余魁，蔡浩華，王佳

(東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心，湖北武漢 430058)

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車身功能尺寸驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)

余魁，蔡浩華，王佳

(東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心，湖北武漢 430058)

功能尺寸是為滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求、工藝設(shè)計(jì)要求、制造過(guò)程控制要求等各種產(chǎn)品目標(biāo)或過(guò)程目標(biāo)而制定的一組相同功能的測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置尺寸要求。在設(shè)計(jì)階段提出功能尺寸要求，明確產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)計(jì)目標(biāo)，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品以及工藝設(shè)計(jì)；同時(shí)在監(jiān)控過(guò)程中簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)分析，更準(zhǔn)確、更快速、更直觀地分析出質(zhì)量缺陷的根本原因，從而明確改進(jìn)方向和確定改進(jìn)方案。

功能尺寸；尺寸驅(qū)動(dòng)；產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)

0　引言

典型的轎車車身由300～500個(gè)沖壓零件在55～75個(gè)裝配站上經(jīng)過(guò)零件、組件、分總成、總成到白車身的層次順序焊接裝配而成。汽車車身的裝配偏差直接影響到最終汽車產(chǎn)品的質(zhì)量，如風(fēng)噪聲、密封性、柔順性、壽命、動(dòng)力性和外觀等，是汽車車身生產(chǎn)質(zhì)量控制中的關(guān)鍵。整車質(zhì)量的形成不僅與生產(chǎn)制造過(guò)程有關(guān)，還與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量在內(nèi)的許多其他過(guò)程、環(huán)節(jié)和因素密切相關(guān)。功能尺寸系統(tǒng)的出現(xiàn)為車身制造尺寸質(zhì)量控制帶來(lái)了極大的方便，也為整車開(kāi)發(fā)中的尺寸設(shè)計(jì)和管理提供了新思路。將車身上一些特征的相對(duì)關(guān)系要求按相關(guān)功能組織在一起形成車身功能尺寸并加以控制，相對(duì)于傳統(tǒng)的整車尺寸檢測(cè)控制方法，功能尺寸在車身尺寸偏差控制方面有著“直觀、效率高、與整車質(zhì)量表現(xiàn)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)”等特點(diǎn)。

1　車身功能尺寸的構(gòu)建

1.1車身功能尺寸的定義

功能尺寸(Functional Dimension)就是指“從一般產(chǎn)品尺寸特征中選擇出來(lái)的一部分反映產(chǎn)品重要功能而且必須保證的尺寸”，它是由德國(guó)大眾在20世紀(jì)90年代率先提出、并全面推廣的概念。

對(duì)于轎車制造主要分為八大客戶功能：

(1)可裝配性；(2)美學(xué)功能；(3)密封性；(4)操作性；(5)舒適性；(6)行駛穩(wěn)定性；(7)控制；(8)安全法規(guī)。

車身功能尺寸中，所謂的“功能”是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求、工藝設(shè)計(jì)要求、制造過(guò)程控制要求等各種產(chǎn)品目標(biāo)或過(guò)程目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，在車身的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中提出對(duì)一組相同功能的測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置要求。

例如，某兩廂轎車后背門(mén)與側(cè)圍配合區(qū)域的間隙面差美觀要求如圖1所示。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，將后背門(mén)在車身頂蓋上定位點(diǎn)與左右側(cè)圍輪廓之間X向間距以及車身后部側(cè)圍開(kāi)口Y向間距設(shè)置為功能尺寸，如圖2(a)所示。而如果采用傳統(tǒng)的尺寸控制方法對(duì)白車身進(jìn)行管控，則需要分別測(cè)量車身頂蓋、左右側(cè)圍上6個(gè)測(cè)量點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3、測(cè)點(diǎn)6控制X向；測(cè)點(diǎn)4、測(cè)點(diǎn)5控制Y向，如圖2(b)所示。

1.2車身功能尺寸的優(yōu)點(diǎn)

車身功能尺寸的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在對(duì)設(shè)計(jì)階段產(chǎn)品、工藝方案的優(yōu)化以及對(duì)量產(chǎn)階段質(zhì)量問(wèn)題的監(jiān)控。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)車身功能尺寸的分析，將整車的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)分解為對(duì)各單件、分總成的關(guān)鍵尺寸特征要求，指導(dǎo)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)。

在監(jiān)控過(guò)程中，因?yàn)楣δ艹叽邕^(guò)濾了零件的整體定位所引起的偏差，使功能尺寸與整車質(zhì)量具有較強(qiáng)的相關(guān)性，有助于數(shù)據(jù)分析。通過(guò)對(duì)功能尺寸的監(jiān)控，能更準(zhǔn)確、快速、直觀地分析出質(zhì)量缺陷的根本原因，從而明確改進(jìn)方向和確定改進(jìn)方案。

1.3車身功能尺寸的建立方法

功能尺寸的建立需要對(duì)整車的功能進(jìn)行分解，把影響整車“功能”的關(guān)鍵尺寸從所有的整車尺寸中挑選出來(lái)，建立相互關(guān)系。

功能尺寸的來(lái)源主要有幾個(gè)方面：

(1)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供

產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)提供需要保證的產(chǎn)品功能，由尺寸工程師進(jìn)行尺寸分析，并建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能尺寸。

(2)工藝設(shè)計(jì)提供

工藝部門(mén)提供需要控制的工藝尺寸，由尺寸工程師進(jìn)行尺寸分析，建立工藝設(shè)計(jì)功能尺寸。

(3)過(guò)往車型經(jīng)驗(yàn)

根據(jù)過(guò)往車型經(jīng)驗(yàn)，建立功能尺寸清單。隨著車型開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的增加，不斷完善優(yōu)化功能尺寸清單，表1所示為與整車性能相關(guān)功能尺寸清單，表2所示為與整車外觀相關(guān)功能尺寸清單。

車身功能尺寸建立的方法主要有差值法和局部坐標(biāo)系法：

(1)差值法

差值法為通過(guò)計(jì)算一組影響某項(xiàng)功能的關(guān)鍵尺寸測(cè)量項(xiàng)之間的差值來(lái)建立功能尺寸的方法。 如圖3所示為某車型尾燈部位的功能尺寸建立。圖3(a)中的點(diǎn)為整車尺寸中影響尾燈間隙面差的關(guān)鍵尺寸，在整車坐標(biāo)系中進(jìn)行測(cè)量；圖3(b)中的點(diǎn)為側(cè)圍輪廓點(diǎn)與尾燈主輔定位孔Z向差值，用來(lái)控制尾燈與側(cè)圍間隙。

表1　性能功能尺寸明細(xì)

表2　外觀功能尺寸明細(xì)(按區(qū)域分)

(2)局部坐標(biāo)系法

通過(guò)在局部坐標(biāo)系下評(píng)價(jià)某功能關(guān)鍵尺寸的方法來(lái)建立功能尺寸，它直接反映了測(cè)點(diǎn)與局部坐標(biāo)系基準(zhǔn)之間相互關(guān)系。以上述尾燈與側(cè)圍間隙面差為例，使用三坐標(biāo)對(duì)車身尾燈區(qū)域尾燈定位基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并按3Y-2Z-1X建立局部坐標(biāo)系，如圖4(a)所示。在此坐標(biāo)系下測(cè)量的側(cè)圍輪廓點(diǎn)偏差即表示其相對(duì)于尾燈基準(zhǔn)的偏差，不需要再進(jìn)行差值，如圖4(b)所示。

相對(duì)于差值法，局部坐標(biāo)系法更加直觀，且局部坐標(biāo)系的建立不受整車坐標(biāo)系的影響，使用起來(lái)更加靈活、快捷。

2　功能尺寸驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品與工藝設(shè)計(jì)

在功能尺寸開(kāi)發(fā)過(guò)程中，并行工程概念始終貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)之中，以面向制造為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想，以滿足產(chǎn)品要求為工藝設(shè)計(jì)的目標(biāo)，相互協(xié)調(diào)并行開(kāi)發(fā)。在功能尺寸目標(biāo)指導(dǎo)下，將設(shè)計(jì)與工藝要求轉(zhuǎn)換成可以監(jiān)控的尺寸目標(biāo)，通過(guò)尺寸鏈分析，制定相應(yīng)的零件結(jié)構(gòu)、搭接接頭、裝配順序，以功能尺寸目標(biāo)的達(dá)成來(lái)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)，如圖5所示。

減小功能尺寸公差最好的方式就是減少車身的裝配環(huán)節(jié)，即縮短尺寸鏈，降低各偏差因素對(duì)最終結(jié)果的影響。對(duì)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，最有效的方式是在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量把有功能尺寸要求的特征設(shè)計(jì)在同一個(gè)零件上，或者將有功能要求的零件直接進(jìn)行關(guān)聯(lián)，如圖6(a)所示。對(duì)于工藝設(shè)計(jì)而言，通過(guò)工裝夾具把若干個(gè)零件上需要控制的功能尺寸特征直接“定位”在一起，以此縮短尺寸鏈,如圖6(b)所示。

3　應(yīng)用示例

某車型前大燈定位以及在車身上相應(yīng)的位置如圖7所示，圖7(a)為大燈定位方案，圖7(b)為大燈在車身上相應(yīng)的安裝點(diǎn)。

分析車身上前大燈功能尺寸如下：F1為前大燈兩個(gè)安裝點(diǎn)Z1、Z2的Z向偏差；F2為前大燈兩個(gè)定位點(diǎn)Y1、Ya1的Y向偏差；F3為前大燈兩個(gè)安裝點(diǎn)X1、X3的X向偏差；F4為前大燈兩個(gè)定位點(diǎn)X1、X2的X向偏差，如圖8所示。

功能尺寸F1由水箱上橫梁左右安裝支架沖壓?jiǎn)渭ＷC，尺寸F2、F4由翼子板沖壓?jiǎn)渭ＷC，而功能尺寸F3兩點(diǎn)一個(gè)在前大燈安裝支架上，一個(gè)在翼子板上。原方案中，前大燈支架與車身焊接成總成，前大燈支架的X向由車身精度保證；而翼子板的X向則由翼子板與前門(mén)間隙保證，其尺寸鏈為：車身精度①→前門(mén)裝配工裝②→前門(mén)總成尺寸③→前門(mén)裝配偏差④→翼子板裝配工裝⑤→翼子板尺寸⑥，如圖9所示。

采用功能尺寸驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品及工藝設(shè)計(jì)的思路，將前大燈支架與翼子板用一個(gè)工裝進(jìn)行裝配，在翼子板上增加方孔，作為工裝的輔助定位孔，同時(shí)該孔也作為裝配機(jī)罩時(shí)工裝的X向定位孔，保證機(jī)罩與大燈之間X向的功能尺寸，如圖10所示。F3功能尺寸其尺寸鏈為：前大燈支架→裝配工裝→翼子板。

新方案減少尺寸鏈鏈環(huán)，有效保證了功能尺寸的達(dá)成。

4　結(jié)論

從整車設(shè)計(jì)及制造的角度對(duì)車身功能尺寸展開(kāi)研究，重點(diǎn)對(duì)功能尺寸的定義、優(yōu)點(diǎn)、設(shè)定方法展開(kāi)討論，提出了以功能尺寸作為車身設(shè)計(jì)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)的新思路。

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Product and Process Design Driven by Functional Dimensions

YU Kui, CAI Haohua, WANG Jia

(Technical Center of Dongfeng Motor Corporation, Wuhan Hubei 430058,China)

Functional dimensions are relative position requirements of a group of the same functional measuring points which are introduced to meet the requirements of product design, process design, manufacturing control and other product or process objectives. The application of functional dimensions definitely proposed the purpose of product and process design in the design procedure. Also data analysis in the monitoring process was simplified by which the root causes of quality defects could be found more accurately and the improvement plan could be determined.

Functional dimension; Dimension drive; Product and process design

2016-04-15

余魁，男，碩士，研究方向?yàn)檗I車車身制造、轎車車身尺寸控制。E-mail:yukui@dfmc.com.cn。

U463.82

B

1674-1986(2016)07-025-05