轿车匹配问题分析方法研究

高云凯 张超200092) (同济大学,上海

Automobile Technology & Material - - 生 产现场 - 1985—),作者简介:张超( 男,工程师,本科,研究轿车匹配问题的分析方法。

摘要:在轿车生产制造的过程中,常常会产生一系列零件匹配方面的问题。零件匹配问题,从狭义上讲,就是指汽车车身零件或除车身外的装配件(如内外饰件、电器件、动力系统零件等)之间的间隙和平度是否在设计标准之内;从广义上讲,异响、漏雨、拧紧等功能问题以及一些坑包等表面问题也属于匹配问题范畴,因为它们多是由于其内在的零件之间的不当匹配所产生的。在实际生产过程中,如果致力于达到较高的制造工艺精度,那么这类问题是很常见的,也是质量工作的重点。本文主要介绍生产制造过程中的广义匹配问题分析方法。关键词:车身 匹配 尺寸 间隙 平度 公差U466 B Doi:10.19710/j.cnki.1003-8817.20180195中图分类号: 文献标识码: 1 匹配技术概述

零件匹配问题通常可分为两类,一类是汽车制造完成后形成整车所产生的零件之间的匹配问题,即整车匹配问题;另一类是单纯的白车身匹配问题,也就是车身焊接完成后产生的钣金件之间的匹配问题或车身尺寸问题。当然,第一类问题的原因往往与第二类中的白车身问题有关,但之所以把白车身问题单独归为一类,是因为一台白车身就由千余个零件焊接在一起,其制造过程非常复杂[1],所以遇到的问题多数也很复杂,有其独特的专业性。

解决匹配问题的技术称之为匹配技术。匹配技术涉及的范围非常广泛,从汽车设计研发到冲压、焊装、油漆、总装等四大工艺以及零件成型工 艺,三坐标测量技术等都有密切的联系。要想搞好匹配技术,尤其要对车身焊接工艺,总装装配工艺了如指掌。必要时,还要追溯到汽车设计以及单个零件的制造工艺及测量技术中。因此,匹配技术具有涉及知识面广的特点。

2 匹配问题分析方法

匹配问题的基础分析方法是排查人、机、料、

6法、环、测这 大方面,通常用鱼刺图来表示。但这6个方面涉及的范围非常广泛,我们在分析每个问

6题时如果都全面排查这 个方面,将会耗费较长时间,并不利于分析效率的提升。作者在实际工作6中发现在这 大方面中经常涉及到的问题包括人员操作、制造工艺、夹辅具、零件成形模具、零件材

1料、产品结构等,如图 所示。

如果优先排查这几方面可以在一定程度上缩小排查的范围,缩短排查时间,但仍然需要进行多点的排查,还不能从根本上提高问题解决效率。

此外,并不是所有问题都可以通过排查人机料法环测得出结论,比如产品设计问题等。对此,作者通过长期的工作实践,解决大量匹配问题,总结出一些可以帮助快速有效分析问题的方法,主要包括剥洋葱法、互换分析法、破检分析法、尺寸链分析法。下面逐一进行详细介绍。

2.1 剥洋葱法

剥洋葱法就是对问题由表及里、由浅入深,一层一层地分析,直到找到真因为止。遇到匹配问题之后,首先要看全面地评估这个缺陷与哪些总成及零件有关,然后可根据实际经验排除认为相对稳定的因素,从最可能出现问题的零件入手,逐渐深入排查,或者如果对所有相关零件的制造工艺都非常了解,那也可以从工艺过程相对不稳定零件入手深入分析,也可节省一些解决问题的时间,提高效率。当然,如果不具备丰富的经验,也可以利用三坐标测量这种科学的方式[2],对总成进行测量。例如在分析整车匹配问题时,如果初步判断导致问题产生的因素可能有很多,但又无从下手,这时可以首先利用三坐标测量仪对整车进行测量,通过测量问题点所涉及的漆后车身及车身覆盖件的相关位置,可以看出哪些相关点是存在问题的,这样就可以从存在问题的表面点出发去查找产生这些问题点的原因。对于测量没有问题的点就直接排除了,通过这种方式有时可以大大节约分析时间,尤其对于复杂的问题更为显著,以上可称为第一层分析。接下来进行第二层分析,即对内外饰零件及车身总成进行初步分析。如果缺陷涉及内外饰零件,那么可以将零件按规定的方法装配到标准车身(很多企

Cubing,业将其称之为 即内外饰主检具,尺寸公差在 0.2 mm

以内),验证其是否有缺陷,自然就排除了实际车身对问题的影响。如果有缺陷,可用量具粗略测量或者用三坐标精确测量其偏差,进而分析偏差产生的原因,即此零件工艺过程存在哪些问题(可

Cubing依据缺陷出现频次缩小调查范围)。 的优势在于零件状态确认速度快,是确认零件状态的先决

Cubing手段,大多数内外饰件都可以在此完成。在确认零件状态后,如果存在问题,一般还需要进一步查找缺陷点,这时也需要用到三坐标测量方式,精确锁定缺陷点,进而查找零件生产过程相关因素,找到真因,制定措施,这是第三层分析。如果缺陷涉及车身,是否能够排除车身因素,通常要借助车身的总成及分总成尺寸测量报告以及主要的冲压单件尺寸测量报告来判断。汽车企业一般都对车身总成及分总成做定期三坐标测量监控,但由于离线测量监控的频次一般较低,因此往往借助车身在线测量系统进行辅助分析[3]。通常情况下,冲压件在前期尺寸调试完毕,批量生产阶段的稳定性是相对较好的。而由数个零件焊接起来的白车身则更容易产生缺陷,稳定性也较差。如果根据测量结果发现车身总成上某一点尺寸超差,往往会涉及到其它很多部位的分总成问题,并非只靠简单的调整缺陷部位对应的夹具就能彻底解决,而是要做整体的分析,将缺陷点与其它看似不相关的超差点联系起来,再查找是否为夹具定位,工艺设计等问题,这也是第三层分析。

2.2 互换分析法

这是常用的逻辑分析方法。也就是通过与其它车辆的相同或相似区域进行对比,通过零件交叉互换分析,能够迅速锁定差异点,进而找到问题的真因。下面举例说明: B生产线抱怨某车型 柱线束插头装配至车身钣金孔的过程中非常困难,要用很大的力量才能2安装成功,操作十分不便。如图 所示。B分析过程如下:首先测量柱钣金孔尺寸,其85+0.3 mm, 25+0.2 mm,设计尺寸相同:长: 宽: 上部6 mm, 3 mm两圆角半径为 下部两圆角半径为 。根Z据单件测量报告只有左侧靠近后门处 向超差

0.3 mm,

但因左右同样有安装困难现象,因此排除此项可能原因。同理排查内外板档距都符合标准。因为此车型与同一工厂内的另一种车型的插头本身完全相同,为通用件,所以考虑由此入手,寻找两车型差异,并确认差异点是否为缺陷产生原因。通过观察很容易发现,此车型插头的外部还包有一层很厚的胶皮护套(属于线束来件总成),而另一车型插头则没有。于是将不带胶皮护套的插头装在此车型上,很容易就装配成功,将带胶皮的插头装在另一车型上也很困难。 在安装过程中,需要用手推胶皮护套的后部,而胶皮后部并没有和插头后部相接触,两者有约5 mm间隙,而且胶皮后部很厚,而胶皮的前部又与内板接触,因此安装所施加的力大部分因直接作用在胶皮后部,而间接作用在内板上产生损耗,如3图 所示。这就是插头装配困难的主要原因。

参考另一车型,考虑将此胶皮护套取消,既能解决问题,又可以节省成本。于是向设计部门提出此建议,经过产品密封性试验可以确认,连接此插头的车门线束插头的胶皮套已经能够起到足够的密封作用,是完全可以取消此胶皮套的。最终

4,方案得到实施,见图操作者不再有装配困难的抱怨。 此案例通过相似车型互换分析的方法,快速找到问题分析的方向,大大节省了问题的解决时间。

2.3 破检分析法

在分析某些匹配问题时,通过正常的测量及拆装等手段可能无法找到问题的原因,而原因可能存在于零件或总成的内部,这时往往需要利用破检分析法,也就是将零件或总成破坏开来,查找内部是否存在问题。一般在分析涉及涂胶工艺的问题时,常会使用此方法。下面举例说明:

在将某车型左前门开启至最大角度时,用外力再往复摆动车门,此时听到咯咯异响。经确定5异响来自车门下铰链区域,如图 所示。

Catia运用 软件导入此区域三维数模,通过剖

A切进行截面分析,可以看出此区域由侧围外板,柱内板、铰链加强板等若干零件组成,在最大角度摆动过程中,内外钣金均受到扭曲力,因而产生相对运动,这时如果钣金之间直接发生摩擦或碰撞

A等接触,则势必会产生此异响。据此分析,将 柱内板总成进行实物破检,发现下铰链位置的确没

6有任何介质,如图 所示,而工艺要求此处要有绿色加固胶,实际与图纸不符,导致钣金间直接发生摩擦,这是产生异响的原因。后经厂家整改,最终使抱怨消除。

A此案例为异响问题,通过对柱区域进行破检分析,才找到问题的原因。在分析生产制造过

程中的异响及漏雨问题时,这是时常使用的一种方法。

2.4 尺寸链分析法

在实际的匹配问题分析过程中,一个缺陷往往不只是某个零件单独产生的,常与若干个零件有关,也有可能每个零件都不超差,但匹配到一起就会产生缺陷,这也就是偏差累积,此时,利用尺寸链分析[4]方法分析各组成环特点,可以找到改进的方向。当各组成环制造公差与最终匹配要求发生冲突时,可根据零件实际生产稳定性适当调整零件尺寸或缩小公差带,以适应整体匹配需求。下面举例说明:某车型仪表蒙皮与门护板两侧间隙不对称,

3 mm, 7差值大于 视为不合格状态,如图 所示。

经过对相关因素的测量分析,发现门护板零件,车门内间隙均超出了尺寸公差,于是针对这两个因素制定优化措施,使其稳定在公差范围内。但是,缺陷并没有消除,在整车上仍然有间隙差值

3 mm大于 的缺陷存在,由于此问题涉及的影响因

8 1素共有 项,如表 所示,于是考虑借助尺寸链理论,识别出各组成环的给定公差,利用统计分析法计算各组成环累计所能达到的理论公差范围。经计算得出,仪表蒙皮与门护板单侧可达到的公差

± 2.4 mm, 1为 如表 所示,也就意味差两侧的间隙

4.8 mm,差值可以达到 显然超出了要求的范围。

于是,考虑通过挖掘各组成环的潜力,力争缩 小其公差范围,使最终结果满足要求。经过对工艺的优化,可以将车门钣金总成,车门装配内间隙以3 ±及仪表定位螺柱这 个组成环的公差范围缩小至0.5 mm,从而使最终的仪表蒙皮与门护板单侧公差± 1.4 mm, 2达到 如表 所示,两侧间隙对称度达到2.8 mm以内,满足给定的匹配标准,问题得以解决。

此案例属于复杂问题,利用尺寸链分析法,能够理清各影响因素(组成环)累计对缺陷的影响程度,从而找到突破点,降低相关组成环的贡献,最终使匹配精度得到提升。

RPS此外,做尺寸链分析时经常要用到 理RPS论。 理论是匹配分析领域的基础理论,是作为一名匹配分析人员必须掌握的理论之一。零件或

RPS总成的结构和工艺设计都涉及 定位方案,其是否符合定位原则,往往决定着最终的匹配结果

是否符合尺寸链要求。在实际生产过程中有时会RPS发现 设计不合理之处,可以适当更改设计结构,但如果更改投入较大,只能通过工艺改进来尽量弥补设计缺陷。下面举例说明:某车型自投产以来两侧尾灯与侧围间隙经常0.5 mm 1.0±0.5 mm),处于 以下甚至干涉(理论间隙: 8缺陷较严重,如图 所示。 经过测量分析及实验验证,问题的直接原因9为侧围棱线位置面点低,如图 所示,尾灯装配时为保证尾灯与侧围的平度,需要将尾灯向内装配, X因而间隙变小,同时间接受到后盖下部 向的影响,间隙无法稳定。 通过尺寸链分析,发现相关组成环,即尾灯、± 0.5 mm侧围、后盖下沿、尾灯装配即使都在 的公差范围内波动,也无法保证尾灯与侧围的间隙标10准。究其根本原因,从图 可以看出,尾灯棱线处在结构设计上没有定位点,而此处又极易受其它偏差的影响,所以很难保持稳定间隙,这是问题的RPS症结所在。根据 理论,向设计部门提出增加RPS此处凸台及胶垫作为辅助 定位点的建议。后 经可行性评估及模具更改,最终得到实践。经批量验证,干涉缺陷消除,间隙能够达到匹配标准,减少大量返修成本。

RPS此案例利用 理论分析零件的定位方式,对零件的结构设计提出更改意见,使其满足尺寸链要求,使问题从根本上得到解决。

3 结束语

以上的论述和实例展示是作者在工作中通过实践、分析和解决众多生产制造过程中的匹配问题而进行的系统性的总结和提炼,它们代表了大多数匹配问题的分析方法,为匹配类问题的原因分析及对策制定提供指导,为整车生产质量工作提供技术支持。今天,中国的汽车用户高度关注质量,各大汽车厂商们更加追求更高要求的匹配质量及尺寸制造工艺精度,这是行业目前的主要任务之一。因此,本文供各位读者参考和交流,也为今后业内人士对匹配技术的深入研究提供参考和借鉴。

参考文献:

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