梁秀(上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200030)

功能尺寸Funktionsmass(3.0)在車身質(zhì)量狀態(tài)控制中的應(yīng)用

梁秀
(上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海 200030)

對3.0功能尺寸在車身質(zhì)量狀態(tài)控制中的應(yīng)用進(jìn)行案例分析。介紹3.0功能尺寸的3個(gè)主要新特性，在三座標(biāo)尺寸報(bào)告中的體現(xiàn)，指導(dǎo)車身尺寸的優(yōu)化，在車身質(zhì)量狀態(tài)控制中的應(yīng)用。3.0功能尺寸的應(yīng)用，可減少額外的測量工作，直觀地了解樣件需要優(yōu)化的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對總裝重點(diǎn)控制的尺寸進(jìn)行預(yù)先控制。

Funktionsmass (3.0)；逆向計(jì)算法；單點(diǎn)群組；安全性；顧客感官

0 引言

功能尺寸(FM)是用來判斷車身功能質(zhì)量狀態(tài)的尺寸，它是整車質(zhì)量控制的基礎(chǔ)。建立功能尺寸目錄的目的就是為了更好地控制車身的生產(chǎn)質(zhì)量。隨著全球范圍內(nèi)汽車市場的蓬勃發(fā)展，新車型開發(fā)試制投產(chǎn)的時(shí)間越來越短，這就對整車尺寸的評價(jià)提出了更高的要求，也要求尺寸的質(zhì)量狀態(tài)評價(jià)更加快速、精確、直觀。

3.0功能尺寸目錄,德語名稱是:Konzern Standard Funktionsma-Katalog Karosserie-Zp.5。2009年11月大眾集團(tuán)內(nèi)部簽署執(zhí)行3.0功能尺寸。該標(biāo)準(zhǔn)是大眾集團(tuán)內(nèi)部所有車型測量原則的基礎(chǔ)，是集團(tuán)內(nèi)品牌車型強(qiáng)制執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。

1 3.0功能尺寸的評價(jià)內(nèi)容

3.0功能尺寸所評價(jià)的內(nèi)容，是與顧客直觀感受相一致的，主要是針對外觀零件的匹配。這更有助于批量生產(chǎn)過程的質(zhì)量狀態(tài)控制，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動(dòng)，可立即判斷顧客感官可以感受到的突變和差異。而2.0版本的功能尺寸，如果尺寸狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)零點(diǎn)，但是否能對顧客感官評價(jià)直接造成影響，是需要試驗(yàn)和分析的。

FMK 3.0所評價(jià)的內(nèi)容，是與裝配匹配的要求相一致的，更加接近AMB和ZP8的匹配評價(jià)和要求。這更加有助于生產(chǎn)過程中的工序零件尺寸控制，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動(dòng)，可立即判斷對于后道工序生產(chǎn)質(zhì)量造成的影響，從而減少了頻繁委托測量的額外工作。從車身尺寸上對匹配進(jìn)行監(jiān)控和評價(jià)，可提前預(yù)警零件偏差對后道匹配的影響。而2.0版本的功能尺寸，過程件尺寸狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)原點(diǎn)，但是否會對后道相匹配零件的裝配帶來影響，是需要通過試驗(yàn)驗(yàn)證來分析的。

2 3.0功能尺寸的新特性及應(yīng)用

與老版本2.0功能尺寸相比，3.0功能尺寸具有以下新特性：一是采用單點(diǎn)群組的評價(jià)代替兩點(diǎn)距離的評價(jià)；二是采用局部坐標(biāo)系代替整車坐標(biāo)系評價(jià)；三是涉及安全性和顧客感官的單獨(dú)設(shè)立功能尺寸。下面介紹3.0功能尺寸三個(gè)新特性在車身質(zhì)量狀態(tài)控制中的應(yīng)用案例。

2.1 新特性一：采用單點(diǎn)群組的評價(jià)代替兩點(diǎn)距離的評價(jià)

2.1.1 特性介紹

3.0功能尺寸的這一特點(diǎn)體現(xiàn)在三座標(biāo)尺寸報(bào)告中，如圖1所示,后門總成C柱平整度功能尺寸BM3108,由群組7個(gè)點(diǎn)構(gòu)成評價(jià)。對應(yīng)區(qū)域的間隙功能尺寸BM3107，也是由群組7個(gè)點(diǎn)構(gòu)成評價(jià)。每個(gè)功能尺寸的評價(jià)包括M(偏差最大值)和R(落差值)這兩個(gè)元素，均采用法向D輸出。

老版本2.0功能尺寸此處取上下兩個(gè)平整度點(diǎn)，輸出Y方向上的落差。

新版本3.0功能尺寸更加直觀地體現(xiàn)了整條邊上平整度間隙的狀態(tài)，包括最大的偏差值和落差。測點(diǎn)比老版本2.0功能尺寸多。

2.1.2 在指導(dǎo)質(zhì)量提升方面的作用

目前總裝車間 Audit 和整車匹配指的是后門間隙楔形。從測量報(bào)告看，功能尺寸BM3107 MAX超差，偏差量+0.59 mm。查找單點(diǎn)，是C柱上部MLTHA1801這個(gè)點(diǎn)區(qū)域超差，直觀地反映了顧客體驗(yàn)感受到的區(qū)域。而老版本2.0功能尺寸單點(diǎn)只有2個(gè)，不能反映整條邊完整的情況。

功能尺寸BM3107 Range超差，偏差量+0.94 mm。查找單點(diǎn)，除了C柱上部外，下部MLTHA1257這個(gè)點(diǎn)負(fù)向偏差。Range的數(shù)值就是整條邊上落差最大的值，而不是2.0功能尺寸固定的2個(gè)點(diǎn)位置之間的落差。

因此，新版本3.0功能尺寸評價(jià)結(jié)果直接反映出需要優(yōu)化的單點(diǎn)位置和大小，從而指導(dǎo)產(chǎn)品質(zhì)量提升。落實(shí)到零件優(yōu)化計(jì)劃上，首先是檢查后門外板輪廓的尺寸，MLTHA1801和MLTHA1257這兩個(gè)點(diǎn)位置處，單件尺寸偏差接近零位。剖切門總成，咬邊損失兩處轉(zhuǎn)角均小于咬邊損失的規(guī)劃圖紙。因此優(yōu)化第一步措施：優(yōu)化角推。經(jīng)過優(yōu)化下部MLTHA1257點(diǎn)處的輪廓放出來，偏差消除；上部MLTHA1801點(diǎn)處的角推優(yōu)化無效，原因是內(nèi)凹弧面造型咬邊料堆積，咬邊損失量無法達(dá)到預(yù)期。優(yōu)化第二步措施：門外板配合輪廓縮小。把門外板上部MLTHA1801點(diǎn)處輪廓面往內(nèi)改。經(jīng)過試驗(yàn)有效。

2.2 新特性二：采用局部坐標(biāo)系代替整車坐標(biāo)系評價(jià)

2.2.1 特性介紹

在白車身總成功能尺寸中有2個(gè)局部坐標(biāo)系，分別為：左右側(cè)圍區(qū)域的局部坐標(biāo)系，如圖2所示；后部區(qū)域的局部坐標(biāo)系，如圖3所示。

在側(cè)圍局部坐標(biāo)系評價(jià)的功能尺寸中，有門內(nèi)框Schachtmass面，與四門匹配平整度間隙等，約36個(gè)功能尺寸。這些功能尺寸也具備3.0的新特性一的群點(diǎn)特點(diǎn)。

在后部局部坐標(biāo)系評價(jià)的功能尺寸中，有側(cè)圍后部與后蓋、尾燈的平整度間隙，車頂后部與后風(fēng)窗玻璃的平整度間隙等。這些功能尺寸也具備3.0的新特性一的群點(diǎn)特點(diǎn)。

2.2.2 在指導(dǎo)質(zhì)量提升方面的應(yīng)用

左側(cè)圍區(qū)域門檻4個(gè)單點(diǎn)的平整度，構(gòu)成BM2323這個(gè)功能尺寸。在生產(chǎn)過程中，第20周出現(xiàn)了尺寸惡化的情況。生產(chǎn)的五臺車中，后兩臺的最大偏差值和落差值均偏差變大。在第20周側(cè)圍外板從B08切換到B09。前三臺數(shù)據(jù)是B08側(cè)圍外板，后兩臺數(shù)據(jù)是B09側(cè)圍外板。

首先尋找單點(diǎn)的變化：MLSTS1383這個(gè)點(diǎn)在局部坐標(biāo)系中前三臺偏差0.0～0.5 mm，后兩臺偏差2.5～2.7 mm。其余MLSTS1408，MLSTS1410，MLSTS1418三個(gè)點(diǎn)基本沒有變化。

偏差變大是由于側(cè)圍外板從B08狀態(tài)切換到B09狀態(tài)。

從測量報(bào)告上來看B09側(cè)圍外板，MLSTS1383附近的焊接面到門檻平整度落差變大，有+1.5 mm。B08的側(cè)圍外板MLSTS1383附近的焊接面到門檻平整度落差是合格的。

對構(gòu)成功能尺寸構(gòu)成的4個(gè)單點(diǎn)(MLSTS1383， MLSTS1408，MLSTS1410，MLSTS1418)在整車座標(biāo)和局部坐標(biāo)系中的變化量，如圖4，表1所示。

表1 4個(gè)單點(diǎn)在整車座標(biāo)和局部坐標(biāo)系中的變化量

分析局部坐標(biāo)系的偏轉(zhuǎn)情況：

(a)MLSTS1383是在整車座標(biāo)轉(zhuǎn)換到局部座標(biāo)后，變化量最大的點(diǎn)。內(nèi)凹-2.4/-2.2變成外凸+2.5/+2.7。

(b)MLSTS1410是在整車座標(biāo)轉(zhuǎn)換到局部座標(biāo)后，變化量最小的點(diǎn)。變化量僅0.4～0.7 mm。

(c)局部坐標(biāo)系的偏轉(zhuǎn)，對MLSTS1383這個(gè)點(diǎn)的影響最大。

其次檢查五臺車構(gòu)成局部坐標(biāo)系的單點(diǎn)偏差和落差是否有變化。針對該門檻處的功能尺寸，構(gòu)成功能尺寸的群組點(diǎn)，發(fā)向分量主要是Y方向，其他方向上的分量較小。所以重點(diǎn)檢查局部坐標(biāo)系中三個(gè)主控Y向點(diǎn)，如圖5，表2所示。

表2 五臺車局部坐標(biāo)系中三個(gè)主控Y向點(diǎn)的偏差 mm

比較第20周五臺車的MLSTS1521，MLSTS1465，MLSTS1419這三個(gè)RPS構(gòu)成點(diǎn)的趨勢，可知：

(1) 偏差最大的是MLSTS1465這個(gè)點(diǎn)，最小的是MLSTS1419這個(gè)點(diǎn)

(2)MLSTS1521和MLSTS1465之間的落差在0.43～0.66之間較為穩(wěn)定。

(3)由于MLSTS1521和MLSTS1465之間的Y向落差，局部坐標(biāo)系Y向平面右上角內(nèi)凹，引起左下角外凸，即MLSTS1383這個(gè)單點(diǎn)4.7～4.9 mm的變化量。

以最后兩臺B09側(cè)圍外板生產(chǎn)的Aufbau為例，MLSTS1419偏差在-0.1 mm，接近零位。

采用此分析方法，迅速找到了功能尺寸超差的原因和優(yōu)化方向。

功能尺寸BM2323偏差的原因：一是側(cè)圍外板單件焊接面與匹配面落差大于理論值1.5 mm；二是側(cè)圍B柱上部局部坐標(biāo)系Y向存在偏差。

其解決措施：一是側(cè)圍外圍外板單件優(yōu)化；二是調(diào)整Frame1工位夾具來優(yōu)化B柱上部局部坐標(biāo)系RPS點(diǎn)MLSTS1465的偏差。

針對BM2323這個(gè)功能尺寸，把構(gòu)成所有涉及的單點(diǎn)，變成一個(gè)小程序進(jìn)行模擬試驗(yàn)。虛擬分析給與該功能尺寸單點(diǎn)的優(yōu)化目標(biāo)：

(1)模擬MLSTS1383這個(gè)單點(diǎn)在整車坐標(biāo)系中，尺寸優(yōu)化恢復(fù)到A08的0.3 mm偏差的狀態(tài)。BM2323功能尺寸MAX合格，Range超差。MLSTS1383在整車坐標(biāo)系中偏差-2.4，在局部坐標(biāo)系中偏差-0.6，落差比之前4.9的落差縮小。

(2)減小構(gòu)成局部坐標(biāo)系的RPS點(diǎn)MLSTS1465的偏差。分別做了-0.6/-0.4/-0.3/-0.2四組數(shù)據(jù)。當(dāng)MLSTS1465偏差為-0.3和-0.2的時(shí)候，BM2323功能尺寸MAX合格，Range也合格。此時(shí)局部坐標(biāo)系Y向已基本在一個(gè)平面內(nèi)。

2.3 新特性三：涉及安全性和顧客感官的單獨(dú)設(shè)立功能尺寸以側(cè)圍內(nèi)板總成為例，拉手支架是涉及安全性的孔，左右兩側(cè)一共設(shè)置了18個(gè)功能尺寸，包括X向和Z向。在項(xiàng)目初期設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員并沒有注意到拉手支架的重要性，有的車型拉手支架在白車身安裝，有的車型在總裝車間安裝。3.0功能尺寸重點(diǎn)評價(jià)了拉手支架的尺寸要求，引起設(shè)計(jì)人員對該零件的尺寸重視。為此，檢查了拉手支架單件零件的尺寸狀態(tài)和拉手支架上側(cè)圍前柱上部加強(qiáng)板的夾具定位情況，發(fā)現(xiàn)拉手支架單件零件兩個(gè)安裝方孔X向之間的距離不正確；拉手支架上側(cè)圍A柱上部加強(qiáng)板的夾具定位不穩(wěn)定。因此采取以下優(yōu)化措施：

(1)優(yōu)化拉手支架兩個(gè)X向安裝方孔之間的距離。采用專用料架來保證拉手支架料不變形。夾具上X向做成兩個(gè)菱形銷定位控制，并保證兩個(gè)菱形銷角度正確。

(2)Y向在夾具上用磁鐵吸住而沒有采用夾頭，實(shí)際效果不好。需增加Y向夾頭。

3 結(jié)束語

功能尺寸Funktionsmass (3.0)在車身質(zhì)量狀態(tài)控制中的應(yīng)用，可取得很好的效益和效果。首先，合理地應(yīng)用單點(diǎn)群組的評價(jià)代替兩點(diǎn)距離的評價(jià)這一新特性，可減少額外的測量委托，節(jié)省30%的測量工作，對四門兩蓋的尺寸質(zhì)量狀態(tài)的優(yōu)化更具有指導(dǎo)性。第二，合理地應(yīng)用局部坐標(biāo)系代替整車坐標(biāo)系評價(jià)這一新特性，可使測量報(bào)告直觀地體現(xiàn)總裝 Audit所抱怨的平整度間隙匹配問題。在項(xiàng)目初期夾具設(shè)計(jì)就考慮到3.0功能尺寸的要求，可減少后期夾具改造的投資，也使得樣板調(diào)整尺寸更加直觀明了，無需像以往項(xiàng)目做大量的樣件的零件報(bào)廢來試驗(yàn)，可直觀地了解需優(yōu)化哪個(gè)區(qū)域的尺寸。第三，合理地應(yīng)用涉及安全性和顧客感官的單獨(dú)設(shè)立功能尺寸這一新特性，就能在白車身階段就采取措施，對總裝重點(diǎn)控制的尺寸進(jìn)行預(yù)先控制，在項(xiàng)目前期階段就達(dá)到既定目標(biāo)。

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Application of Funktionsmass(3.0)in Car Body Mass State Control

LIANG Xiu
(School of Mechanical Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200030，China)

The application of Funktionsmass(3.0)in car body mass state control was introduced.Three major new features of Funktionsmass(3.0),reflecting in the CMM dimensions report,guiding the quality optimization of real car body,applying in body mass state control,were described.The application of 3.0 functional dimensions can reduce the additional survey work,intuitively understand the area which need be optimized,achieve pre-emphasis control of the assembly workshop.

Funktionsmass(3.0); Reverse calculations;Points group;Security;Customer sensory

2013-10-28

梁秀(1981—)，女，碩士，工程師，研究方向?yàn)檐囕v工程。E-mail：rosignol@tom.com。