汽车车身尺寸工程是产品开发过程中的关键技术之一，该项技术对于主机厂车身开发质量和制造质量能力的提升起到了重要的推进作用。本文重点介绍了车身尺寸工程开展的流程及产品设计阶段的核心工作内容，包括DTS定义、定位策略制定、公差设定优化、尺寸链验算、测量计划及测量文件制定等。
 

面对瞬息万变的市场，提高汽车质量和缩短开发周期成为汽车生产企业赢得市场竞争的关键。车身是整车的重要组成部分，车身的尺寸精度是影响整车品质和性能的重要因素。车身尺寸工程是产品开发过程中的关键技术之一，该项技术对于整车厂车身开发质量和制造质量的提升起到了重要的推进作用。尺寸工程在欧美等发达国家已经是一项较为成熟的技术，目前国内整车厂也已经广泛开展这项技术的研究工作。尺寸工程工作贯穿造型开发、产品设计和工业化阶段整个车身开发过程，通过DTS定义、定位系统规划和公差设定优化等手段提升车身尺寸精度，最大化地满足客户需求并缩短产品开发周期。

车身尺寸工程定义及工作流程
1.尺寸工程定义
汽车尺寸工程是一个覆盖产品设计、工艺设计、零部件制造和装配全过程的概念，简单说来，尺寸工程是根据厂家和供应商零部件的加工和装配能力，确定与尺寸相关的稳健的设计和装配方案的过程，其目标是为了保证最终制造完成的产品在外观质量和关键功能部位的尺寸质量满足客户要求。
2.车身尺寸工程作用与意义
车身尺寸工程对于整车品质保证有着很重要的意义。这项工作的好坏直接影响到消费者对产品的感官评价。尺寸工程开展的系统性及完整性将关系到产品的可实现性以及后期的品质培育工作的难易程度，直接影响到车型开发的周期及投资成本等。其主要作用体现在以下三个方面：
（1）提升产品质量，减少前期设计中的缺陷，使开发全过程方案更改次数减少40%以上，保证工业化调试、生产可以顺利进行；
（2）缩短产品开发周期，由传统的48个月缩短到36个月左右；
（3）降低产品开发费用，使制造成本（主要是工装开发及生产成本）降低20%～30%。
3.尺寸工程工作流程
车身尺寸工程贯穿于车身开发的各个阶段，比如造型开发阶段、产品结构设计阶段、试制阶段及量产阶段。车身尺寸工程包括尺寸公差设计和尺寸公差控制两个方面。尺寸公差设计包括造型开发阶段的DTS定义，产品结构设计阶段的零件定位规划及公差设定与分析优化；尺寸公差控制阶段包括测点及测量计划制定、试制阶段的车身精度调试以及量产后的车身尺寸监控分析。车身尺寸工程工作流程如图1所示。

图1 车身尺寸工程工作流程

产品设计阶段尺寸工程核心工作内容
整车的质量按照不同的表现形式被划分为8类功能（见图2）。尺寸工程主要对整车的功能目标进行分析，对能够进行尺寸量化的功能进行尺寸分析，设计合理的定位方案和尺寸公差，并通过调试保证最终的质量目标。尺寸工程重点关注美学尺寸质量（即外观/内饰间隙面差质量）与零部件装配性（即所有零件在车身及设备上的可装配性）两个方面。

图2 整车质量功能

1.车身DTS定义
DTS全称是Dimension Tolerance Specification，即尺寸公差技术规范。侧重于整车内、外观匹配区域的间隙、面差尺寸目标及外观美学要求，并根据工艺、制造能力制定整车尺寸公差目标。是车身尺寸工程的重要工作目标之一。相关零部件的尺寸公差要求是根据DTS要求制定的［1］。在制定美学质量目标DTS时，定义初版文件时来源可能多样，甚至部分点有多个建议值。经过感知质量分析以及尺寸公差分析，进行数据定义的固化，最终获得唯一的定义。车身部分区域DTS示意如图3所示。

图3 车身部分区域DTS示意图

2.定位策略RPS制定
白车身定位策略RPS，是一个零件或分总成定位的表达，是夹具设计的指导文件（见图4）。表达的是零件主定位信息，是设计、冲压、焊装和总装的共享信息。相比之下，焊装夹具定位较为简单，不包含辅助定位点或者保证焊接工艺增加的定位点。定位设计的是制定零件的约束法则，使之总是能够固定在一个相同的位置。定位规划需要遵循的原则包括：
（1）约束被定位零件的6个自由度（3个平移3个旋转），简称六点定位守则。当零件满足六点零件法则后仍产生不能接受的位置或者形状尺寸变化，则应结合零件的刚性情况考虑增加辅助定位点。传统的刚体零件定位基准体系满足“3-2-1”定位原则，由于车身零件薄板冲压易于变形，往往还需要使用一些辅助基准而采用“N-2-1”定位方法。
（2）基准一致性原则，零件的模具、检具以及夹具与零件设计的定位基准一致时，可以最大限度地降低因基准不同而导致的零件偏差，正确的基准设计是尺寸工程开展的关键。
（3）构建定位系统的面、线和点每个组合的内部要尽可能扩大在空间的分布，如A1、A2和A3组成了定位系统的面组合，则A1、A2和A3的分布面积越大定位越优；如B1、B2组成了定位系统的线组合，则B1、B2的距离越大定位越优，如图5所示。
（4）构建定位系统的面、线和点每个组合之间的距离应越小越好。
（5）定位点选择尽量与功能点重合，减少基准转换，必须选择其他孔时，应采用基准与转换孔之间误差很小的。

图4 前舱板定位规划图

图5 定位系统点、线和面组合示意图

3.产品结构优化
对产品数据进行尺寸工艺可行性检查，对产品结构及焊接工艺性进行优化并提交ECR报告。尺寸工艺可行性主要包含板件搭接间隙、搭接结构、放件方式、零件装配性和车身工艺流程等。良好的工艺性是整车质量保证的前提，在做工艺分析时，要尽可能避免因工艺划分出现公差积累，而对车身尺寸造成影响。图6中，如果先焊接1、2、3三个件，2、3两个件再与纵梁焊接容易导致Y向的公差积累，可能会对左右纵梁的Y向尺寸造成影响，所以最好将1、2与纵梁先焊接，这样更有利于车身尺寸精度。

图6 后地板纵梁工艺流程示意图

4.公差设定
产品公差定义GD&T即几何尺寸与公差，包含定位基准及被测要素公差要求。GD&T图样是尺寸公差设计部门对于汽车零部件制定的具体制造公差要求，用于指导与约束工装供应商模具、夹具和检具的设计与制造，并促使实物零部件尺寸精度达到设计要求以保证整车的几何尺寸质量。因此重视车身GD&T设计是保证车身装配制造质量的前提。
公差是产品或者工序特性可以接受的范围。我们应从实际制造的工艺能力和满足功能所需要的公差范围结合考虑进行定义。零件及总成公差的设定首先要考虑满足功能要求，其次要考虑公差受到工艺水平和成本的制约。车身零件GD&T如图7所示。公差设计应遵循的原则包括以下几点：
（1）各级单件、总成和部件的公差设计首先需要满足整车DTS目标和性能目标；
（2）按照自下而上的方式累积到整车，然后与各目标值进行对比确认；
（3）对于超标的公差，根据具体情况通过产品和工艺改进进行协调，或者修改目标值。

图7 车身零件GD&T

5.尺寸链验算
在完成了上述工作后，要对白车身关键控制点和功能尺寸目标进行分析验证，公差分析一般采用二维公差计算和三维软件仿真分析，实现强健设计和公差分配的优化。在经过尺寸链分析之后，如果分析结果没有达到设定的目标值，应对零件的公差、定位策略和焊接关系进行优化，即通过优化尺寸链的构成来提高公差的保证能力。主要有以下两种方法：
（1）提升单个链环的工艺保证能力。
采用更高尺寸保证能力的生产设备，如采用定位配合更加稳定、精密的翻转机构或平移机构安装活动定位面或定位销。优化零件制造的工法设计使之能够获得更高的保证能力，如采用同组冲头冲间距小于300mm的两个孔可保证±0.2mm的位置公差，而采用不同工序冲距离大于1000mm的两个孔位置一般只能保证±0.8mm的公差。采取更加稳定的生产方法减少生产过程的产生误差，如采用机器人焊接代替人工焊接，减少焊接变形的不确定性。零件之间采用滑动搭接结构取代强制搭接结构能大为提高工艺保证能力。采用滑动搭接结构，两个零件之间形成的尺寸公差主要由夹具误差构成；采用强制搭接结构，零件之间形成的尺寸公差由两个零件各自的产品尺寸误差、夹具误差以及焊接影响构成，因此尺寸公差的保证能力远比滑动搭接结构差。
（2）减少尺寸链的形成环节。
采用工装样架或者夹具将关键的尺寸定位点之间的尺寸在同一道工序生成。工装样架定位技术使得关键零件之间的位置不再依赖于车身的精度，而是通过样架一序生成，减少了尺寸链环，尺寸公差能力很高。
6.监控计划制定
监控计划主要包含测量计划以及零部件GD&M文件制定，其中测量计划规定了各零件、总成的检测方式及检测频次。对于结构简单、规则的零部件一般利用专用检具进行测量；对于结构复杂的零部件（如侧围总成、发舱总成和地板总成等）可以采用CMM测量；车身骨架总成可以采用CMM或者激光在线检测。测量系统规划如表所示。

结语
随着汽车工业的迅猛发展，市场竞争日益加剧，国内各大主机厂都在通过尺寸工程来不断提高自己产品的性能和精度，车身尺寸工程是一个系统工程，贯穿于车身开发的各个阶段，尺寸工程集成设计与控制实施能力反映了一个企业的整车开发综合实力，如今，尺寸工程已经成为汽车研发制造过程不可缺少的重要环节。