曾鋒

摘要：在白車身的制造過程中，往往會涉及大量復雜的原理，例如振動噪聲、空氣動力學、人機工程等。尺寸工程技術可幫助制造白車身時配置出最合適的零配件尺寸，優(yōu)化相關計算過程。鑒于此，本文將結合筆者相關工作經(jīng)驗，詳細論述尺寸工程技術在車輛制造中的應用，旨在為一線工作提供理論指導。

關鍵詞：尺寸工程技術；車輛制造；白車身制造

車輛制造過程是由多個復雜的工作環(huán)節(jié)組成的，并且在各個制造環(huán)節(jié)中都會隱含某種或某幾種偏差。為了有效提升制造精度、減小白車身制造的偏差，就必須在制造施工之前科學的擬定各種構件的尺寸和規(guī)格。然而受到技術和施工工藝的約束，往往被制造出來的沖壓件未能確保是其最合適的精度。此種情況下就很有必要預先給出設定好的公差和相關尺寸，并借助尺寸工程來提高車身的穩(wěn)定性。

1.尺寸工程概述

1.1尺寸工程的定義

尺寸工程屬于新興工程，它以傳統(tǒng)制造領域為基礎，其意義在于彌補傳統(tǒng)制造工程的缺陷以及規(guī)范傳統(tǒng)制造工程的施工步驟，幾乎在所有的制造行業(yè)中都能派上用場。汽車制造領域的尺寸工程包括了產(chǎn)品外形設計、零部件制造、產(chǎn)品工裝設計以及裝配的全過程。它可以有效解決許多實際問題，例如在產(chǎn)品裝配的過程當中常常遇到的裝配干涉類問題。所有零部件的制造都可能產(chǎn)生尺寸公差，這些誤差本身是很難避免的，并且不會對制造工程整體造成明顯影響。但是在產(chǎn)品裝配的過程中，這些誤差會逐漸積累，其產(chǎn)生的影響就會被逐漸放大，導致出現(xiàn)裝配干涉問題和裝配困難問題。然而尺寸工程的工作理念就是在制造之前將可能產(chǎn)生的公差考慮到其中，從而有效避免此類問題的出現(xiàn)，并且?guī)椭岣吡塑囕v制造工程中對車身尺寸偏差的監(jiān)控效率和診斷能力。此外，將尺寸工程技術應用到車身制造、施工工藝以及施工管理等方面進行尺寸與公差系統(tǒng)優(yōu)化，有助于縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、提升裝配尺寸的精確度、明顯降低產(chǎn)品開發(fā)成本，并能在實現(xiàn)大批量制造的同時確保產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性，對持續(xù)改進具有極大意義。

1.2國內(nèi)外尺寸工程的應用現(xiàn)狀

上世紀八十年代左右，日本汽車制造行業(yè)應用全面質量管理達到了車身綜合誤差控制在兩毫米之內(nèi)的效果，正是由于這種出色的車身質量，使得日系車輛在國內(nèi)贏得巨大市場。隨之，美國政府拿出400萬美元投資到車身質量研究中，“2mm工程”的研究構想在1991年被提出。之后，此舉為美國的工業(yè)生產(chǎn)提供了一套完整的行之有效的全新方法，極大的促進了車身制造水平。

近年來，國內(nèi)有許多大型的汽車制造企業(yè)開始對尺寸工程的研究。但是現(xiàn)有的尺寸工程研究團隊遠遠不能滿足所有車型的車身設計工作的要求，而且團隊普遍在內(nèi)外飾設計、底盤設計以及電裝領域的尺寸工程能力薄弱。我國汽車制造企業(yè)將尺寸工程技術主要應用在了產(chǎn)品生產(chǎn)制造階段，而忽略了車身本體研發(fā)階段的汽車零部件精度設計、分析、計算工作。

2.尺寸工程的流程

2.1制定DTS

整車尺寸目標制定側重于對整車內(nèi)、外尺寸配合偏差的研究，并由其負責關鍵間隙、通用公差、面差以及功能性要求的制定，以制造技術工藝、制造能力、制造效率等為依據(jù)來制定目標公差。

2.2制定RPS

RTS系統(tǒng)指的是對從開發(fā)到制造、到檢測、再到批量裝車的各個涉及人員需要共同遵守的定位點以及公差的規(guī)定。RPS系統(tǒng)制造技術相對來說是一門新興技術，應用此項技術的作用主要表現(xiàn)為三個方面，即：第一，可以有效避免由于基準點的不斷變換而導致的零件公差增大問題；第二，可以有效減少定位板或定位塊的使用；第三，RPS系統(tǒng)是模具、檢具以及工裝夾具的定位點。

2.3公差設計

公差設計即設計細化的偏差并且定位基準。在此項制造過程當中，設計目的在于構建定位體系。無論是零配件還是整車，都要對其進行妥善、準確的定位以及設定形位公差。在此過程當中需要描繪圖紙，并且需要在圖紙上將制造車身本體的精確公差顯示出來。此外，圖紙還在工裝供應商設計或制造模、撿以及夾具的過程當中發(fā)揮指導和約束作用，幫助實物零部件達到設計尺寸精度的要求。

3.尺寸工程技術在車輛制造中的應用

3.1影響因子分析

前罩相對于翼子板裝配高差是所需求的，也就是封閉環(huán)。接下來分析有關前罩相對于翼子板裝配高差的組成環(huán)的影響因子。首先應從翼子板入手，觀察可發(fā)現(xiàn)，翼子板配合處部位的面輪廓公差是一個組成環(huán)。此外，由于用來固定翼子板的裝配支架通常采用多層焊接的方法，因而肯定會差生面輪廓高差。其次，分析與前罩板相關的影響因子。觀察可發(fā)現(xiàn)，前罩與翼子板之間配合處部位的面輪廓高差是組成環(huán)。因為前罩板是通過鉸鏈與車身本體相連接的，所以鉸鏈裝配面產(chǎn)生的面輪廓公差會對其產(chǎn)生影響。

3.2建立尺寸鏈

傳統(tǒng)的公差設計方式通常過于依賴相關工程師個人的工作經(jīng)驗和標準（如圖1）。然而在實際的生產(chǎn)制造過程當中，不確定因素往往多到不允許忽略，在大批量生產(chǎn)的條件下，如果不對這些因素加以考慮，那么必將造成巨大的損失。如果采用尺寸鏈技術來檢驗和分析公差的合理性，則可以將絕大多數(shù)影響偏差的因素的作用大大降低。

尺寸鏈指的是一組相互緊密聯(lián)系并按照特定順序排列而成的封閉尺寸組合。依據(jù)鏈的幾何特性及空間位置可將鏈分為線性尺寸鏈、平面尺寸鏈以及空間尺寸鏈。尺寸、過盈量以及角度稱作尺寸鏈的環(huán)。環(huán)又可分為封閉環(huán)和組成環(huán)。組成環(huán)可對封閉環(huán)產(chǎn)生影響，封閉環(huán)A0和組成環(huán)An之間的函數(shù)關系為：A0=f（A1，A2，…，An）。組成環(huán)產(chǎn)生的微小增量就是各環(huán)的公差，當公差累積到一定程度就形成尺寸鏈關系。所以，通過改變組成環(huán)的精度可達到控制封閉環(huán)的目的。

3.3公差計算

在尺寸鏈計算以及公差分析軟件中分別輸入各部分參數(shù)，選用統(tǒng)計分析法進行計算和仿真，最后對結果進行保存，如圖2。

采取優(yōu)化結構之后，前罩相對于翼子板裝配高差在0.82上下，符合對精度的要求，較小的誤差有助于提高車體的美觀性，并且更有利于減小風阻、車體震動，同時也提高了汽車車身的密封性和行駛平穩(wěn)程度。

4.未來展望

首先，在柔性裝配體方面多采用公差分析法與有限元相結合的方式，但是其計算效率相對較低。新的三維偏差分析模型應當考慮均值便宜以及在線調(diào)整、返修等特殊工藝。

其次，在對于檢具、夾具和產(chǎn)品尺寸方面的綜合數(shù)字化匹配封樣技術上的研究，應將處于相同開發(fā)階段且具有一定對應關系的夾具、零部件、檢具、分總以及總成的尺寸數(shù)字當做數(shù)字樣件的重要特征保存起來，還可以將其作為多種數(shù)字匹配的標準使用，在生產(chǎn)以及改進設計過程中發(fā)揮指導性作用。

第三，在行位公差以及組特點復合偏差的信息建模方法上，當前絕大多數(shù)的研究工作都集中于尺寸偏差方面，而忽略了對于復合公差以及形狀公差的分析和考慮。

第四，逐漸與新一代的GPS體系相融合、相適應，可實現(xiàn)在新標準體系的條件下進行三位公差建模以及偏差評估工作。進一步完善面向產(chǎn)品整個生命周期的公差設計方法和設計理念。

第五，三維造型軟件與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件、產(chǎn)品全生命周期管理軟件以及公差分析軟件相互融合，集成出一套全新的系統(tǒng)，實現(xiàn)信息流的一致性，并且促進產(chǎn)品設計與產(chǎn)品生產(chǎn)各部門之間實現(xiàn)信息共享，達到快速決策、正確決策的目的。

5.結語

綜上所述，將尺寸工程技術應用到控制車身本體設計精度以及提高制造裝配質量當中，尤其是將功能尺寸上溯到產(chǎn)品設計階段，能夠實現(xiàn)大幅度提高產(chǎn)品制造精度、明顯縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。因此，尺寸工程對于汽車制造工程而言是一項具有實際指導意義的技術，對車型研發(fā)以及生產(chǎn)過程具有極大的幫助。