长安汽车尺寸工程设计及控制---周智汉

重庆长安汽车股份有限公司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周智汉(15923319897)长安汽车工程研究院车身技术研究所尺寸工程室重庆长安汽车股份有限公司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: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。一、长安尺寸工程团队简介重庆长安汽车股份有限公司二、长安尺寸工程流程介绍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。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。重庆长安汽车股份有限公司二、长安尺寸工程流程介绍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。重庆长安汽车股份有限公司二、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。重庆长安汽车股份有限公司二、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重庆长安汽车股份有限公司二、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一刀切白车身精度要求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……供货状态零部件尺寸公差要求冲压件尺寸公差要求工装制造能力、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重庆长安汽车股份有限公司三、汽车尺寸链计算及公差仿真分析公差分析的意义:-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。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。重庆长安汽车股份有限公司三、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：VISVSA(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、重力变形重庆长安汽车股份有限公司三、汽车尺寸链计算及公差仿真分析2222224.14.14.14.14.14.1=3.43=±1.722222224.15.05.05.05.04.12.22=±1.1122224.15.05.04.1=2.10=±1.05公差目标：方案一：方案二：方案三：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一维、二维尺寸链计算实例：重庆长安汽车股份有限公司三、汽车尺寸链计算及公差仿真分析一维、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给事先确定好的各个环节设定一个经验上的公差选择一个适合尺寸链类型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）背门尾灯计算背门和尾灯的间隙尾灯定位安装尾灯安装支架背门定位安装顶盖横梁安装孔背门扣合轮廓尾灯轮廓.......xA222zCyBA+B+C+…重庆长安汽车股份有限公司三、汽车尺寸链计算及公差仿真分析三维公差仿真分析实例：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（公差大小需要公差仿真）重庆长安汽车股份有限公司三、汽车尺寸链计算及公差仿真分析三维公差仿真分析实例：初步设计定位系统及公差初步确定车门装配工艺方案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重庆长安汽车股份有限公司三、汽车尺寸链计算及公差仿真分析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）的公差建模重庆长安汽车股份有限公司三、汽车尺寸链计算及公差仿真分析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DataPreparation定义零件到工装的MoveCreatingPart-to-FixtureMove定义工装定位块和定位销的ToleranceCreatingFixturePad/PinTolerance定义MeasurementCreatingMeasurement定义焊装（装配）过程的MoveCreatingWeldMove定义焊点位置零件的ToleranceCreatingPartToleranceatWeldPointPosition分析Analysis编制报告ReportingCAD数据CADdata工艺流程图FlowChartRPS表RPSForms尺寸公差目标MajorTechnicalSpecifications产品质量基准GD&TDrawing重庆长安汽车股份有限公司三、汽车尺寸链计算及公差仿真分析三维公差仿真分析实例：公差仿真结果分析、优化断面间隙公差高差公差SEC01±1.90±1.74SEC02±1.48±1.50SEC03±1.37±1.54SEC04±1.69±1.75SEC05±2.01±1.94SEC06±1.67±1.62SEC07±1.35±1.45SEC08±1.31±1.44SEC09±1.40±1.43SEC10±1.74±1.53备注前后门上沿平行度±1.86重庆长安汽车股份有限公司三、汽车尺寸链计算及公差仿真分析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、侧围密封面的公差重庆长安汽车股份有限公司三、汽车尺寸链计算及公差仿真分析三维公差仿真分析实例：公差(仿真)分析流程图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……重庆长安汽车股份有限公司四、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。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00.20.40.60.81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合格率在产车型1在产车型2在产车型3在产车型4某车型2某车型1新车型与在产车型同阶段点合格率对比图00.20.40.60.81慢装车第一轮第二轮第三轮第四轮小批量量产生产轮次合格率在产车型１在产车型２在产车型３某车型１某车型２重庆长安汽车股份有限公司产品设计方案一产品设计方案一产品设计方案二产品设计方案三……产品设计方案一基准及公差方案一基准及公差方案二基准及公差方案三……产品设计方案一工艺设计方案一工艺设计方案二工艺设计方案三……产品设计方案一测量方案一测量方案二测量方案三……整车尺寸公差目标尺寸工程设计的系统开展,将帮助我们在满足整车尺寸目标的前提下,正确的开展产品结构设计、基准及公差设计、工艺方案设计及测量方案设计;同时系统掌控整车（白车身）尺寸公差的宏观及微观变化。整车产品设计重庆长安汽车股份有限公司谢谢大家!