简析汽车白车身尺寸开发与控制

刘亮　张杰　乔涛

摘 要：汽车白车身尺寸影响到产品的外观品质和整车性能，逐渐受到各个主机厂的重视。在产品开发过程中需要根据市场、用户和性能等方面的要求，制定整车尺寸要求，通过尺寸链分析将整车尺寸要求分解到零部件，制定合理的零部件尺寸和公差，进而制定零部件和白车身工装、工艺和检具的开发策略和尺寸测量计划，对关键的尺寸进行监控和分析，达到白车身稳定控制的目的。

关键词：尺寸开发;工装;工艺及检具开发;测量数据分析和管控

1 概述

在科学技术日益发展的今天，汽车行业的竞争越来越激烈，白车身的精度品质对整车品质起到了重要作用，白车身的尺寸开发和控制就非常关键，一般白车身的尺寸开发和控制关键环节如下。

1）制定DTS。DTS是整车质量目标文件，根据产品要求制定DTS并将其分解到零部件公差，进行三维仿真和尺寸链计算，验证DTS的合理性。

2）制定CDLS。CDLS设计师尺寸开发前期的关键内容，包括基准策略、制造顺序和零件分级等相关内容，用于指导后期的工装开发和GD&T图纸的设计。

3）制定GD&T图。根据零部件分解的公差制定GD&T图，GD&T图是最终正式的尺寸工程交流语言，需要体现基准和公差要求。生产和质量部门依据GD&T图纸及便利性，制定零部件及白车身的检具开发策略及零部件的测量计划。

4）零部件测量、分析和改进。按照测量计划对零部件及白车身进行测量、数据统计分析和调试，建立数据库进行分析和持续改进。

2 DTS的制定

2.1 DTS的初步确定

新产品开发的初期，尺寸控制部门根据市场需求、客户心理、竞品车型、产品战略、制造水平等等要求联合产品工程、造型设计、市场、制造工程等区域制定初版的DTS（产品规格）。DTS通常以间隙、段差、平行度、一致性等要求来体现。如图1为某车型的DTS。

2.2 DTS的校验分析

初版DTS制定后，需要对其合理性进行校验。制造可行性是能否实现DTS要求的基础，校验一般按照要求画出尺寸链并进行分析来验证。尺寸链分析一般采用统计公差叠加方法进行分析（特别重要的位置也可以考虑极限值分析方法进行分析），在造车验证过程中针对验证的问题再重新修正。下面结合实例介绍统计公差叠加分析方法的应用。

尾门与后保的间隙要求及关联零件及尺寸链情况如下图2、图3。

将零件装配，给出定位和公差信息，计算分析结果如下图4：

结果超差大，6σ偏大。经分析，后蒙皮中间安装支架为Y向长条型结构，第一装配方向几乎在一直线上，装配时容易摆动，影响Z向精度，结构不稳定，需要优化产品结构。

优化结构后，在后蒙皮中安装支架取Z向测试点结果如下，结果不超差，6σ较小，如下图5所示结果稳定。

按照以上的校验方式完成DTS所有要求的校验，对于不合理的进行修正，另外开展数模的干涉校验、功能性校验、装配性校验等等，最终形成正式版DTS进行发布。

3 CDLS的制定

CDLS设计是尺寸开发前期的关键内容，需要根据整车BOP确定每个子零件的焊接定位，如下图6所示，包括基准策略、制造顺序和零件分级等相关内容，用于指导后期的工装开发、GD&T图纸的设计，确保定位基准的一致性。

CDLS的发布需要经过尺寸、产品、工艺、工装充分评估，确保产品定位可靠、不影响焊接、产品能满足所需要的定位面和定位孔，工装能够实现且工装结构较稳定等一系列要求。

4 GD&T图的制定及实现

GD&T图纸是制造业普遍应用的工程技术语言，如图7为某车型侧围外板GD&T图，图中清楚表达零部件所有尺寸和精度技术要求，包括尺寸特征、公差要求、基准系统、孔位、面加工要求，以及装配要求等。GD&T图纸既是产品要達到的目标定义，也是设计、制造加工、焊接装配等过程的标准，同时是验收产品最终质量的依据。零件的工装制作、工艺安排、检具制造及测量计划也以此为基础，只有整个系统按照统一的基准体系开发才能保证尺寸的稳定生产和测量，所以对于零件的基准体系建立至关重要。

零件的基准体系就是要限制零部件的六个空间自由度（X、Y、Z三个方向的移动以及绕三个轴的旋转），如图8，基准体系的建立需要遵循“3-2-1”的原则，使一个刚体的空间位置确定性需要6个定位点。3个定位点确定一个接触面积最大的基准平面，即限定了1个坐标轴方向的位移，2个绕坐标轴的转动;再用构成最长直线段的2个定位点确定第二个基准平面，即限定了第2个坐标轴方向的位移和绕另1个坐标轴的转动;再用1个定位点确定第三个坐标方向，由此零件在空间的位置即确定下来。定位基准确定下来以后，其它要素参照定位基准的尺寸在GD&T图中进行描述。

为了实现零部件的GD&T的要求，需要在保证定位基准统一的情况下开发定位块、定位销、检测块、检测销等关键装备。

5 零部件的检测和分析

5.1 零部件的测量

零部件尺寸一致性的检测有多种方式，一般常用的两种方式是使用检具进行零件的检测，另一种是使用三坐标进行建标检测。如图9为检具测量，如图10为三坐标测量。测量过程中必须保证在测量基准准确的情况下开展，如定位基准有偏差，测量的数据也就存在偏差，无法用于数据分析。

5.2 零部件测量数据的分析

一般对于零部件的测量数据统计符合正态分布原则，μ是分布均值，它反应的是偏差。σ是标准偏差，它反映的是特性的分散程度，σ越大，表示特性越不稳定。在我们车身尺寸中，就表示某个控制点不稳定。σ越小越好。评价零部件制造稳定性的重要指标是CPK，即过程能力指数。

（xi：样本参数，n：样本数量）

（xi：样本参数，n：样本数量）

我们假定：正态曲线与X轴之间区域面积为1，则各个σ包含的面积及CPK的对应关系如下图11所示;

根据数据测量后的分析，按照CPK对应的过程控制要求判定过程是否稳定，如果不稳定，需要尽快采取调整模具、调整工装或工艺、优化员工操作等切实可行措施，使零部件尺寸稳定，进而保证整车产品尺寸的稳定输出。

6 结语

白车身间隙段差关系着整车感知质量和整车品质，本文结合实例，通过对各个环节的阐述为车身尺寸开发和控制提供的参考，车身尺寸研发和控制是非常复杂的工程，包括产品定义、公差分配、冲焊质量控制、尺寸测量和分析等多个方面。只有做好每一步，才能保证最终的整车精度和质量。

参考资料：

[1]宋晓琳.汽车车身制造工艺学（第二版）.北京理工大学出版社，2006.

[2]马缝时，周暐，刘传冰.六西格玛管理统计指南.中国人民大学出版社，2018.

[3]曹渡，刘永清.汽车尺寸工程技术.机械工业出版社，2017.