尺寸工程概述(讲解)

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1、尺寸工程概述,规划院工艺技术部：吴冠群,2009年7月,目 录 一、尺寸工程概述 二、尺寸工程工作流程 三、减小累积公差的方法 四、奇瑞公司尺寸工程的现状 五、尺寸仿真软件VisVSA工作原理和应用情况介绍,一：尺寸工程概述,1、什么是尺寸工程？ 尺寸工程是完善设计和装配制造阶段的工程化过程。 尺寸工程是通过控制制造偏差和优化设计来提高产品尺寸质量和减低产品生产成本的一种手段。 从产品研发早期介入一直到量产，通过执行一套完整、系统、严谨、科学、操作性强的工作流程，达到降低研发成本，缩短开发周期，完成产品设定目标，提高产品竞争力的目的。 尺寸工程确保产品的：a、功能（舒适性、安全性、密封性）；b

2、、装配；c、外观设计要求。 尺寸工程应该贯穿整个产品开发周期，尤其是产品设计前期的工作尤为重要。 尺寸工程是通过产品设计前期的尺寸工作介入，来解决、规避、或者最大限度的减小产品功能、装配、外观的问题，并通过工业化过程中的数据分析、总结来修正前期分析，并建立数据库，供下一车型适用。,产品设计,尺寸工程,结构分析,工艺/生产,质量控制,尺寸工程是连接产品设计和工艺生产、质量控制之间的纽带； 尺寸工程将产品的定义要求（如DTS、功能尺寸）分解到分总成、单件上，制定出统一的工程语言GD&T、测量点计划，为工艺生产、质量控制提供依据； 利用尺寸分析工具（如计算机仿真、统计学知识），在产品设计的前期进行分

3、析，从而使设计的产品具有更加简便和可靠的加工性能。,同步工程,2、什么是偏差？,实际制造出的尺寸（形状）与名义尺寸（形状）的差异 尺寸偏差 形状偏差,3、尺寸偏差的传递和累积,4、尺寸公差累积的计算方法：两种方式，三种方法 a、二维手工计算法 基于制造工艺一致性和稳定性比较好的前提下常用的一种方法。 它的有效性经过了数理统计的理论分析和生产实践的验证。通常，有极限法和均方根法两种分析方式。,4、尺寸公差累积的计算方法：两种方式，三种方法 极限叠加法 T=T1+T2+T3+Tn 优点：可以完全互换；计算简单。 缺点：不能考虑数据的分布情况，当组成环环数较多时，用这种方法就不合适，因这时各组成环公

4、差将很小，加工很不经济，所以极值公差一般用于3环以下的尺寸链；对非线性的装配计算结果不够精确。,4、尺寸公差累积的计算方法：两种方式，三种方法 均方根法：有效性经过了数理统计的理论分析和生产实践的验证。统计公差是根据概率论的基本原理对尺寸链进行计算的方法，计算用的数学公式，是在概率论基本原理的基础上推导出来的。,优点：计算简单；考虑了数据分布的情况。 缺点：对非线性的装配计算结果不够精确；不能考虑中间值的偏移。,4、尺寸公差累积的计算方法：两种方式，三种方法 均方根法：,4、尺寸公差累积的计算方法：两种方式，三种方法 b、计算机仿真 （蒙特卡罗法 Monte-Carlo）,4、尺寸公差累积的计

5、算方法：两种方式，三种方法 b、计算机仿真 （蒙特卡罗法 Monte-Carlo）,5、什么是尺寸链？ 在车身焊接和附件装配（机器装配或零件加工过程）中，由相互连接的尺寸形成封闭的尺寸组。 环：列入尺寸链的每一个尺寸。 在机加工中，尺寸链是即可计算公差，又可以计算尺寸，但在我们汽车行业，我个人认为尺寸链仅仅只可以做为计算公差的工具。,二：尺寸工程工作流程,二：尺寸工程工作流程 可以将尺寸工程分为以下几个步骤： 1、DTS验证 造型阶段进行初步的分配计算，画出尺寸链（使用均方根法手工分析），并结合经验，验证DTS的合理性，确保造型的尺寸性满足工艺要求。 如：A13车型的DTS定义,前期DTS定义

6、的0.5mm的低进量够不够？ 工艺能否实现？或者说工艺实现需要哪些条件？ 我们可以根据Benchmark的值作为参考，也可以根据以前车的工艺能力作为参考，但是，我们有没有一种方法可以科学的、简单的分析值定义的是否合理？或者说我们的工艺能不能实现定义值，需要分总成、单件达到什么公差才可以实现？,通过计算平度公差并和理论值比较，当公差比理论值小时，则理论值可行；当公差比理论值大时，则说明不可行，需要改变定位、安装、单件公差下，或者直接改变DTS的定义。,尺寸链：,将尺寸链上的公差带入RSS计算表格,计算结果为0.750.92，即-0.17+1.67，不能够满足0.50.5的要求，故定义不可行。需要

7、更改DTS，或者更改定位、安装、单件公差。 现在A13玻璃经常超出后背门，更改需要花大量的费用和人力，如果前期尺寸工程开展，诸如此类的问题完全可以避免。,2、初版RPS的建立：根据经验制作初版RPS,3、三维仿真、尺寸链计算并优化结果： a、数模干涉检查 b、装配性检查 c、外观性检查（DTS） d、功能性检查（四门两盖密封等）,a、数模干涉检查 对车身进行尺寸分析，避免后期出现干涉等问题； 设计中看似不干涉的问题，其实在生产中，有些会产生干涉。 事例：以A13前大灯和前大灯安装支架举例,在设计看来，这个地方的设计没有任何问题，有0.6mm的间隙。 但是在实际生产中，这个地方会产生干涉的可能性

8、相当的大。,其实，在前期引入尺寸工程，便可以解决这个问题。,我们只要在设计阶段计算出L0的公差，再拿过来和0.618比较，就可以避免这个问题的发生。,L0,b、装配性检查 问题：,事例：以A13的水箱横梁安装举例 设计的车身上的安装螺栓是M10的螺栓，水箱横梁上的安装孔是12.5，有单边1.25mm的间隙。,设计完成的时候，我们想知道：水箱横梁安装是否会出现安装不上的问题？如果干涉，将通过改进什么来消除？怎么办？,b、装配性检查 对车身所有的安装孔进行尺寸分析，避免后期出现安装干涉或者安装不便的问题；,通过尺寸链计算，得出公差并和1.25mm的调整量比较。要加大孔径、或者改变设计结构、焊装顺序

9、等。,A13在实际装车中，这个部位多数是装配不上的，实际上，就是孔径过小导致的安装干涉，如果在前期可以完整的开展尺寸工程，此类问题大部分是可以避免的。,比1.25mm小，则OK,比1.25mm大，则要加大孔径、或者改变设计结构、焊装顺序等来解决此问题,4、根据尺寸链分析结果，编制GD&T： a、车身骨架总成GD&T b、车身重要分总成GD&T（如门总成、侧围总成、门内板总成等） c、冲压件GD&T d、内外饰件GD&T（只做到采购总成） e、电器件GD&T （只做到采购总成） f、底盘件GD&T （只做到采购总成）,GD&T是统一的工程语言。,GD&T图纸包括以下内容： 定义了基准（孔、型面）

10、 所有要素（孔、面、边、角度）的尺寸、公差要求 图纸作用： 作为统一的工程语言，在主机厂各部门之间，主机厂与供应商之间准确、清楚、全面、有效的传递产品的技术要求和信息，明确了零部件需要达到的尺寸要求，统一了定位系统，同时提供了检测和验收的依据。,5、根据GD&T制定测量计划： a、骨架、分总成、单件测量点要求 b、内外饰、电器、底盘件测量点要求 c、检具、三座标等测量方案 d、编制外观内饰间隙、三座标骨架分总成、冲压件等检查表,6、测量数据分析、统计与调试生产支持，并建立数据库： a、对测量数据进行分析，得出6、cp、cpk值，并和前期分析结果进行比较，更新数据库 b、将统计结果输入VSA软件

11、，进行分析，并修改前期编制的文件 c、对现场出现的尺寸问题进行跟踪、调查、解决 Cp公差带/ 6 （过程能力指数） Cpkmin （USL-）/3， （- LSL）/ 3（有偏移的过程能力指数） Cp和cpk越大越好 一般的，cp（cpk） 1.33（绿色） 1.33 cp（cpk） 1.0（黄色） 1.0 cp（cpk）（红色） 899.99 699.73 495.44 268.26,二：尺寸工程工作流程,1、缩短尺寸链 改变车身结构，变重要方向的对接为滑动搭接，最大限度的消除单件公差的累积； 调整焊装顺序，重要部件尽量最后焊接，缩短尺寸公差的累积； 改变定位点形式，在需要控制的部位设置定位

12、点，缩短尺寸链； 变更安装形式，消除安装形式不良带来的误差。 2、减小尺寸链中每环的公差 提高冲压件的精度； 提高夹具的精度； 提高附件的精度。,三：减小累积公差的方法,1、缩短尺寸链,对接,滑动搭接,改变焊接顺序,改变夹具定位,2、减小尺寸链中每环的公差,0.5,0.5,0.5,1.5,0.3,0.3,0.3,0.9,大多数产品、工艺、质量工程师对缺乏对尺寸工程的正确认识； 在设计阶段没有得到足够的重视，主要还是依靠后期的调试和整改； 在企业内部虽然有尺寸分析科担任尺寸工程工作，但是在流程、体制上还没有明确尺寸工程的作用、地位，没有形成系统管理模式，缺乏和产品开发周期相对应的流程，没有真正起

13、到设计和工艺沟通的桥梁作用； 没有将供应商纳入主机厂的尺寸管理体系中来，特别缺乏对内外饰、电器、底盘件的尺寸控制； 缺乏经验，缺乏人才； 虽然有先进的计算机辅助软件，但是缺乏熟练运用的人才; 在数据统计分析方面没有应用cp、cpk、sigma，而是运用合格率的手段，导致统计手段不科学。,四：奇瑞公司尺寸工程现状,五、尺寸仿真软件VisVSA工作原理和应用情况介绍,1、VisVSA软件的工作原理及输入输出条件 VisVSA是目前常用的三维尺寸仿真分析软件之一，它通过引入数据模型，输入单件特性、装配顺序及定位系统，模拟装配多台车身模型（一般模拟5000台车），得出3及Cp的值，评估设计是否能满足尺

14、寸规格要求，从而对车身工艺制造能力进行评价。 输入条件： 3D数模设计数据基本上类型为CATIA，需要转化为jt格式 装配流程图根据工序图卡，模拟真实装配顺序及操作 GD&T组成车身的冲压件制造公差及夹具等的制造公差、并给定基准 测量点可自行定义评价点，用于后期的测量操作,输出信息 仿真结果可以显示我们需要的3 ，Cp（过程能力指数）、Cpk（有偏移的过程能力指数），数据稳定状态图等； 爆炸图即装配流程图动画显示车身装配流程； 贡献因子报告也叫高中低报告，显示影响结果的权重分配；可根据偏差权重分析组成公差的影响因素，通过调整组成公差值来对车身偏差进行控制,2、实例验证,以B12车型侧围总成为例

15、，介绍VSA的工作原理 此例是验证在侧围分总成中，铰链安装孔到侧围定位孔X向偏差是否在1.0之内。,上面图表是2D尺寸链的具体表现形式： L0为所求项即封闭环； L1为铰链安装孔到A柱加强板总成定位孔公差0.5 ； L2为A柱加强板总成定位孔到侧围加强板总成定位孔公差0.5 ； L3为侧围加强板定位孔到侧围总成定位孔公差0.5 左侧图表为尺寸链的计算： 上面显示尺寸链各组成环的详细信息，从图中可以得出 3= 0.87,VSA软件中各尺寸链主要组成环的公差列表：,输入信息,装配界面为整个侧围总成的特性，可显示夹具信息，装配操作，数据信息，数据特性（GD&T） 模型界面可将特性可视化，图中可以看出侧围外板的定位系统，定位特性（包括板件和夹具公差及矢量方向）,公差库中包含所有特性的公差，如销、孔、面、点等 工序图卡为车身装配流程图，上图显示前门铰链安装孔在侧围总成上的焊接流程,工序图卡,公差库,输出信息,通过仿真结果可以得到如下结果： 尺寸规格：X = 9.53 1.0 ； 计算值： 3= 0.7； Cp = 1.43； 离散数据图。,左侧的图表显示仿真数据分布的详细信息： 除了包含上述信息外，还包括超差率,过程仿真结果数据显示,贡献因子界面,造成偏差出现的各组成要素，从中可以看出： 侧围外板总成Z向定位，夹具基准面公差占19.52%； 侧围外板总成主定位孔