的一系列活动。实现用最低的成本生产出满足客户需要的产品。 二、尺寸工程的目的 通过尺寸工程，控制制造偏差和优化设计，在成本和质量之间找到一个合适的平衡点，减少生产成本和加速工业化调试过程，缩短项目的研发周期，实现产品的装配需求和功能质量目标。 四、尺寸工程的意义 尺寸工程是一个覆盖造型设计、工装设计、零件制造和装配全过程的概念，包括整车造型设计阶段的间隙面差目标值的定义、零部件设计阶段整车及零部件的定位体系和公差的设计与校核、制造装配阶段的偏差分析等，并延伸到工业化阶段零件的夹具设计、检具设计和测量设计，以及制造过程尺寸问题的分析解决与改进等。 从设计初期到工业化全过程，通过整车及零部件定位系统和公差设计信息，把车身的设计、制造、检测过程有机地连成一体、构成了一个闭环，因此实施尺寸工程可以系统地监控和改善整车质量。 五、如何建立尺寸工程 根据全球整车开发流程要求（《全球整车开发流程（GVDP）详细解读》（点击阅读）），在产品开发至项目SOP过程中组建一个团队专门负责该产品的尺寸工程团队： 由尺寸工程科牵头，冲压/焊装/涂装/总装工厂以及相关的ME以及负责供应商质量管理的SQE、QBD参与，共同实现整车的尺寸控制。 七、尺寸工程的流程 在整车开发过程中，尺寸工程在汽车开发的整个阶段大致可以划分为以下流程： 1、标杆车分析（Benchmark） 通过研究标杆车的造型、结构、工程方案、工艺、卖点等，了解竞争车型的设计研发和生产制造水平，确定新车型的造型方向、外观质量目标、卖点、人群定位，满足车型的市场定位。同时，通过标杆车分析（《汽车研发：Benchmark看这一篇就够啦！》（点击阅读）），了解各个厂家的产品结构，为后续的研发提供借鉴与参考，减少研发成本、缩短研发周期、降低风险等。 2、DTS定义 DTS英文全称为Dimensional Technical Specification，中文名称为“尺寸工程技术规范”，这是对整车级别的尺寸精度的技术定义。一般包括外饰及开闭件的DTS和内饰的DTS。它直接面对用户评价，是汽车外观造型的重要组成部分，同时也是车身工艺水平的最终体现。 DTS是指整车内外观各部件配合处之间间隙面差的设计要求，它是汽车内外观制造质量的重要指标，并且是整车尺寸质量制造水平的体现，是顾客对产品质量的主观评价。DTS严格意义上是目标公差，目标公差的设计是为了满足一些功能的要求。 在早期设计中，工作人员需要先 进行概念的设计，根据汽车的造型设定精密度很高的间隙和面值等一些要求，然后对功能目标公差进行相应的科学管理工作。目标公差还可以根据产品功能的要求和市场的需求进行有针对性的制订。设计了间隙和面值之后，再把其绘制成几何尺寸书。 DTS是非常重要的文件，它是尺寸工程中纲领性文件，很大一部分工作需要根据DTS的要求来进行全面的设定，是整车内外观质量的最终验收标准。 3、产品定位技术方案 依据产品功能保证的原则，进行产品结构设计、工艺流程设计、工装方案设计的协调策划，选定产品-工艺以及上下工序统一的基准，使产品的重要功能都有确定的工艺工装保证。 4、白车身定位策略设计 制定白车身的定位策略，其作用是保证零部件在焊接、装配、检测过程中的定位稳定性和状态一致性，保证车身及零部各尺寸环节上有功能性要求的特征孔、面、切边线位置精度得到有效的控制，其设计满足工艺可行性等要求。定位策略的主旨是保证基准的一致性，避免基准转换，保证制造工艺过程的可靠性和重复性。白车身定位策略用于白车身夹具开发、焊钳模拟及GD&T定位基准的制作。 5、产品公差设计GD&T GD&T，英文为Geometric Dimension and Tolerance），即几何尺寸与公差。GD&T的主要内容是基准和公差，包括定位基准及被测要素的公差要求，根据整车的质量和性能要求来制定相应的公差。GD&T公差的制定，需要理解产品各项功能的要求，以及车身精度对于各项功能的直接和间接的影响。公差过大会产生质量问题，过小则会增加生产成本，减少利润，需要考虑工艺可行性，在保证车身精度及质量性能前提下，找出最佳的平衡点，制定切实可行的公差。 6、测量计划 测量计划主要是指测点分布图和测量工艺卡。 测点有如下三种类型： 1）功能测点 为了保证整车或白车身上某个功能的测量点。功能测点的作用是为了判断零件或者总成是否符合公差设计要求，能否保证功能。 2）工序测点 由夹具生成和保证的尺寸点，对应了夹具上的定位销或定位面的位置。工序测点的作用是为了分析工序的精度和稳定性。 3）外观测点 设计上为了保证整车外观的测量点。外观测点的作用是为了分析整车或白车身的外观轮廓是否满足设计要求。 测量方法 分为在线测量及离线测量两种测量方式。常用的手段有白光测量、固定式三坐标测量、便携式三坐标测量、检具等。 7、匹配 匹配是对前期定义（包括基准、公差、测点、DTS等信息）的一种验证，认证先期尺寸工程活动和最终产品尺寸与技术要求一致性的过程。是尺寸认证的重要环节。 匹配不仅光柱零件还注重认证工艺、设计、制造系统。通过匹配活动，指导零件、工艺、工装、设计进行整改，来满足最终的DTS需求。 8、数据收集分析 根据测量计划要求，确定测量频次及测量数量，通过CMM测量对车辆进行数据收集分析，对日常车辆状态进行监控，使整改生产过程处于统计控制下的稳定状态。 >>>> 9、经验反馈 在项目开展过程中，收集整理问题点，记录整改思路及整改过程、方法，总结经验，提出改善方案。待项目完结后，作为数据库保存管理，为下一个车型的开发提供参考和依据，防止再发。 八、尺寸工程在各阶段的作用 1、尺寸技术规范（DTS） 尺寸技术规范（DimensionTechnical Specification)主要用于描述成品车零部件之间的间隙和面差及相关关系，通常表达式如下： {间隙（或面差）的设计名义值}+{间隙（或面差）的公差要求} 确定整车内外配合的间隙及高差尺寸公差要求、整车的关键结构尺寸及性能尺寸（公差）要求。从造型的油泥分缝、CAS（Computer Aided Styling）面到结构设计阶段，DTS要根据不同时期的不同要求进行不断的更新和完善。DTS的制定必须熟悉对标车的实际标准，产品结构设计的相关需求。
以上是某产品设计时初始DTS定义的两种分歧： 1）部分尺寸工程师推荐间隙=3.5，面差=0.25； 2）另一部分认为间隙=4.0，面差=0合适。 当时产品结构已经初步选定了标杆车的车门形式及铰链的相关数模，当间隙=3.5，面差=0.25时，车身结构设计部门对门进行了运动校核，前后门的运动最小间隙为2.23，考虑到运动的可靠性，采用极限分析法（RSS方法不适用），根据工厂的制造能力，影响前后门运动间隙的主要因素有： a、前后门包边后的轮廓度公差（1.2）； b、门铰链工装安装面轮廓度公差（0.4）； c、油漆完以后漆膜厚度（0.15）； d、重力影响偏差（0.3）； e、其他不可预见因素公差（0.3）； f、最小安全间隙=1.2/2+1.2/2+0.4/2+0.4/2+0.15+0.15+0.3+0.3=2.5； 因此最小运动安全间隙2.5。 目前的上述公差采用的是当前国内自主品牌的高水平的制造能力， 因此当设计：间隙=3.5，面差=0.25时的DTS的初始值存在很大的设计风险。 经过数据的分析，得出间隙=4.0，面差=0的设计更合理。
2、通用基准定位策略（RPS或CDLS） CDLS是北美的说法，目前在大多数主机厂，都是按照大众的RPS理论来进行相关设计。通用基准定位策略设计就是规定一些从开发到制造检测直至批量装车各环节所有涉及到的人员共同遵循的定位点及其定位公差要求。 在产品结构第一版数学模型发布后，尺寸工程相关人员对产品进行通用基准定位策略的设计及产品结构工艺性审查，必须遵守下面规则： a、3-2-1(或N-2-1)规则； b、坐标平行规则； c、统一性规则等。 如果零件需要增加焊装定位孔在该阶段要提出，并以ECR（Engineering Change Requirement）的形式向产品设计人员反馈，对于不合适的定位孔要取消，同时结合公差传递的难易，对对接接头进行合理的回避，以确保工艺尺寸链传递的缩短。相关做法如下： 1）零件的定位，一般采用一面两销的形式，这样夹具设计起来比较简单，所以零件在设计时仅可能的考虑这种定位方式，对于大的零件，定位孔尽量要大些，定位孔越大，定位越可靠。如下图所示：
2）在焊接总成中，对接边的连接方式尺寸链传递最大，误差传递也最大，所以尽量避免，如果不能避免，要采用移动公差的形式，确保公差传递的尽量小，以达到控制总成精度的目的。
3）车身的精度控制是一个很有难度的工作，因此必须对每个零件每个总成在焊接后，主要的控制方向进行分析，要把所有的方向（X\Y\Z)都控制的好，是一个非常难的工作，分析出焊接零件的主要控制方向，然后对零件的定位及工艺设计都是很有用处的。通常情况下焊接方向都是要牺牲的方向，因此，就要利用这种关系对零件的控制方向进行取舍。
3、偏差分析 在产品结构确定后，建立了定位基准，要对零件大的总成或整车控制要求进行公差初步设计，传统的偏差有1D尺寸链分析，通过尺寸链图解进行测算，后续又有2D尺寸链计算，由于整车的结构设计比较复杂，传统的计算方法已经很难满足需求，通过3D尺寸的公差分析，确保公差实施的可行性，同时又能够满足产品的功能要求和客户的视觉美感。 产品设计部门希望制造的结果越精细越好，而制造部门的希望是公差放的越宽松越好，所以两者必须找到一个平衡点，以确保产品功能的最终合理实现。3D偏差分析采用的是蒙特卡罗方法（Monte Carlo simulation）。
以上工作完成后，就可以进行模拟分析了。由于模特卡罗方法采用的是概率统计的方法，因此建议模拟样本的数量不易过少，一般不少于2000个样本，通常模拟数采用的是5000个样本，根据偏差分析的结果确定公差的制定是否合理，分析结果中对公差影响大的环节在哪个零件上，修改相关的公差值或其他影响要素，确保最终的公差值合理。举例如下（软件采用的是3DCS)：
经过偏差分析报告的结果，对主要影响要素进行改进，如果没有实质性的进展，仍然超差，就要对DTS的初始设计值进行重新设定，以确保模拟情况不超差，增强实际操作的可行性。 4、GD&T图纸制作 GD&T（Geometric Dimension and Tolerance）包含基准定位系统设计和公差设计，公差设计包括尺寸公差、形位公差。在RPS(CDLS)设计阶段是专门用来进行基准定位系统设计的过程，因此，在第二版产品数模发布后，就可以进行GD&T出图了，特别是单个零件的图纸可以先进行制作，根据各个主机厂的制造能力，各个汽车设计部门会制作基础通用公差表，利用基础通用公差表，80%-90%的单件GD&T图纸可以制作完成，一些有特殊匹配要求的部位可以对相关单件公差进行修改，对于总成的公差，根据不同的结构进行公差计算方可完成。不同的主机厂根据自己的制造控制能力会有自己的基础通用公差精度表。
通用公差表，是单件制作GD&T图纸的重要依据，根据它及相关工艺知识对焊接总成的公差进行合理设计。
如图所示大地板的总成的轮廓度公差带是2.0，对其进行验算，地板的翻边轮廓度公差为1.0，门槛加强版的配合面轮廓度公差为1.0，定位孔偏离公差为0.3，焊接后变形轮廓度公差0.4，对总公差带进行验算采用RSS算法： 总公差带=SQRT(12+12+0.32+0.42)=1.5， 所以给定的公差带2.0可以满足工艺要求，同时该处在配合处不能向外突出太多，所以公差带不是对称的，最多允许突出0.5，以确保最终白车身总成的合格。 5、测点图制作 GD&T图纸制作完成后，就可以制作测点图了，很多人认为有了检具的检测结果就不需要测点图了，实际上进入了理解的误区，检具从某些方面来讲就是一个仿形的尺，是用来快捷判断的依据，数据测量是个初略的估计值，而实际测点图所需要测量表达是真实的3D测量结果，可以用来进行量化分析的，是后续质量改进和提高的数据参照依据。 测点图中的测点基本上可以分为如下三类：
1）工序测点 由夹具生成和保证的尺寸点，它对应了夹具上的定位销或者定位面的位置（重点是定位点），一般实际标注较少（除有分析要求的测点）。 2）外观测点 针对DTS关注部位而在DTS关注的有效区域布置的测量点。 3）功能测点 零件或者总成上设置的，反映设计上为了保证整车上某个功能的测量点（重点是各个安装部位的安装点）。 外观测点图和功能测点图是测点图制作的主体内容。
九、结语 尺寸工程贯穿于整个产品开发的全过程，在缩短开发周期，降低生产成本，提高车身品质方面发挥着重要作用。在后续的车型开发中，希望通过进一步优化尺寸工程的工作，建立尺寸偏差分析数据库平台及测量数据收集分析系统，精度把握零部件及车身的实物偏差，提升整车的制造水平。 |
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