尺寸工程概述(講義)

尺寸工程概述——規(guī)劃院工藝技術(shù)部：吳冠群2021年7月目錄

一、尺寸工程概述

二、尺寸工程任務(wù)流程

三、減小累積公差的方法

四、奇瑞公司尺寸工程的現(xiàn)狀

五、尺寸仿真軟件VisVSA任務(wù)原理和運(yùn)用情況引見(jiàn)

一：尺寸工程概述

1、什么是尺寸工程？

◆尺寸工程是完善設(shè)計(jì)和裝配制造階段的工程化過(guò)程。

◆尺寸工程是經(jīng)過(guò)控制制造偏向和優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)提高產(chǎn)品尺寸質(zhì)量和減低產(chǎn)品消費(fèi)本錢(qián)的一種手段。

◆從產(chǎn)品研發(fā)早期介入不斷到量產(chǎn)，經(jīng)過(guò)執(zhí)行一套完好、系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、操作性強(qiáng)的任務(wù)流程，到達(dá)降低研發(fā)本錢(qián)，縮短開(kāi)發(fā)周期，完成產(chǎn)品設(shè)定目的，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的目的。

◆尺寸工程確保產(chǎn)品的：a、功能〔溫馨性、平安性、密封性〕；b、裝配；c、外觀設(shè)計(jì)要求。

◆尺寸工程應(yīng)該貫穿整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，尤其是產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期的任務(wù)尤為重要。

◆尺寸工程是經(jīng)過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期的尺寸任務(wù)介入，來(lái)處理、躲避、或者最大限制的減小產(chǎn)品功能、裝配、外觀的問(wèn)題，并經(jīng)過(guò)工業(yè)化過(guò)程中的數(shù)據(jù)分析、總結(jié)來(lái)修正前期分析，并建立數(shù)據(jù)庫(kù)，供下一車(chē)型適用。產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸工程構(gòu)造分析工藝/消費(fèi)質(zhì)量控制◆尺寸工程是銜接產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝消費(fèi)、質(zhì)量控制之間的紐帶；◆尺寸工程將產(chǎn)品的定義要求〔如DTS、功能尺寸〕分解到分總成、單件上，制定出一致的工程言語(yǔ)GD&T、丈量點(diǎn)方案，為工藝消費(fèi)、質(zhì)量控制提供根據(jù)；◆利用尺寸分析工具〔如計(jì)算機(jī)仿真、統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)〕，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期進(jìn)展分析，從而使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有更加簡(jiǎn)便和可靠的加工性能。同步工程

2、什么是偏向？實(shí)踐制造出的尺寸〔外形〕與名義尺寸〔外形〕的差別尺寸偏向外形偏向

3、尺寸偏向的傳送和累積

4、尺寸公差累積的計(jì)算方法：兩種方式，三種方法

a、二維手工計(jì)算法

基于制造工藝一致性和穩(wěn)定性比較好的前提下常用的一種方法。它的有效性經(jīng)過(guò)了數(shù)理統(tǒng)計(jì)的實(shí)際分析和消費(fèi)實(shí)際的驗(yàn)證。通常，有極限法和均方根法兩種分析方式。

10±0.210±0.210±0.210±0.20.2+0.2+0.2+0.2＝±0.8

4、尺寸公差累積的計(jì)算方法：兩種方式，三種方法

極限疊加法

T=T1+T2+T3+…+Tn

優(yōu)點(diǎn)：可以完全互換；計(jì)算簡(jiǎn)單。

缺陷：不能思索數(shù)據(jù)的分布情況，當(dāng)組成環(huán)環(huán)數(shù)較多時(shí)，用這種方法就不適宜，因這時(shí)各組成環(huán)公差將很小，加工很不經(jīng)濟(jì)，所以極值公差普通用于3環(huán)以下的尺寸鏈；對(duì)非線性的裝配計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確。

4、尺寸公差累積的計(jì)算方法：兩種方式，三種方法

均方根法：有效性經(jīng)過(guò)了數(shù)理統(tǒng)計(jì)的實(shí)際分析和消費(fèi)實(shí)際的驗(yàn)證。統(tǒng)計(jì)公差是根據(jù)概率論的根本原理對(duì)尺寸鏈進(jìn)展計(jì)算的方法，計(jì)算用的數(shù)學(xué)公式，是在概率論根本原理的根底上推導(dǎo)出來(lái)的。

10±0.210±0.210±0.210±0.2優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算簡(jiǎn)單；思索了數(shù)據(jù)分布的情況。缺陷：對(duì)非線性的裝配計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確；不能思索中間值的偏移。

4、尺寸公差累積的計(jì)算方法：兩種方式，三種方法

均方根法：abcdabcd裝配5000次

4、尺寸公差累積的計(jì)算方法：兩種方式，三種方法

b、計(jì)算機(jī)仿真

〔蒙特卡羅法Monte-Carlo〕

4、尺寸公差累積的計(jì)算方法：兩種方式，三種方法

b、計(jì)算機(jī)仿真

〔蒙特卡羅法Monte-Carlo〕

5、什么是尺寸鏈？

在車(chē)身焊接和附件裝配〔機(jī)器裝配或零件加工過(guò)程〕中，由相互銜接的尺寸構(gòu)成封鎖的尺寸組。

環(huán)：列入尺寸鏈的每一個(gè)尺寸。

在機(jī)加工中，尺寸鏈?zhǔn)羌纯捎?jì)算公差，又可以計(jì)算尺寸，但在我們汽車(chē)行業(yè)，我個(gè)人以為尺寸鏈僅僅只可以做為計(jì)算公差的工具。環(huán)尺寸鏈二：尺寸工程任務(wù)流程二：尺寸工程任務(wù)流程

可以將尺寸工程分為以下幾個(gè)步驟：

1、DTS驗(yàn)證

外型階段進(jìn)展初步的分配計(jì)算，畫(huà)出尺寸鏈〔運(yùn)用均方根法手工分析〕，并結(jié)合閱歷，驗(yàn)證DTS的合理性，確保外型的尺寸性滿足工藝要求。

如：A13車(chē)型的DTS定義

前期DTS定義的0.5mm的低進(jìn)量夠不夠？工藝能否實(shí)現(xiàn)？或者說(shuō)工藝實(shí)現(xiàn)需求哪些條件？我們可以根據(jù)Benchmark的值作為參考，也可以根據(jù)以前車(chē)的工藝才干作為參考，但是，我們有沒(méi)有一種方法可以科學(xué)的、簡(jiǎn)單的分析值定義的能否合理？或者說(shuō)我們的工藝能不能實(shí)現(xiàn)定義值，需求分總成、單件到達(dá)什么公差才可以實(shí)現(xiàn)？經(jīng)過(guò)計(jì)算平度公差并和實(shí)際值比較，當(dāng)公差比實(shí)際值小時(shí)，那么實(shí)際值可行；當(dāng)公差比實(shí)際值大時(shí)，那么闡明不可行，需求改動(dòng)定位、安裝、單件公差下，或者直接改動(dòng)DTS的定義。尺寸鏈：將尺寸鏈上的公差帶入RSS計(jì)算表格計(jì)算結(jié)果為0.75±0.92，即-0.17～+1.67，不可以滿足0.5±0.5的要求，故定義不可行。需求更改DTS，或者更改定位、安裝、單件公差。如今A13玻璃經(jīng)常超出后背門(mén)，更改需求花大量的費(fèi)用和人力，假設(shè)前期尺寸工程開(kāi)展，諸如此類(lèi)的問(wèn)題完全可以防止。2、初版RPS的建立：根據(jù)閱歷制造初版RPS3、三維仿真、尺寸鏈計(jì)算并優(yōu)化結(jié)果：a、數(shù)模干涉檢查b、裝配性檢查c、外觀性檢查〔DTS〕d、功能性檢查〔四門(mén)兩蓋密封等〕a、數(shù)模干涉檢查對(duì)車(chē)身進(jìn)展尺寸分析，防止后期出現(xiàn)干涉等問(wèn)題；設(shè)計(jì)中看似不干涉的問(wèn)題，其真實(shí)消費(fèi)中，有些會(huì)產(chǎn)生干涉。事例：以A13前大燈和前大燈安裝支架舉例在設(shè)計(jì)看來(lái)，這個(gè)地方的設(shè)計(jì)沒(méi)有任何問(wèn)題，有0.6mm的間隙。但是在實(shí)踐消費(fèi)中，這個(gè)地方會(huì)產(chǎn)生干涉的能夠性相當(dāng)?shù)拇?。其?shí)，在前期引入尺寸工程，便可以處理這個(gè)問(wèn)題。我們只需在設(shè)計(jì)階段計(jì)算出L0的公差，再拿過(guò)來(lái)和0.618比較，就可以防止這個(gè)問(wèn)題的發(fā)生。L0b、裝配性檢查

問(wèn)題：事例：以A13的水箱橫梁安裝舉例設(shè)計(jì)的車(chē)身上的安裝螺栓是M10的螺栓，水箱橫梁上的安裝孔是φ12.5，有單邊1.25mm的間隙。設(shè)計(jì)完成的時(shí)候，我們想知道：水箱橫梁安裝能否會(huì)出現(xiàn)安裝不上的問(wèn)題？假設(shè)干涉，將經(jīng)過(guò)改良什么來(lái)消除？怎樣辦？

b、裝配性檢查

對(duì)車(chē)身一切的安裝孔進(jìn)展尺寸分析，防止后期出現(xiàn)安裝干涉或者安裝不便的問(wèn)題；

經(jīng)過(guò)尺寸鏈計(jì)算，得出公差并和1.25mm的調(diào)整量比較。要加大孔徑、或者改動(dòng)設(shè)計(jì)構(gòu)造、焊裝順序等。A13在實(shí)踐裝車(chē)中，這個(gè)部位多數(shù)是裝配不上的，實(shí)踐上，就是孔徑過(guò)小導(dǎo)致的安裝干涉，假設(shè)在前期可以完好的開(kāi)展尺寸工程，此類(lèi)問(wèn)題大部分是可以防止的。比1.25mm小，那么OK比1.25mm大，那么要加大孔徑、或者改動(dòng)設(shè)計(jì)構(gòu)造、焊裝順序等來(lái)處理此問(wèn)題4、根據(jù)尺寸鏈分析結(jié)果，編制GD&T：a、車(chē)身骨架總成GD&Tb、車(chē)身重要分總成GD&T〔如門(mén)總成、側(cè)圍總成、門(mén)內(nèi)板總成等〕c、沖壓件GD&Td、內(nèi)外飾件GD&T〔只做到采購(gòu)總成〕e、電器件GD&T〔只做到采購(gòu)總成〕f、底盤(pán)件GD&T〔只做到采購(gòu)總成〕GD&T是一致的工程言語(yǔ)。GD&T圖紙包括以下內(nèi)容：定義了基準(zhǔn)〔孔、型面〕一切要素〔孔、面、邊、角度〕的尺寸、公差要求圖紙作用：作為一致的工程言語(yǔ)，在主機(jī)廠各部門(mén)之間，主機(jī)廠與供應(yīng)商之間準(zhǔn)確、清楚、全面、有效的傳送產(chǎn)品的技術(shù)要求和信息，明確了零部件需求到達(dá)的尺寸要求，一致了定位系統(tǒng)，同時(shí)提供了檢測(cè)和驗(yàn)收的根據(jù)。5、根據(jù)GD&T制定丈量方案：a、骨架、分總成、單件丈量點(diǎn)要求b、內(nèi)外飾、電器、底盤(pán)件丈量點(diǎn)要求c、檢具、三座標(biāo)等丈量方案d、編制外觀內(nèi)飾間隙、三座標(biāo)骨架分總成、沖壓件等檢查表6、丈量數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)與調(diào)試消費(fèi)支持，并建立數(shù)據(jù)庫(kù)：a、對(duì)丈量數(shù)據(jù)進(jìn)展分析，得出6σ、cp、cpk值，并和前期分析結(jié)果進(jìn)展比較，更新數(shù)據(jù)庫(kù)b、將統(tǒng)計(jì)結(jié)果輸入VSA軟件，進(jìn)展分析，并修正前期編制的文件c、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的尺寸問(wèn)題進(jìn)展跟蹤、調(diào)查、處理Cp＝公差帶/6σ〔過(guò)程才干指數(shù)〕Cpk＝min〔USL-μ〕/3σ，〔μ-LSL〕/3σ〔有偏移的過(guò)程才干指數(shù)〕Cp和cpk越大越好普通的，cp〔cpk〕?1.33〔綠色〕1.33?cp〔cpk〕?1.0〔黃色〕1.0?cp〔cpk〕〔紅色〕8σ＝99.99％6σ＝99.73％4σ＝95.44％2σ＝68.26％二：尺寸工程任務(wù)流程1、縮短尺寸鏈◆改動(dòng)車(chē)身構(gòu)造，變重要方向的對(duì)接為滑動(dòng)搭接，最大限制的消除單件公差的累積；◆調(diào)整焊裝順序，重要部件盡量最后焊接，縮短尺寸公差的累積；◆改動(dòng)定位點(diǎn)方式，在需求控制的部位設(shè)置定位點(diǎn)，縮短尺寸鏈；◆變卦安裝方式，消除安裝方式不良帶來(lái)的誤差。2、減小尺寸鏈中每環(huán)的公差◆提高沖壓件的精度；◆提高夾具的精度；◆提高附件的精度。三：減小累積公差的方法1、縮短尺寸鏈對(duì)接滑動(dòng)搭接改動(dòng)焊接順序改動(dòng)夾具定位2、減小尺寸鏈中每環(huán)的公差±0.5±0.5±0.5±1.5±0.3±0.3±0.3±0.9大多數(shù)產(chǎn)品、工藝、質(zhì)量工程師對(duì)缺乏對(duì)尺寸工程的正確認(rèn)識(shí)；在設(shè)計(jì)階段沒(méi)有得到足夠的注重，主要還是依托后期的調(diào)試和整改；在企業(yè)內(nèi)部雖然有尺寸分析科擔(dān)任尺寸工程任務(wù)，但是在流程、體制上還沒(méi)有明確尺寸工程的作用、位置，沒(méi)有構(gòu)成系統(tǒng)管理方式，缺乏和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期相對(duì)應(yīng)的流程，沒(méi)有真正起到設(shè)計(jì)和工藝溝通的橋梁作用；沒(méi)有將供應(yīng)商納入主機(jī)廠的尺寸管理體系中來(lái)，特別缺乏對(duì)內(nèi)外飾、電器、底盤(pán)件的尺寸控制；缺乏閱歷，缺乏人才；雖然有先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助軟件，但是缺乏熟練運(yùn)用的人才;在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方面沒(méi)有運(yùn)用cp、cpk、sigma，而是運(yùn)用合格率的手段，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)手段不科學(xué)。四：奇瑞公司尺寸工程現(xiàn)狀五、尺寸仿真軟件VisVSA任務(wù)原理和運(yùn)用情況引見(jiàn)1、VisVSA軟件的任務(wù)原理及輸入輸出條件VisVSA是目前常用的三維尺寸仿真分析軟件之一，它經(jīng)過(guò)引入數(shù)據(jù)模型，輸入單件特性、裝配順序及定位系統(tǒng)，模擬裝配多臺(tái)車(chē)身模型〔普通模擬5000臺(tái)車(chē)〕，得出±3σ及Cp的值，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)能否能滿足尺寸規(guī)格要求，從而對(duì)車(chē)身工藝制造才干進(jìn)展評(píng)價(jià)。輸入條件：

3D數(shù)?！O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)根本上類(lèi)型為CATIA，需求轉(zhuǎn)化為jt格式

裝配流程圖—根據(jù)工序圖卡，模擬真實(shí)裝配順序及操作

GD&T—組成車(chē)身的沖壓件制造公差及夾具等的制造公差、并給定基準(zhǔn)

丈量點(diǎn)—可自行定義評(píng)價(jià)點(diǎn)，用于后期的丈量操作輸出信息

仿真結(jié)果—可以顯示我們需求的±3σ，Cp〔過(guò)程才干指數(shù)〕、Cpk〔有偏移的過(guò)程才干指數(shù)〕，數(shù)據(jù)穩(wěn)定形狀圖等；

爆炸圖即裝配流程圖—?jiǎng)赢?huà)顯示車(chē)身裝配流程；

奉獻(xiàn)因子報(bào)告—也叫高中低報(bào)告，顯示影響結(jié)果的權(quán)重分配；可根據(jù)偏向權(quán)重分析組成公差的影響要素，經(jīng)過(guò)調(diào)整組成公差值來(lái)對(duì)車(chē)身偏向進(jìn)展控制2、實(shí)例驗(yàn)證

以B12車(chē)型側(cè)圍總成為例，引見(jiàn)VSA的任務(wù)原理此例是驗(yàn)證在側(cè)圍分總成中，鉸鏈安裝孔到側(cè)圍定位孔X向偏向能否在±1.0之內(nèi)。上面圖表是2D尺寸鏈的詳細(xì)表現(xiàn)方式：L0為所求項(xiàng)即封鎖環(huán)；L1為鉸鏈安裝孔到A柱加強(qiáng)板總成定位孔公差±0.5；L2為A柱加強(qiáng)板總成定位孔到側(cè)圍加強(qiáng)板總成定位孔公差±0.5；L3為側(cè)圍加強(qiáng)板定位孔到側(cè)圍總成定位孔公差±0.5左側(cè)圖表為尺寸鏈的計(jì)算：上面顯示尺寸鏈各組成環(huán)的詳細(xì)信息，從圖中可以得出±3σ=±0.87VSA軟件中各尺寸鏈主要組成環(huán)的公差列表：裝配界面模型界面輸入信息裝配界面為整個(gè)側(cè)圍總成的特性，可顯示夾具信息，裝配操作，數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)特性〔GD&T〕模型界面可將特性可視化，圖中可以看出側(cè)圍外板的定位系統(tǒng)，定位特性〔包括板件和夾具公差及矢量方向〕公差庫(kù)中包含一切特性的公差，如銷(xiāo)、孔、面、點(diǎn)等

工序圖卡為車(chē)身裝配流程圖，上圖顯示前門(mén)鉸鏈安裝孔在側(cè)圍總成上的焊接流程工序圖卡公差庫(kù)輸出信息經(jīng)過(guò)仿真結(jié)果可以得到如下結(jié)果：尺寸規(guī)格：X=9.53±1.0；計(jì)算值：±3σ=±0.7；Cp=1.43；離散數(shù)據(jù)圖。左側(cè)的圖表顯示仿真數(shù)據(jù)分布的詳細(xì)信息：除了包含上述信息外，還包括超差率過(guò)程仿真結(jié)果數(shù)據(jù)顯示奉獻(xiàn)因子界面呵斥偏向出現(xiàn)的各組成要素，從中可以看出：側(cè)圍外板總成Z向定位，夾具基準(zhǔn)面公差占19.52%；側(cè)圍外板總成主定位孔與定位銷(xiāo)的配合精度占7.53%；鉸鏈安裝孔與基準(zhǔn)銷(xiāo)的配合精度占7.53%；一些裝配操作也有一定程度的影響我們?cè)谟?D軟件計(jì)算尺寸鏈時(shí)思索的是影響尺寸鏈的主要要素，而VSA軟件是把一切能夠影響尺寸鏈要素綜合在一同經(jīng)過(guò)幾千次的模擬，并且思索到了夾角等要素，2D和VSA仿真結(jié)果的差別，也在一定程度上闡明了VSA仿真軟件分析問(wèn)題的全面性。此次仿真結(jié)果顯示偏向在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，假設(shè)仿真結(jié)果大于設(shè)計(jì)要求，那么可以從奉獻(xiàn)因子報(bào)告中提取影響偏向的主要要素，分析特性的定位系統(tǒng)，裝配流程，對(duì)某些公差也可適當(dāng)放小側(cè)圍總成最后一