长安汽车汽车尺寸工程设计及控制

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三、汽车尺寸链计算及公差 仿真分析
公差分析的原理:
基于三维数模，输入定位和公差信息，根据工艺路线进行虚拟的 焊接、装配，运用蒙特卡罗计算方法，进行一定样本量的虚拟装 配，换句话说就是虚拟一个真实的装配过程。虚拟过程中，发现 公差的累积情况，对影响公差积累的原因进行寻源，并且评估各 个原因在整个公差积累中所占的比重，尺寸工程人员以此为依据 对工艺方案和结构设计提出优化方案。在成本与精度之间找到合 理的平衡，科学指导产品几何尺寸公差的设计。
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汽车尺寸工程设计及控制
尺寸链计算及公差三维仿真分析技术
长安汽车工程研究院 车身技术研究所尺寸工程室
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长安尺寸工程团队简介: 尺寸工程室组建于2008年6月，隶属于长安汽车工程研究院车身技术研究所,,团队的核心为 美籍华人李明总工程师(曾任职于GM公司) 主要工作职责:
供货状态零部件尺寸公差要求 冲压件尺寸公差要求
白车身精度要求
工装制造能力、工装方案 生产工艺流程 焊接变形 所有影响尺寸公差的因素
问题点：如何来评估整车（白车身）的尺寸精度？评估指标有哪些？指标值怎么 确定？如何来保证整车（白车身）的尺寸精度？如何分解到零部件级中去？ 这些都是尺寸工程设计需要并可以解决的问题
三、汽车尺寸链计算及公差 仿真分析
指通过零件的尺寸及零件 之间的相对位置，描述一 条把尺寸两端相联系在一 起的路径
背门
计算背门和尾灯 的间隙
给事先确定好的各个环节 选择一个适合尺寸链类型 设定一个经验上的公差 和各个环节统计工作的计 算方法（四则运算，平方 根，最坏法等）
尾灯
背门扣合轮廓
尾灯轮廓
xA 2 yB 2 zC 2 .......
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三维公差仿真分析实例：
公差(仿真)分析流程图
三、汽车尺寸链计算及公差 仿真分析
常见的公差优化措施： 1、更改定位基准 2、更改初始公差 3、更改产品结构 4、更改工艺流程 5、更改工装方案 ……
公差分析的输出物： 1、正确的产品结构设计 2、正确的定位基准设计 3、正确的公差设计(含特殊公 差) 4、更好的工艺流程 5、更好的工艺方案 6、更加完善的测量方案 ……
注:某车型2是尺寸工程团队参与的第一款整车开发项目,某车型2是 参与的第二款项目
新车型与在产车型同阶段数据合格率对比 1 0.8 合格率 0.6 0.4 0.2 0 慢装车 第一轮 第二轮 第三轮 第四轮 小批量 量产现状 生产轮次 在产车型1 在产车型2 在产车型3 在产车型4 某车型2 某车型1
1 0.8 合格率 0.6 0.4 0.2 0 慢装车 第一轮 第二轮 第三轮 第四轮 小批量 量产 生产轮次 在产车型１ 在产车型２ 在产车型３ 某车型１ 某车型２ 新车型与在产车型同阶段点合格率对比图
三维公差仿真分析实例：
进行公差三维仿真分析建模
数据准备 Data Preparation 定义零件到工装的Move Creating Part-to-Fixture Move CAD 数据 CAD data 工艺流程图 Flow Chart RPS表 RPS Forms 产品质量基准 GD&T Drawing 定义焊装（装配）过 程的Move Creating Weld Move 定义焊点位置零件的Tolerance Creating Part Tolerance at Weld Point Position 定义Measurement Creating Measurement 分析 Analysis 编制报告 Reporting 尺寸公差目标 Major Technical Specifications
公差分析的意义:
-能够在设计阶段判断装配误差，而不是在生产阶段 -能够优化结构设计及工艺设计从而可以大量地节约成本 -能够基于一个真实的虚拟原型识别出关键的尺寸特征 -在成本与精度之间找到合理的平衡点 -可以减少盲目的追求零部件精度来提高车身精度 公差分析可以将公差目标设定、定位系统设计、公差设计、测量点设计、产 品设计、工艺设计等串联起来，并给出合理的解释。
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二、长安尺寸工程流程介绍
尺寸工程的研究内容
——在车型开发项目中
明确整车(白车身)的尺寸公差目标 工程化阶段系统的尺寸工程设计
----整车、白车身及零部件定位系统设计（RPS) ----整车、白车身及零部件公差设计(GD&T)
整车、白车身及零部件级虚拟制造(公差分析) 整车、白车身及零部件测量计划设计(GD&M) 试生产及量产阶段全过程尺寸管理
二、长安尺寸工程流程介绍
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尺寸工程的重要性
汽车制造是一个系统集成工程，包含 14000~16000个零部件，超过800个供应商。 “为什么我们的车子,前后大灯装配老是 有缺陷。” …… 国外的汽车研发经验表明:“这个问题需 要开展系统的尺寸工程,才能根本解决”。 •尺寸工程需贯穿在项目开发中,尺寸工 程是整个汽车制造体系需要面对和解 决好的问题。 •尺寸工程是一个体系的系统工程,良好 的尺寸工程是一个慢慢积淀的过程。 •尺寸控制(工程)好坏，是一个汽车公 司综合实力的体现之一。
二、长安尺寸工程流程介绍
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二、长安尺寸工程流程介绍
尺寸工程≠同步工程(SE)
汽车尺寸工程贯穿于汽车开发的各个阶段：模型阶段、工程化设计阶段、投产 启动阶段以及量产过程中。 汽车尺寸工程包含两个方面：尺寸公差设计及尺寸公差控制 尺寸公差设计：返回到原始的工程化设计手段，借助于最新的公差分析手段,系 统开展整车、白车身、零部件级的定位系统及公差设计、测量点设计，并优化 产品结构及工艺设计，在保证实现整车尺寸公差目标的前提下，降低制造成本， 并缩短产品研发周期。 尺寸公差控制：模具、夹具、检具的方案控制，测量方案控制，尺寸一致性控 制，生产过程中的持续性尺寸评价。
背门定位安装
尾灯定位安装
A+B+C+…
顶盖横梁安装孔
尾灯安装支架
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三维公差仿真分析实例：
三、汽车尺寸链计算及公差 仿真分析
中门区域主要存在两 个问题: 1、间隙、高差 2、中门滑动困难 3、门框漏水
应对措施：1、明确中门跟周边配合区域的间隙高差公差要求（能否达到需要 公差仿真） 2、上中下滑槽的焊接（装配）精度，车门铰链的装配精度（需要 公差仿真） 3、合理的密封面间隙公差（公差大小需要公股份有限公司
尺寸工程定义
尺寸工程是一个系统的、新兴的工程领域，任何工程制造领域都离不开尺寸工 程。 汽车尺寸工程是一个覆盖产品设计、工装设计、零部件制造和装配全过程的概 念，方案阶段：研究整车尺寸配合公差，并根据工艺、制造能力制定目标公差； 设计阶段：建立整车、零部件定位体系、形位公差定义及公差三维模拟仿真分 析（虚拟制造），制定定位系统、尺寸公差科学完善的工程图纸，并根据工程 图纸进一步延伸管控模具设计、夹具设计、检具设计和测量方案等。投产启动 阶段：评估零部件尺寸、工装状态、过程控制能力，并解决试生产、量产车型 综合尺寸问题。
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一维、二维尺寸链计算实例：
公差目标：
三、汽车尺寸链计算及公差 仿真分析
通过对尺寸链的计算，我们可以 在工程化阶段预知公差目标能否 实现，并保证产品设计、工艺设 计合理性，同时也避免了盲目降 低零部件的公差
方案一：
1 .4 2 1 .4 2 1 .4 2 1 . 4 2 1 . 4 2 1 . 4 2
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三维公差仿真分析实例：
初步设计定位系统及公差
三、汽车尺寸链计算及公差 仿真分析
初步确定车门装配工艺方案 中滑门通过上中下铰链 及限位器、门锁销共同 定位，并且中滑门可以 人工调整
前门通过装配夹 具进行定位安装， 以车门内板及侧 围上的孔面作为 基准
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四、长安汽车尺寸工程发展 现状
长安已经初步建立完整的整车厂级的尺寸工程开发流程，尺寸工程设计已 成为产品开发项目全过程中不可缺少的工程化环节，并且尺寸工程控制理念已 经深入到工厂、供应商、产品设计人员、工艺设计人员、质量工程师等各个环 节。 目前拥有18名专职尺寸工程师，拥有1维及3维公差分析软件各5套。
三、汽车尺寸链计算及公差 仿真分析
公差仿真结果分析、优化
SEC01 SEC02 SEC03 SEC04 SEC05 SEC06 SEC07 SEC08 SEC09 SEC10
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三维公差仿真分析实例：
影响中门间隙高差的 主要原因有： 1、上中下滑槽的轮 廓公差的控制 2、中滑门的扣合精 度 3、上中下铰链的装 配精度
1.负责项目尺寸工程同步图及网络计划的编制并组织实施; 2.负责组织制定项目整车尺寸公差目标（DTS）的制定； 3.负责组织完成本项目整车、白车身及零部件级定位基准及公差设计； 4.负责组织完成本项目整车、白车身及零部件级GD&T图纸，测点图纸(GD&M),功能尺寸图纸； 5.负责组织完成尺寸工程所有输入,过程数据、输出物的存档、发放及管理； 6.负责组织完成本项目整车公差分析，优化工程化阶段产品及工艺设计，减少潜在的尺寸公差缺陷； 7.负责组织完成本项目夹具、模具及检具的GD&T(GD&M)符合性会签与检查； 8.负责组织牵头完成本项目试生产阶段综合性尺寸公差问题的分析、分解及整改措施制定，整改效果 验证工作； 9.负责组织完成本项目各轮试生产尺寸精度统计分析及评估，及投产签署前的整车尺寸公差的评估认 可。
三、汽车尺寸链计算及公差 仿真分析
影响中门滑动困难的主要原因有： 1、上中下滑槽的轮廓公差的控 制 2、上中下滑漕的相对轮廓公差 （平行度）的控制 3、上中下铰链的装配精度
影响中滑门密封间隙主要 原因有： 1、上中下滑槽的轮廓公 差的控制 2、中滑门密封面的公差 3、上中下铰链的装配精 度4、侧围密封面的公差
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三、汽车尺寸链计算及公差 仿真分析
公差计算、仿真常见的方法和工具有： 一维、二维公差计算：自制的计算表格，1DCS(美国3DCS公司） 三维公差仿真分析：VIS VSA(UGS软件模块，西门子公司） 3DCS公司(美国3DCS公司） 两种软件都可以实现有限元建模，可以加载焊接变形和夹 具夹持变形、重力变形
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二、长安尺寸工程流程介绍
几个误区
误区1：白车身精度提升的重点是提高零部件精度 误区2：白车身的CMM测量点公差按±1.5mm一刀切
保证内外观间隙面差一致性 保证总装件可装配性 保证总装性能件装配一致性 保证密封、运动等功能性要求 ……
整车、白车身、零部件 的尺寸公差设计需要有 的放矢，并要求都处在 系统掌控中
三维公差仿真分析实例：
计算中滑门上中下滑轨的轮廓公差
三、汽车尺寸链计算及公差 仿真分析
方式二：采用公差三维仿真；准确率可以达到90% 以上，效率慢，花费时间长，并且需要完成白车 身级（从冲压单件-分总成-总成）的公差建模
方式一：采用一维尺寸 链计算；准确率可以达 到80%以上，效率高， 花费时间短
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方案二：
=3.43=±1.72
方案三：
1.42 0.52 0.52 0.52 0.52 1.4 2 2.22=±1.11
1.4 2 0.5 2 0.5 2 1.4 2 =2.10=±1.05
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一维、二维尺寸链计算实例：
确定尺寸链的链环 预设各环节的公差 选定计算方法
三、汽车尺寸链计算及公差 仿真分析
定义工装定位块和定位销的Tolerance Creating Fixture Pad/Pin Tolerance
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三维公差仿真分析实例：
断面 间隙公差 ±1.90 ±1.48 ±1.37 ±1.69 ±2.01 ±1.67 ±1.35 ±1.31 ±1.40 ±1.74 高差公差 ±1.74 ±1.50 ±1.54 ±1.75 ±1.94 ±1.62 ±1.45 ±1.44 ±1.43 ±1.53 备注 前后门上沿平行 度 ±1.86