轿车车身功能尺寸系统优化设计及应用研究

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1、轿车车身功能尺寸系统优化设计及应用研究泛亚汽车技术中心有限公司曾贺　胡敏上海交通大学机械与动力工程学院金隼从上世纪90年代以来，通过以“2mm工程”为代表的统计质量管理方法在整个汽车领域的应用和全面推广，已经使得全球的整车制造水平在过去的20年中整体提升了一个台阶。但随着汽车构造越来越复杂以及客户对汽车的质量要求越来越高，各汽车企业都已逐步认识到，整车质量的形成不仅与生产制造过程有关，还与包括产品设计在内的其他许多过程、环节和因素密切相关。只有将影响质量的所有因素全部纳入到质量管理中，并保持系统、协

2、调的运作，才能确保整车的高质量。因此，全面质量管理的理论也就应运而生，而在全面质量管理方法中，设计质量又是重中之重。    在此背景下，近年来，功能尺寸这一过去仅用于生产制造阶段，监控车身尺寸偏差的工具被逐步扩展应用到了产品设计阶段。所谓功能尺寸(FunctionalDimension)就是指“从一般产品尺寸特征中选择出来的一部分反映产品重要功能而且必须保证的尺寸”，它是由德国大众在上世纪90年代率先提出，并全面推广的概念。相对于传统的整车尺寸检测控制方法，功能尺寸在车身尺寸偏差控制方面有着“直观、

3、效率高、与整车质量表现关联性强”等特点。    目前，国内企业在车身尺寸偏差监控方面，应用的功能尺寸控制标准主要是直接从国外引进，或者是工程师在实际生产中根据经验而定义的，至今国内还没有一套系统是针对功能尺寸从设计到验证再到应用的完整开发流程。但随着国际合作的增加，以及自主开发的不断深入，越来越多的汽车企业在设计过程中开始运用功能尺寸这一工具对设计进行优化，功能尺寸的设计开发也因此得到了各个整车企业的重视。车身功能尺寸系统概述    1.车身功能尺寸的分类    功能尺寸按照不同的用途大致可分为：产

4、品功能尺寸、基准功能尺寸和控制功能尺寸三大类。    (1)产品功能尺寸，是指为了保证下一级装配质量而在上一级零件、分总成、总成上规定的功能尺寸，是从整车性能要求中分解出来的对各总成、分总成和零件的关键特征的相对公差要求。通过产品功能尺寸的定义，可确定总成、分总成和零件的设计目标，驱动总成或分总成中所有零件的结构关系、定位策略、工艺过程、公差要求等的设计。    (2)基准功能尺寸，是指为了保证产品功能尺寸，而在下一级的分总成、总成上对上一级的零件、分总成、总成的基准提出的公差要求。实现基准功能尺寸

5、的主要方法就是在汽车产品设计和制造过程中全面贯彻整车基准一致性原则。基准功能尺寸的定义，是对产品功能尺寸的进一步分解，它确定了工艺设计的目标，指导了工装设计、工装精度、焊接顺序和零件定位策略的选择。    (3)控制功能尺寸，是指为了监控本一级装配中工装夹具对整车尺寸的影响而规定的功能尺寸。它主要是从零件上比较能反映工装夹具偏差的敏感特征中选出的。    2.车身功能尺寸的应用优势分析    功能尺寸的作用主要有两个，一是在设计过程中明确设计目标从而指导设计优化；二是在监控过程中简化数据分析。   

6、 功能尺寸的优点同样可以分为两方面：1)在设计过程中，可以通过功能尺寸，将整车的总体设计目标分解到对关键尺寸特征的相对要求，从而可以明确具体目标并指导结构和工艺设计及优化，减少不必要的对单点精度的要求；2)在监控过程中，因为功能尺寸过滤了因工件的整体定位偏差所引起的测量误差，所以更有助于数据分析，也使功能尺寸具有了与整车质量表现相关性较强的特点。通过对功能尺寸的分析，将能更准确、更快速，更直观的分析出质量缺陷的根本原因，从而明确改进方向和确定改进方案。车身功能尺寸系统设计方法    与控制功能尺寸主

7、要用于常规生产阶段对产品日常监控不同，产品功能尺寸和基准功能尺寸，在整车开发过程中，始终从不同的角度驱动和指导着整车、总成、分总成以及零件的设计和验证。    1.功能尺寸定义    功能尺寸从定义到应用的步骤大致可分为：功能尺寸定义、功能尺寸设计、功能尺寸验证和功能尺寸监控。    功能尺寸的定义的主要工作分为：功能尺寸的识别、公差目标的设定以及公差目标的继续向下一级分解。其中，识别功能尺寸是指把影响整车性能的关键尺寸关系从所有的整车尺寸要求中挑选出来，并设定目标加以控制。以外观匹配为例，普通轿车

8、大概有将近200个左右的外部匹配特征，其中客户高关注的特征大概有40~50个左右，比如，前照灯与发动机盖、前照灯与前防撞杆、前照灯与翼子板、翼子板与发动机盖、前门与后门、尾灯与后盖、后盖与侧围、后盖与后防撞杆等配合(如图1所示)。    当这些客户高关注的配合被挑选出来以后，就需要通过尺寸链分析，将影响这些配合的关键尺寸关系识别出来，定义为功能尺寸，并设定公差作为设计目标。然后，以此公差作为目标，通过尺寸链分析继续逐级向下分解，以确定各级总成、零件的设计目标(如图2所