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摘 要：汽车车身尺寸工程的目的是实现尺寸链的价值工程，是保证车辆内外饰美观，低噪音的基础，本文简述了整车尺寸配合标准（DTS）和应用实现过程，以及尺寸工程经验库和流程。
关键词：尺寸工程 整车尺寸配合标准（DTS） 尺寸匹配（MC）
一、引言
汽车消费从解决人们基本出行逐步转向个性化需求，对汽车的外观及内部造型匹配设计逐步成为汽车厂的竞争力之一。为了持续满足各细分市场客户的需求，同时又要兼顾考虑制造成本及维护成本，整车尺寸工程设计及匹配标准的实现已成为国内很多汽车公司的基本发展能力[1]。汽车的核心设计能力主要包括底盘构架，发动机，整车车体设计，随着国外车体设计逐渐内移，国内很多汽车公司具备了初步研发及设计能力，但是如何在设计前期结合造型（ST），制造工艺导向（DFM），制造装配导向（DFA），需要有一套系统的尺寸工程管理来引导车体设计，而且需要通过建立可持续改进的学习平台及数据库来完善和持续提高车体的美感及可制造性，实现汽车个性化及制造成本的价值平衡。目前国内汽车公司已不同程度的建立的尺寸工程系统，或者通过与大学院校的合作建立了部分环节，尤其是合资企业正在向基于大数据及虚拟评估的软件系统来进行车体设计，并通过虚拟装配制造（VAVB）及实车的匹配验证（MC）两大PDCA循环环节来实现数模设计与实车验证的融合。从车体造型到实车批量制造，尺寸工程一般包括以下几个过程：（1）确定整车配合标准（DTS）；（2）基准确定及一致性分解（DIC）；（3）虚拟匹配评估（VA）/集成车评估（IV）；（4）零部件数模/标准制定（Data/GD&T）；（5）车体测点规划（MP）；（6）测量系统规划实施（MS）；（7）整车匹配及数据验证（MC）；（8）差异解决及改进（LL）。
二、确定整车匹配标准DTS
一辆吸引顾客眼球的车辆必须在设计前期进行客户需求调研（VOC），并通过造型设计确定外形整体的多个可选方案，同时再通过油泥模的塑造来实体感受造型的空间映像，有些企业的质量部通过和第三方调研公司的配合来深度发现目标客户的造型需求及偏好，从而实现较为清晰的客户需求，很值得其他企业借鉴。造型选择的过程中，尺寸及工艺工程师必须参加与造型设计师的交流，确定细节的配合形状的可制造方案，以便实现在不影响造型风格的前提下，确定易于制造的造型及匹配标准，目的是减少或弱化DTS标准/特征的设定。图1是典型的车身后续配合图，比较可得，通过造型设计的弱化，左车减少了2个平整度（flush）特征的要求，只有间隙（Gap）的要求，对制造质量更易于稳定实现，工艺要求不高，同时也不影响外型效果。
DTS的标准一般根据不同类车型而略有差别，包括三厢（NB）/二厢（HB）/运动型（SUV）/旅行车（SW）有不同的设定，一般為间隙+/-0.5，平整度是+/-0.5的范围内。DTS的标准设定一般是通过竞品车型的比较来确定。设定并不是工程师的工作重心，标准的可达方案及细微部的优化处理往往是需要团队及工程师的经验应用及创造来实现，优秀的工程团队会有专业的造型库来提供设计参考和思路。确定DTS需要充分造型，产品及工艺制造各部门的先期融合及交流确定的折中方案，对于性价比要求高的中级/低级车的批量生产，设计前期确定合理的造型是实现低成本制造的重要环节，同时便于实现制造工艺的稳定，即减少变动成本。
三、基准确定及一致性分解
基准的确定及合理性是尺寸匹配标准实现的基础，这一逆向工程是产品和工艺拆分的重要接口，需要大量实践经验的汇总及工艺标准的试错转化而成。目前有零件定位和工装定位两种策略方向，美系车大量采用零件定位点，利于盲装的达成，需要在产品设计时就充分考虑各零件的关系优化定位；欧系车更注重工装定位及重复使用，在工装设计时以经验模板来控制匹配质量，但对实际制造过程带来很多操作节拍要求及工装的长期维护。实践过程中往往是两种方式的平衡选择，从而实现价值工程的平衡。基准的确定后，后续的定位分配即可开展，但是很多一致性分解往往要到集成试验车及尺寸匹配（MC）阶段进行实践验证。
四、虚拟匹配评估（VV）/集成车评估（IV）
确定完配合标准及零部件定位以后，通过数模在计算机里的模拟，我们便可进行初步的尺寸配合模拟，目前CDLS及3DLS软件便可进行装配模拟，一般需要通过连续几天的重复装配模拟达到合格率95%及以上才可实现装配的稳定性验证。否则需要重新寻求产品造型或工艺定位装配方案来保证配合的可达性。软件模拟一般对零部件进行刚性处理，零件的变形及重力弯曲往往不能真实反映，我们需要通过后续集成车来细化验证。有些公司也开始进行先期的重力，气弹簧力等物理受力的有限元模拟来初步获得一些零件反变形的方案，但是软件参数设定本身需要大量的实践验证数据来参考设定，所以实践过程中需要投入资金进行试车零件的获得，以便能模拟关键制造工艺及装配的效果，因此越能在制造前期改进问题及提高制造稳定性。目前一些快速的3D打印技术的发展也为验证提供更好的方法快速实现零件获得及实车验证，包括有些过程小工装也可快速获得并验证使用效果。
五、零部件数模/标准制定（CD/GD&T）
通过计算模拟及验证后的数模及标准将更加易于工艺规划及制造实现。某些零部件的设计及认证一般不是汽车主机厂进行细化设计的，外包给很多供应商OEM负责开发，主机厂要和供应商OEM设计及工艺团队充分沟通，以便在早期实现工艺策略及尺寸可达性的方案，减少因制造工艺的问题对零部件尺寸造成的影响。需要有专门的数据库来收集并汇总跟踪部件的应用案列来系统的解决并提高零部件对车身装配的影响。
六、车体测点规划
测点规划是连接理论数模和实车尺寸的关键转换对象，按照一定间隔要求进行测点的设置及关键零件特性处的设定。测点是实车分析问题的数据基础，尺寸工程的本质就是通过测量数据的分析来改进设计及制造达标。目前按照车体划分为车框测点（A类），开启件测点（B类），白车身配合测点（C类），整车配合测点（D类）。其中A/B是绝对测点，C/D是相对功能测点。按照功能优先级可分为I类点安全相关测点（地盘悬架），硬点（关键配合），II类点（工艺定位）。许多车厂混合使用，有些工厂关注以功能测点为方向的测点管理体系。 七、测量系统规划实施
测点必须通过仪器设备才能实现测量，就需要测量系统的规划，包括测量设备和检具二个方面。测量设备一般包括白光检测仪（冲压零件），CMM（车身）以及FARO（移动式三坐标），检具一般包括HCF（过程零件检具），OCF（装配检具），TAC（总成检具）等[3]。一般汽车厂包括冲压/车身/油漆/总装四大工艺车间，测量系统规划的主体是车身尺寸及总装尺寸的测量系统，车身车间通过离线CMM的测量及在线视觉系统的稳定性测量实现过程尺寸的控制，总装车间一般通过离线的装配检具TAC测量及在线的配合尺寸的测量（塞尺或激光扫描）来进行过程控制。随着测量设备的高精度，高速度，在线化的发展，目前开始采用了大量在线视觉检测装置（如博赛的Helix扫描测头），用于工艺稳定性及关键匹配特征的波动测量，有些视觉测量系统已实现主动测量并控制工艺机器人的轨迹修正来自动维持产品的配合尺寸，如车顶的自动引导系统等。所有的过程数据可通过数据采集平台自动上传记录，即实现尺寸过程大数据系统，便于后续的跟踪及快速问题定位及解决，如GM的GDIS系统，已经可统计全球同步项目的所有数据用于不同区域的对标及改进，同时目前也在集成供应商零件数据来快速主导尺寸问题的解决。冲压件快速测量则使用基于照片数据分析的蓝光扫描仪（海克斯康或GOM），通过快速面尺寸全息数据的收集，快速指导问题解决。
八、整车匹配及数据验证
整车匹配在尺寸工程的活动中是很重要的环节，也是企业学习提高，锻炼尺寸工程人员的重要活动。一般包含零部件跟踪（PMC），试车工艺产品验证（PPV），批量制造（LP）阶段。匹配活动分内饰/外饰匹配，外饰以前/中/后部位主要控制对象，主要包括车体4个灯部位，前后保险杠，IP（中控面板）等。整车匹配同时对车身装配工装也进行验证，以保证高速批量的白车身稳定性。尺寸匹配的三大要点：整车导向/名义值控制/零部件关注。首先要重视零部件的尺寸合格率及稳定性（波动小），零件的尺寸名义值达标及稳定性是匹配标准实现的基本。通过与外包件采购工程师，质量工程师一起对供应商检具一致性及零件的实地走访，在整车匹配之前就掌握关键匹配零部件的实际尺寸信息，带有数据封样的零件交付汽车厂后就可以开展总成车的匹配工作，车身车间的工装标定数据也需要汇总收集，便于尺寸问题的判断，原则是零件达标，不达标则零件需稳定，极少数问题可进行工装的偏调来解决。
九、差异解决及改进
通过对车身/零件测点的收集及汇总，发现并找出问题原因是贯穿尺寸匹配活动的重要内容，能否快速发现并验证原因和落实措施是工作的难点，由于尺寸链的复杂及物理特性的影响，尺寸解决方案往往必须与实践经验结合，才能有效找到问题的解决点。所有尺寸问题的解决最总需要反馈设计部门供后续改型或新车设计时参考应用。上述内容及应用只是尺寸工程的一般过程，如果我们能把造一辆车当作学习的机会，那么尺寸工程需要通过平台来系统汇总造车经验，附图2很好的概述了这个系统反复循环的过程，其中经验库是核心，也是企业的竞争力所在。
近年，新材料及新工艺的应用越来越多，其中激光焊接板以及铝板的引入，对尺寸配合标准的达到又提出了新的要求，激光钣焊接变形多，稳定性不高，热变形会导致配合尺寸的波动。需要不断学习应用提高稳定性，同时激光焊及激光钎焊对零件的合格率要求更高，要求在+/-0.25mm之间，否者会引起漏缝及焊穿等缺陷。这些新材料工艺的变化也对尺寸工程的控制及管理提出新的要求，我們仍需通过经验库及流程来学习并汇总实践经验。尺寸工程的导入对整车设计及价值提高有很大的帮助，其原则是尺寸链设计的原则，减少配合特征，减少尺寸链的数量，运用工装合理缩短尺寸链。在实践应用中我们必须灵活运用，并在设计前期充分评估，真真减少复杂设计带来的制造波动及难度，实现客户需要的美观实用，功能可靠的汽车销售。
参考文献：
[1]唐伟华. 尺寸工程在汽车开发中的应用[J]. 现代物业·新建设， 2014（8）：104-105.
[2]孔庆华， 刘传绍. 极限配合与测量技术基础[M]. 同济大学出版社， 2002.
[3]李凯岭. 机械加工工艺过程尺寸链[J]. 2008（01）：14-16.
关键词：尺寸工程 整车尺寸配合标准（DTS） 尺寸匹配（MC）
一、引言
汽车消费从解决人们基本出行逐步转向个性化需求，对汽车的外观及内部造型匹配设计逐步成为汽车厂的竞争力之一。为了持续满足各细分市场客户的需求，同时又要兼顾考虑制造成本及维护成本，整车尺寸工程设计及匹配标准的实现已成为国内很多汽车公司的基本发展能力[1]。汽车的核心设计能力主要包括底盘构架，发动机，整车车体设计，随着国外车体设计逐渐内移，国内很多汽车公司具备了初步研发及设计能力，但是如何在设计前期结合造型（ST），制造工艺导向（DFM），制造装配导向（DFA），需要有一套系统的尺寸工程管理来引导车体设计，而且需要通过建立可持续改进的学习平台及数据库来完善和持续提高车体的美感及可制造性，实现汽车个性化及制造成本的价值平衡。目前国内汽车公司已不同程度的建立的尺寸工程系统，或者通过与大学院校的合作建立了部分环节，尤其是合资企业正在向基于大数据及虚拟评估的软件系统来进行车体设计，并通过虚拟装配制造（VAVB）及实车的匹配验证（MC）两大PDCA循环环节来实现数模设计与实车验证的融合。从车体造型到实车批量制造，尺寸工程一般包括以下几个过程：（1）确定整车配合标准（DTS）；（2）基准确定及一致性分解（DIC）；（3）虚拟匹配评估（VA）/集成车评估（IV）；（4）零部件数模/标准制定（Data/GD&T）；（5）车体测点规划（MP）；（6）测量系统规划实施（MS）；（7）整车匹配及数据验证（MC）；（8）差异解决及改进（LL）。
二、确定整车匹配标准DTS
一辆吸引顾客眼球的车辆必须在设计前期进行客户需求调研（VOC），并通过造型设计确定外形整体的多个可选方案，同时再通过油泥模的塑造来实体感受造型的空间映像，有些企业的质量部通过和第三方调研公司的配合来深度发现目标客户的造型需求及偏好，从而实现较为清晰的客户需求，很值得其他企业借鉴。造型选择的过程中，尺寸及工艺工程师必须参加与造型设计师的交流，确定细节的配合形状的可制造方案，以便实现在不影响造型风格的前提下，确定易于制造的造型及匹配标准，目的是减少或弱化DTS标准/特征的设定。图1是典型的车身后续配合图，比较可得，通过造型设计的弱化，左车减少了2个平整度（flush）特征的要求，只有间隙（Gap）的要求，对制造质量更易于稳定实现，工艺要求不高，同时也不影响外型效果。
DTS的标准一般根据不同类车型而略有差别，包括三厢（NB）/二厢（HB）/运动型（SUV）/旅行车（SW）有不同的设定，一般為间隙+/-0.5，平整度是+/-0.5的范围内。DTS的标准设定一般是通过竞品车型的比较来确定。设定并不是工程师的工作重心，标准的可达方案及细微部的优化处理往往是需要团队及工程师的经验应用及创造来实现，优秀的工程团队会有专业的造型库来提供设计参考和思路。确定DTS需要充分造型，产品及工艺制造各部门的先期融合及交流确定的折中方案，对于性价比要求高的中级/低级车的批量生产，设计前期确定合理的造型是实现低成本制造的重要环节，同时便于实现制造工艺的稳定，即减少变动成本。
三、基准确定及一致性分解
基准的确定及合理性是尺寸匹配标准实现的基础，这一逆向工程是产品和工艺拆分的重要接口，需要大量实践经验的汇总及工艺标准的试错转化而成。目前有零件定位和工装定位两种策略方向，美系车大量采用零件定位点，利于盲装的达成，需要在产品设计时就充分考虑各零件的关系优化定位；欧系车更注重工装定位及重复使用，在工装设计时以经验模板来控制匹配质量，但对实际制造过程带来很多操作节拍要求及工装的长期维护。实践过程中往往是两种方式的平衡选择，从而实现价值工程的平衡。基准的确定后，后续的定位分配即可开展，但是很多一致性分解往往要到集成试验车及尺寸匹配（MC）阶段进行实践验证。
四、虚拟匹配评估（VV）/集成车评估（IV）
确定完配合标准及零部件定位以后，通过数模在计算机里的模拟，我们便可进行初步的尺寸配合模拟，目前CDLS及3DLS软件便可进行装配模拟，一般需要通过连续几天的重复装配模拟达到合格率95%及以上才可实现装配的稳定性验证。否则需要重新寻求产品造型或工艺定位装配方案来保证配合的可达性。软件模拟一般对零部件进行刚性处理，零件的变形及重力弯曲往往不能真实反映，我们需要通过后续集成车来细化验证。有些公司也开始进行先期的重力，气弹簧力等物理受力的有限元模拟来初步获得一些零件反变形的方案，但是软件参数设定本身需要大量的实践验证数据来参考设定，所以实践过程中需要投入资金进行试车零件的获得，以便能模拟关键制造工艺及装配的效果，因此越能在制造前期改进问题及提高制造稳定性。目前一些快速的3D打印技术的发展也为验证提供更好的方法快速实现零件获得及实车验证，包括有些过程小工装也可快速获得并验证使用效果。
五、零部件数模/标准制定（CD/GD&T）
通过计算模拟及验证后的数模及标准将更加易于工艺规划及制造实现。某些零部件的设计及认证一般不是汽车主机厂进行细化设计的，外包给很多供应商OEM负责开发，主机厂要和供应商OEM设计及工艺团队充分沟通，以便在早期实现工艺策略及尺寸可达性的方案，减少因制造工艺的问题对零部件尺寸造成的影响。需要有专门的数据库来收集并汇总跟踪部件的应用案列来系统的解决并提高零部件对车身装配的影响。
六、车体测点规划
测点规划是连接理论数模和实车尺寸的关键转换对象，按照一定间隔要求进行测点的设置及关键零件特性处的设定。测点是实车分析问题的数据基础，尺寸工程的本质就是通过测量数据的分析来改进设计及制造达标。目前按照车体划分为车框测点（A类），开启件测点（B类），白车身配合测点（C类），整车配合测点（D类）。其中A/B是绝对测点，C/D是相对功能测点。按照功能优先级可分为I类点安全相关测点（地盘悬架），硬点（关键配合），II类点（工艺定位）。许多车厂混合使用，有些工厂关注以功能测点为方向的测点管理体系。 七、测量系统规划实施
测点必须通过仪器设备才能实现测量，就需要测量系统的规划，包括测量设备和检具二个方面。测量设备一般包括白光检测仪（冲压零件），CMM（车身）以及FARO（移动式三坐标），检具一般包括HCF（过程零件检具），OCF（装配检具），TAC（总成检具）等[3]。一般汽车厂包括冲压/车身/油漆/总装四大工艺车间，测量系统规划的主体是车身尺寸及总装尺寸的测量系统，车身车间通过离线CMM的测量及在线视觉系统的稳定性测量实现过程尺寸的控制，总装车间一般通过离线的装配检具TAC测量及在线的配合尺寸的测量（塞尺或激光扫描）来进行过程控制。随着测量设备的高精度，高速度，在线化的发展，目前开始采用了大量在线视觉检测装置（如博赛的Helix扫描测头），用于工艺稳定性及关键匹配特征的波动测量，有些视觉测量系统已实现主动测量并控制工艺机器人的轨迹修正来自动维持产品的配合尺寸，如车顶的自动引导系统等。所有的过程数据可通过数据采集平台自动上传记录，即实现尺寸过程大数据系统，便于后续的跟踪及快速问题定位及解决，如GM的GDIS系统，已经可统计全球同步项目的所有数据用于不同区域的对标及改进，同时目前也在集成供应商零件数据来快速主导尺寸问题的解决。冲压件快速测量则使用基于照片数据分析的蓝光扫描仪（海克斯康或GOM），通过快速面尺寸全息数据的收集，快速指导问题解决。
八、整车匹配及数据验证
整车匹配在尺寸工程的活动中是很重要的环节，也是企业学习提高，锻炼尺寸工程人员的重要活动。一般包含零部件跟踪（PMC），试车工艺产品验证（PPV），批量制造（LP）阶段。匹配活动分内饰/外饰匹配，外饰以前/中/后部位主要控制对象，主要包括车体4个灯部位，前后保险杠，IP（中控面板）等。整车匹配同时对车身装配工装也进行验证，以保证高速批量的白车身稳定性。尺寸匹配的三大要点：整车导向/名义值控制/零部件关注。首先要重视零部件的尺寸合格率及稳定性（波动小），零件的尺寸名义值达标及稳定性是匹配标准实现的基本。通过与外包件采购工程师，质量工程师一起对供应商检具一致性及零件的实地走访，在整车匹配之前就掌握关键匹配零部件的实际尺寸信息，带有数据封样的零件交付汽车厂后就可以开展总成车的匹配工作，车身车间的工装标定数据也需要汇总收集，便于尺寸问题的判断，原则是零件达标，不达标则零件需稳定，极少数问题可进行工装的偏调来解决。
九、差异解决及改进
通过对车身/零件测点的收集及汇总，发现并找出问题原因是贯穿尺寸匹配活动的重要内容，能否快速发现并验证原因和落实措施是工作的难点，由于尺寸链的复杂及物理特性的影响，尺寸解决方案往往必须与实践经验结合，才能有效找到问题的解决点。所有尺寸问题的解决最总需要反馈设计部门供后续改型或新车设计时参考应用。上述内容及应用只是尺寸工程的一般过程，如果我们能把造一辆车当作学习的机会，那么尺寸工程需要通过平台来系统汇总造车经验，附图2很好的概述了这个系统反复循环的过程，其中经验库是核心，也是企业的竞争力所在。
近年，新材料及新工艺的应用越来越多，其中激光焊接板以及铝板的引入，对尺寸配合标准的达到又提出了新的要求，激光钣焊接变形多，稳定性不高，热变形会导致配合尺寸的波动。需要不断学习应用提高稳定性，同时激光焊及激光钎焊对零件的合格率要求更高，要求在+/-0.25mm之间，否者会引起漏缝及焊穿等缺陷。这些新材料工艺的变化也对尺寸工程的控制及管理提出新的要求，我們仍需通过经验库及流程来学习并汇总实践经验。尺寸工程的导入对整车设计及价值提高有很大的帮助，其原则是尺寸链设计的原则，减少配合特征，减少尺寸链的数量，运用工装合理缩短尺寸链。在实践应用中我们必须灵活运用，并在设计前期充分评估，真真减少复杂设计带来的制造波动及难度，实现客户需要的美观实用，功能可靠的汽车销售。
参考文献：
[1]唐伟华. 尺寸工程在汽车开发中的应用[J]. 现代物业·新建设， 2014（8）：104-105.
[2]孔庆华， 刘传绍. 极限配合与测量技术基础[M]. 同济大学出版社， 2002.
[3]李凯岭. 机械加工工艺过程尺寸链[J]. 2008（01）：14-16.