汽车尺寸工程体系概述.pdf

2023.06 Automobile Parts084动态与综述Trend&Summary收稿日期:2022-06-18作者简介:王地川(1974),男,硕士,工程师,研究方向为尺寸工程/制造工程、冲压、焊装制造工艺及生产管理。E-mail:wangdi-。DOI:10.19466/ki.1674-1986.2023.06.017汽车尺寸工程体系概述王地川,李斌花上海汇众汽车制造有限公司,上海 200122摘要:现代尺寸工程已经发展成为产品生命周期内的一项体系工作。为了高效率低成本地开展尺寸工程活动,根据产品生命周期的特点阐述了尺寸工程体系的六大板块业务,并分析了各尺寸板块的逻辑关系以及注意事项,为汽车制造企业开展尺寸工程的应用提供了参考。关键词:尺寸工程体系;产品生命周期;尺寸同步工程中图分类号:U466Summary of Automotive Dimensional Engineering SystemWANG Dichuan,LI BinhuaShanghai Huizhong Automotive Manufacturing Co.,Ltd.,Shanghai 200122,ChinaAbstract:Modern dimension engineering has developed into a systematic work in the product life cycle.In order to carry out dimensional engineering activities with high efficiency and low cost,the six segments of the dimensional engineering system were expounded according to the characteristics of the product life cycle,and the logical relationship and precautions of each dimension segment were analyzed.It provides a reference for automotive manufacturing enterprises to carry out the application of dimensional engineering.Keywords:dimensional engineering system;product life cycle;dimensional simultaneous engineering0 引言 随着技术和控制理论的发展,尺寸工程已成为企业技术能力高效可靠的重要考核指标。在产品开发和制造过程中,系统性地开展尺寸工程能更好地帮助企业在尺寸目标的制定、产品的结构设计、工艺/测量方案的开发和实施以及产品的质量管理等方面取得较大的进步与提高。因此,现在的尺寸工程不再局限于产品设计和新项目开发范畴,而是拓展产品到生产制造,成为产品生命周期管理的主要工作之一,可以称之为尺寸工程体系。尺寸工作贯穿了整个设计、工艺、制造过程,如汽车类的复杂产品批量化生产需要根据产品和生产特点进行人为分析判断和决策,来设计前期技术构架。仅应用分析软件而不建立系统化的尺寸实施体系来解决生产中的问题往往会使技术架空,只能解决特定的问题,较难找到根本原因。从设计到生产中的各环节,尺寸问题都可能会影响到产品质量,如果不建立体系思维,仅拘于某一环节来分析尺寸问题,往往无法找出问题的根源;如果各个环节都独自分析,很可能会面临组合数量过多更加无从下手;即使通过实践找到产生尺寸问题的原因,虽可以累积此类问题的经验,但由于各环节技术的割裂性,很难从根本上杜绝此类问题的发生1。为此本文详细阐述了尺寸工程体系的六大板块,并分析了各尺寸板块之间的逻辑关系,为汽车制造企业开展尺寸工程的应用提供有效参考。1 尺寸工程体系及其板块业务介绍根据实际尺寸工作规律,完整的尺寸工程体系可以分为尺寸规划、尺寸设计、尺寸同步工程(simultaneous engineering,SE)、尺寸匹配、尺寸测量、持续改善等六大板块业务,如图 1 所示。它们按照产品开发和制造的周期逐步或并行开展,量产阶段的持续改善将和新项目的尺寸规划有序衔接,推动实现成功的项目流,同时也促进尺寸知识库和开发技术螺旋式上升。Automobile Parts 2023.06085Summary of Automotive Dimensional Engineering System汽车尺寸工程体系概述图 1 尺寸工程体系六大板块业务的区域划分1.1 尺寸规划尺寸规划主要制定了尺寸开发计划、整体尺寸质量目标、尺寸团队的组织架构和分工、尺寸开发投资预算等 4 项内容,是产品生命周期内尺寸工程所有活动的总纲,决定了尺寸工作是否能够高效、有序开展。尺寸负责人需要使用项目管理的方法,按照以上 4项内容编制尺寸开发方案,并根据项目开展的实际情况进行动态调整。同时,必须使用 PDCA 原则,审核每项尺寸活动状况,确保工作质量达标。需要特别注意的是,尺寸开发方案要确定尺寸开发的产品和设备范畴以及适用的尺寸标准和流程。同时,尺寸规划阶段还需要吸收总结前期项目开发的经验教训,形成缺陷规避清单,逐步推动尺寸工程的进步。目前,尺寸规划仅在部分先进汽车企业使用,很多公司并不重视,这导致尺寸活动开展低效杂乱,没有体现出尺寸工程体系的优势。1.2 尺寸设计尺寸设计主要包括:尺寸技术要求(DTS)定义、定位设计、公差分配、测点设计和尺寸图纸发布等 5 项活动。它是产品设计的重点工作之一,有以下几点特别需要注意:(1)整车 DTS 来源于感知质量和对标分析;零部件DTS 来源于公差分配和制造能力限制。(2)尺寸设计的重点是公差分配和校核,这需要建立整车/总成的一维和三维尺寸链,以及整理出单件/总成的基础公差表。(3)定位设计包括产品 RPS(基准点),同时需要确认焊装 MCP(夹持点)和总装拧紧点。(4)产品所有的特性都由具体的测点体现,但有一些公司不重视测点图制作,设计人员在图纸上只做定性要求,具体的测量点位由测量操作员完成,结果遗漏很多重要特性或未满足客户要求,导致项目进度和质量被耽搁。(5)尺寸设计是伴随着产品开发不断反复且动态调整的,如图 2 所示。图 2 尺寸设计进度示意1.3 尺寸 SE尺寸 SE 采用同步工程的理论方法,在造型、结构设计和工艺设计时,并行完成尺寸可行性分析,是尺寸工程加快产品和工艺开发进度的方式。目标是将 80%尺寸缺陷的根源消除在产品和工艺设计阶段,降低后期质量成本和制造浪费。造型的尺寸 SE 主要是审查 A 面与 DTS 的数据符合性、功能可行性、公差可行性和美学感知的评审2。特2023.06 Automobile Parts086动态与综述Trend&Summary别需要注意推动造型配合尺寸的视觉弱化。结构设计的尺寸 SE 主要工作包括:(1)审查零件形状和数量的尺寸合理性,零件形状要易于设置基准要素,零件数量少,确保尺寸链最短;(2)使用断面检查方式,对尺寸敏感度高的产品数据区域检查干涉或间隙,必要时采用偏置公差避免干涉及控制质量3;(3)参加产品动态校核 DMU,避免由于公差设置可能导致的零件干涉风险;(4)尺寸 SE 还需要获取装配变形的预设值,比如门的下垂量、密封条的顶起量等,以便后期设计验证使用;(5)产品性能尺寸分析,如四轮定位、异响、密封性、运动性能等,这些缺陷的主要原因基本上都是尺寸偏差引起,需要在设计阶段尽可能解决。工艺尺寸同步分析:尺寸 SE 人员需要随着工艺开发进度,对制造工艺过程和制造工艺方案,使用尺寸链方法进行深度分析,主要是为了确认工艺的尺寸稳定性。需要重点指导焊接和装配的层次及顺序设计,分析夹具、装具和输送线的定位夹紧方式,以保证最小装配变形。同时,确定连接方式导致的热变形或应力变形,推动工艺部门整改或固化。对于单件,尺寸 SE 人员需要参加模具工艺方案审核,提出建设性意见,以满足产品的特殊性要求。现代车身使用塑料件越来越多,尺寸 SE 人员应该参加塑料模具的方案审核。涂装的固定治具是影响烘烤热变形的要因之一,分析其定位夹紧方式也是尺寸 SE 的工作。除此之外,尺寸 SE 人员需要深入参加制造工装的设计审核,确认工装结构的尺寸稳定性。尺寸 SE 是很多企业应用尺寸工程的一个短板,需要注意以下 3 点:(1)产品开发计划要细化和精准,以便尺寸 SE 有时间开展;(2)要建立尺寸 SE 技术标准和知识库,确保 SE 的效率和质量;(3)尺寸匹配人员需要提前至产品设计阶段就要开始工作。1.4 尺寸匹配尺寸匹配是尺寸工程的核心业务,只要是新产品开发就一定会有此项工作,其存在的原因主要有:一是产品设计不能 100%正确,二是产品制造不能 100%合格。目前,尺寸匹配的研究前沿是虚拟匹配,但是由于数字仿真技术还无法还原完整的制造过程,虚拟匹配的结果只是参考,需要实物匹配最终确定。工程样车阶段的匹配活动,又称为尺寸验证。一是对定位和夹紧的尺寸设计进行实物验证,如基准稳定性、夹紧点的重复性、打点顺序、拧紧顺序等;二是对产品过程设计值的实物验证,如下垂量、顶起量等。工艺样车和投产阶段的匹配主要包括白车身匹配和整车匹配,前者是尺寸技术重点和难点,后者是尺寸项目管理的核心。匹配的技术逻辑是零件尺寸合格率认可和制造过程稳定性达成。综合各个汽车先进企业的标准流程,较优的白车身匹配思路如下:在零件达到一定合格率后,使用 PCF 匹配支架检查零件或总成之间的干涉和间隙,消除干涉后做成螺钉车,作为夹具焊车的尺寸样板;同时,尺寸匹配工程师要按照技术标准和资料,检查整改焊接装夹具,核实焊点和装配次序,确保焊装过程稳定性;然后在生产线试制测量。整车匹配思路为:在零件达到一定合格率后,使用CUBING 匹配检查间隙和面差,作为零件整改基础。然后按照质量方法,分析造车缺陷,确定整改方向,逐步验证解决。尺寸匹配的活动时间长、技术难度大、管理复杂,主要由一系列工作流组成。针对尺寸匹配活动给出了一些建议:(1)要重视测量数据的准确性、有效性,这是分析的基础,要尽可能参加测量活动。一个零件使用检具、匹配样架和焊接夹具测量的数据,一定要分析清楚之间的相关性,这是决定整改的依据。(2)要重点关注装夹具的尺寸验收,详细指导装夹具调试调整,参加装夹具结构设计以及焊装和总装生产线布置,确保制造过程的尺寸稳定性。要根据前期技术,有针对性地参加模、治具开发。分析模具工艺排布以及制造精度,根据冲压件精度,有计划地指导模具修正。还要参与涂装治具的设计制造,以便确认热变形影响。1.5 持续改善量产阶段的尺寸业务称为持续改善,它是在尺寸工程体系下承上启下的一个重要环节,但是在以前的尺寸工程定义中,要么是忽略了这项业务,要么仅仅只是把它当成量产质量管理的一环。现代尺寸工程的持续改善具体活动应包括:尺寸缺陷分析及处理、尺寸指标维护、监控计划更新、经验教训总结及反馈等 4 项活动。尺寸缺陷分析及处理重点是需要采用项目管理方法,尺寸工程师牵头协调各个单位,快速完成缺陷分析,减少对生产的影响。这需要首先甄别尺寸缺陷真伪;其次查找问题根本原因并提出长期解决方案,包括零部件尺寸修正和设计变更,焊接、装配工艺及工装调整;最后决策尺寸指标修正和放行等实际问题。Automobile Parts 2023.06087尺寸指标维护是尺寸工程延伸到量产的标志性活动,一些先进企业认为应遵循的工作路线是调研、分析、预警、诊断4。尺寸人员要深入生产过程,积极主动的调研生产状况,这是量产尺寸工作的基础;然后高效地测量数据分析、及时准确的预警和诊断是尺寸制造质量控制过程的最终步骤,又是确保最终配合尺寸偏差最小化的重要前提。除此之外,需要借鉴设备管理的“预防性保养”,形成尺寸指标的“预防性维护”,确保过程尺寸稳定性,采用体系化的活动降低尺寸缺陷的风险。其主要工作内容包括:监控模、夹、装具的磨损,定期标定制造工装并及时通知维修调整工装;当单件和外购产品批次变化,应该提前采用快速线下匹配检查方法,确认产品状态,以便生产时满足整车外观要求;现在很多先进公司都采用机器人生产,这对生产线体的尺寸稳定性提出了高要求,因此需要监控工位之间、工位内夹具和机器人之间的尺寸变化;尺寸团队应该定期组织线上实物匹配,检查产品和制造工艺的尺寸匹配状况。监控计划更新是量产尺寸降本的主要方法之一,内容主要包括当量产质量稳定后,尺寸人员需要更新监控计划,降低监控频次,更新和减少测点等。经验教训总结及反馈是帮助各个尺寸项目持续成功的基础。这时,尺寸人员做好数据和问题分析的汇集,更新制造需求并反馈到设计部门,促进新项目能更成功地开展,这样就形成了尺寸工程体系闭环,尺寸知识库螺旋式上升。1.6 尺寸测量在尺寸工程的 6 块业务中,尺寸测量是最基本的工作,又可以称为尺寸工艺。根据开发进度和工作类型,测量分为 5 项活动:测量计划编制、测量设备规划、测量程序开发、测量管理、测量数据收集和处理。尺寸测量计划是针对各类产品制定的指导测量工作的详细管理文件,包括两份主要文件;测量控制计划,包括测量阶段、测量特性、测量方式、样本量、测量频次、测量周期等;测量进度计划,包括测量时间、地点、操作员和交样方式方法,以及测量实施需要的输入文件提供日期和部门等。尺寸测量设备规划是对汽车开发过程中各层级的测量对象规定适合的测量工具和设备,以便能快速准确对检测对象进行测量和评估。规划原则:(1)要 100%满足被测产品特性和功能;(2)测量设备的可靠性、稳定性和精度满足要求;(3)测量设备的能力需要满足生产节拍;(4)测量系统成本适当;(5)需要考虑测量技术的先进性。测量程序包括两份文件:针对三坐标、自动蓝光拍照系统、激光在线检测系统等自动测量系统,编辑的数字化操作文件,可专称为测量程序;人工使用检具以及相应量具测量产品的文本文件,一般称为测量报告。测量管理首先必须建立好工作流程:做好测量日程表以及临时测量通知单,并规定待测零件的交接规范;一定要做好测量机或检具的保养和记录,以及测量间的温控管理等流程。其次,要做好人的管理:建立标准操作手册,规范测量操作,特别是首次打点时;在测量新产品时,由于尺寸不稳定,有些测点可能会干涉或变化,在需要人为干预时的审查报告流程。测量数据收集和预处理是尺寸分析的基础,有如下要求:数据收集和存储功能、数据分类和统计分析功能、多人在线共享查询功能、报告发布功能。如此多的数据,必须通过处理才能方便使用。数据处理是把原始数据转化成使用者要求信息的过程,包括上传、转换、储存及分析等步骤,由计算机软硬件实现,属于专门领域,这里不详细展开。不管系统如何,面向最终用户的数据信息要求简单、方便与快捷。先进企业的尺寸测量数据系统已经逐步向尺寸大数据平台进化,在进一步融合质量信息系统、市场信息系统及产品信息系统,就形成了整个尺寸大数据平台。同时,大数据要求的处理对 IT 技术提出更高的要求,促进了数据处理技术的发展。大数据系统的未来将使“数据随时可用”成为现实5,发挥数据设计预防、过程监控及问题分析的作用。2 结束语本文详细阐述了尺寸工程体系的 6 个业务模块,特别是将尺寸测量和量产维护整合进产品生命过程的尺寸业务中,这将大大促进新项目尺寸开发效率,极大地提升汽车公司多项目尺寸技术迭代速度,科学实现降本增效的目的。参考文献:1 汪玮.尺寸工程体系思维探讨C/2017 年(第三届)中国航空科学技术大会论文集(下册).北京:中国航空学会,2017:6-11.2 王珂,傅杰,刘洋.基于用户感知的汽车尺寸工程评审方法J.汽车科技,2018(1):14-19.WANG K,FU J,LIU Y.Evaluation method of automobile dimension engineering base on customer perceived qualityJ.Auto sci-tech,2018(1):14-19.3 杜坤.基于整车开发的尺寸工程技术研究J.汽车制造业,2021(8):13-15.DU K.Research on dimension engineering technology based on ve-hicle developmentJ.Automobil industrie,2021(8):13-15.4 冯维廉.白车身尺寸质量分析预警系统的建立与应用D.上海:上海交通大学,2007.5 田克平,胡敏,杨玉芳.汽车尺寸大数据平台构建J.汽车工程师,2016(9):11-14.TIAN K P,HU M,YANG Y F.Big data system for vehicle dimen-sion managementJ.Auto engineer,2016(9):11-14.Summary of Automotive Dimensional Engineering System汽车尺寸工程体系概述