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摘要：汽车产品在研发期间，其尺寸与公差的定义是非常重要的一项工作内容，合适的尺寸和公差的定义能够提高整体工作效率，降低汽车产品设计更改的频率，保证汽车产品的研发周期，有效提高汽车产品的质量，也能节约产品研发的成本，提高其在市场中的核心竞争力。在本文中将对汽车产品在设计阶段的尺寸与公差管理的有关问题进行探讨与分析。希望能够为汽车产品的设计和公差管理工作提供帮助。
关键词：汽车产品；汽车设计；尺寸与公差；
在很久以前，质量管理工作内容中就开始涵盖了产品的尺寸管理。在现代的质量管理中的尺寸管理中，核心技术中就包含了测量数据的实时分析以及尺寸链优化分析。其应用于产品开发的全程，能够有效的优化制造工艺和产品设计，不仅能精准的控制偏差还能对其偏差进行预测，大大缩短了产品的研发周期，有效控制成本的同时提高了产品的质量。不仅如此，其在相应的同步工程中也起到了重要的作用，可以协调产品的设计、制造工艺等环节。在产品设计期间让每个阶段输出产品的质量可收到严格的管控，实现在设计阶段进行结构优化的目的。汽车产品在设计阶段的尺寸和公差等问题直接影响其质量，若是设计不当会引起很多问题，例如出现渗漏、风噪以及缝隙的均匀程度等、底盘系统操作稳定问题等，严重影响其使用性能和美观。所以，非常有必要在产品的设计阶段进行尺寸管理工作。
一.产品设计阶段的尺寸管理
新汽车产品研发阶段，其设计方案的制订和相关分析都是在计算机中完成的，以CAD软件中的二维和三维数据为切入点，这样一来若是出现公差问题也与CAD数据无关，与真正的产品生产不同的是，计算机中公差问题不会直接体现，而传统的由经验去定义汽车产品零部件和总成公差缺少合理性，而造成总成公差的要求要比单件公差要求严格更加不合理。在汽车产品试生产阶段若是按照上述方法去定义公差，必然会出现许多的尺寸问题，直接增加了研发成本和研发时间。所以，应当采用科学合理的方法定义公差，对值得注意的问题考虑全面，并尽快找到成本、生产条件以及设计要求三者之间的平衡点。汽车零部件组装时不匹配的主要原因是由于公差过于宽松，影响其产品的性能，而成本提高是因为公差要求过高导致的。汽车产品的公差科学合理的定义应当在汽车产品的设计初期就敲定。不能单凭直觉和经验，应将总成零件中可能会出现的有关尺寸的问题进行整理，有利于缩减成本，提高产品质量。通常产品设计分析定义公差所用的软件是VSA并遵照有关的尺寸管理流程。
西门子公司的3D公差链仿真分析软件VSA使用的是公差分析工具，而统计学中的均方根法是公差分析法的理论依据。因此，利用其能够明确在单个零件公差的条件下得出总成公差。相反，单个零件公差定义是从总成公差得出的。
二.公差分析流程
经过对公差以及汽车开发流程分析可知，汽车产品的可行性分析环节，也就是汽车产品的概念设计阶段就需要开展公差的相关计算和分析，并且还应经过多次实验对汽车生产工程进行设计，汽车产品的零部件安装和公差定义都需要在汽车设计完成前进行。而实物验证则可以在样车的制造环节造成，公差分析工作同样如此。不过值得注意的是样车的制造阶段，与实际零件测量数据不同，公差分析输入的信息有所不同，在此应做出详细的说明。
首先，建立汽车产品尺寸目标。在具体实施过程中，说明各个尺寸的公差要求，例如底盘总成的定位孔与安装孔、汽车外观缝隙和面差的等具体要求。其次，用CAD建立最初的三维结构的数据。第三，定义零件的安装顺序和定位基准，包含冲压件定位基准和汽车的焊接次序。第四，用公差分析软件建模完成公差分析。最后，优化技术方案发布公差要求和零件的三维数据等。
1.车辆稳定控制系统建模（VSA）建模）输入信息
第一，零件安装定位方式。零件的在夹具上定位方式就是其六个自由度的约束。根据相关标准即可确定基准的含义和定义。以金属冲压件为例，通常情况下，冲压件在夹具上支撑或者夹紧面的A基准，应平移自由度和两个旋转自由度进行控制。若是想要平移两个自由度进行控制，夹具的定位就是B基准为圆孔。而一个旋转自由女的夹具定位销来讲，C基准就是长圆孔。此外，某些零部件的刚度性能不佳，为保证约束效果，应当增加辅助定位。零部件模具焊接、安装以及定位基准等应当保证统一。
第二，零件三维数据的轻量化数据，大都是jt格式。三维数据信息用CAD软件即可完成，不过其所占空间较大。数据的轻量化处理需要由专门的软件完成，处理后的软件所占空间要远低于原文件，保证其能够装配整车数据但又不占用过多的内存。
第三，公差信息，零件搭接面公差以及安装孔尺寸公差等。夹具公差中办好了定位和辅助工装的公差以及位置公差等。其他方面的公差有由于焊枪热度多高造成的变形公差。
第四，零件的装配顺序上，装配的顺序直接绝命着尺寸链关系，同时汽车产品的焊接先后顺序也会造成公差的传递和积累。
第五，测量点信息，汽车产品外观质量和关键部位的尺寸，换句话讲也就是需要监控和分析的尺寸，与零件的检具检测点相比，其是相同的。这对于接下来的汽车生产中发生的有关尺寸的质量问题个发挥着一定的作用。
2.VSA建模流程
首先VSA中根据零件的装配顺序明确其装配的级别，并导入轻量化数据文件。其次，定义所有零部件的公差要求以及基准。第三，定义零件或者总成所对应的工装夹具。最后是测量定义。
3.输出车辆稳定控制系统模拟分析的结果
用VSA完成公差模拟分析，且公差应当呈现正态分布，分析次数可以自定义，通常情况下分析次数越多就越发现计算结果与实际情况相接近，不过其相应的制造成本可能有所增加。例如，若进行三千次模拟分析，三千个已经给出公差的零件，其公差呈现正态分布，装配操作是在其中随意抽取的，且随机的数量是利用蒙特卡罗法在三千个零件中产生。利用蒙特卡罗运算后就能得出标准偏差和造成偏差的主要因素和偏差的分布情况等数据。
尺寸优化方案的确实需要分析权重比例以及影响其尺寸的因素，这样能够有针对性的解决与尺寸有关的问题，新定位方法的使用和新公差分配受到权重比例的影响。优化方案的初步分析可以得出装配顺序以及定位方式等，余下问题可根据设计目标及其要求解决。
例如，3DCS软件是一款汽车在设计生产阶段的三维公差分析软件，其能够根据生产环境以及生产能力对汽车零部件装配，最终实现公差的仿真计算。以下为3DCS软件进行白车公差分析和设计的主要过程。
其中，公差CAE分析能够将白车身所有特征与尺寸的公差通过计算使其形成数据库。可以利用管理数据库实现对汽车中的风险尺寸的筛查，保证汽车尺寸的特征。
结束语：公差分析工作中最基础也是最关键的是基础公差的定义。若与实际生产的公差进行比较，输入的公差就会存在一定的差异，最终影响
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论文作者:梁国荣
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第4期
论文发表时间:2019/9/20
标签：公差论文; 尺寸论文; 零件论文; 汽车产品论文; 定义论文; 阶段论文; 数据论文; 《建筑细部》2019年第4期论文;