（车辆工程专业论文）基于基准点系统与功能尺寸的轿车车身制造质量控制.pdf

浙交通人学坝i j 学他论史 摘蜚 基于基准点系统与功能尺寸的 轿车车身制造质量控制 摘要 f 轿车车身作为轿车的主体组成部分，其制造质量对轿车的市场竞争 力具有决定性的影响。国内外汽车工业界与学术界不断进行轿车车身制 造质量控制方法的研究，以基准点系统与功能尺寸为基础的轿车车身制 造质量控制方法就是现代轿车车身制造质量控制理念与实践的一个典型 代表。对基于基准点系统与功能尺寸的轿车车身制造质量控制体系进行 深入研究，掌握国外现代轿车车身制造质量控制的先进思想与方法，对 提高我国轿车车身制造质量控制能力、改善我国轿车产，口l 制造质量、增 强我国轿车产品市场竞争力，具有重要的现实意义。7 ， 本文从理论基础、实践应用和数据处理三个角度，对轿车车身制造 质量控制体系中的基准点系统与功能尺寸进行了深入剖析。 随过对以往轿车车身制造质量控制思想与方法的分析，本文提j = f 现 、 - 代轿车车身制造质量控制过程的六颈特l i ：采川并行：翻珀均概念与方法 “ 进行轿车产品的设计开发和轿车车身制造质量的控制；轿车车身制造质 量控制的检测数据驱动及科学分析方法与工程实际的紧密结合；轿车生 产：企业购置大量先进的检测设备成川于轿i ! ，1 i 身制造质量的检测与监 控：轿车车身制造质量的企过程控制；轿j ；乍身制造质量的全而质量管 理：汽车生产企业与大学和研究机构密切合作，产学联合共同开展汽车 湘交通人学坝i 学位论史 车身制造质量控制- t 程。 本文着重分析了基准点系统的三大准则：六点定位准则、网络平行 性准则和一致性准则，并讨论了基准点系统与功能尺寸为轿车车身制造 质量控制体系带来的优势。i 本文结合轿车车身具体零部件的结构特征、工艺特点和功能要求， 深入分析了基准点系统与功能尺寸的层次继承性。同时，对基准点系统 与功能尺寸在轿车车身制造质量检测过程巾的应用也进行了讨沦。 本文应用控制图分析、可持续改善指数( ( 7 i i ) 分析和相关聚类分析 等。探索对轿车车身制造质量榆测数据f ( 功能尺寸和检测点检测数据) 的处理与分析方法，并结合轿车乍身生产工艺，为轿车车身制造质量的 稳定与提高提供数据支持。 通过对基于基准点系统与功能尺寸的轿车车身制造质量控制方法的 t 多角度研究，本文认为基准点系统与功能尺寸是轿车车身制造质量稳定 ， 与提高的具有实践意义的控制理念与控制方法。，对基准一 系统与功能尺 寸的理解与掌握，对我国轿车车身制造质量控制方法的研究与发展具有 重要的难动作用。；， 一 关键字：基准点系统? 功能尺扎轿乍车身，制造质蔷控制、 一：= ：= ， i ：塑銮塑叁堂塑! 堂丝堡兰! ! 兰 m a n u f a c t u r i n gq u a l i t yc o n t r o lo f c a r - b o d y b a s e do nr p sa n df d a b s t r a c t t h em a n u f a c t u r i n gq u a l i t yo fc a r b o d yh a st h em o s ti m p o r t a n ti n f l u e n c e o nc a r ss a l a b i l i t ys i n c et h ec a r - b o d yi st h em a i np a r to f ac a r t h er e s e a r c ho n m a n u f a c t u r i n gq u a l i t y c o n t r o lm e t h o do fc a r b o d yi sd o n ec o n t i n u a l l yb y m a n u f a c t u r e sa n dr e s e a r c h e r s ，f o r e i g n e r so rc o u n t r y m e n ，o f c a r t h em e t h o d b a s e do nr p s ( r e f e r e n c ep o i n ts y s t e m ) a n df d ( f u n c t i o n a ld i m e n s i o n ) i s j u s t a t y p i c a lr e p r e s e n t a t i o n o fi d e aa n d p r a c t i c e o fm o d e mc a r b o d y s m a n u f a c t u r i n gq u a l i t yc o n t r 0 1 i ti sn e c e s s a r y t od or e s e a r c ho nm a n u f a c t u r i n g q u a l i t yc o n t r o ls y s t e mo fc a r - b o d yb a s e do nr p s a n df da n di ti s i m p o r t a n t t om a s t e rt h ea d v a n c e dt h o u g h ta n dm e t h o do fm a n u f a c t u r i n gq u a l i t yc o n t r o l o ff o r e i g nm o d e mc a r b o d y t h er e s e a r c h i s p r a c t i c a l t o i m p r o v i n g t h e m a n u f a c t u r i n gq u a l i t y c o n t r o lo fc h i n a s c a r b o d y a n dt h e m a n u f a c t u r i n g q u a l i t yo f c h i n a sc a r a n a n a l y s i so fr p sa n df d i nm a n u f a c t u r i n gq u a l i t yc o n t r o ls y s t e mo f c a r b o d yi s c a f i e do u ti nt h r e ef i e l d s t h e o r yb a s i s ，p r a c t i c a la p p l i c a t i o na n d d a t ap r o c e s s t h r o u g h t h e a n a l y s i s o ff o r m e r t h o u g h t a n dm e t h o do fc a r - b o d y s m a n u f a c t u r i n gq u a l i t yc o n t r o l ，t h ec h a r a c t e r so f t h ec o n t r o la r et h eu s a g eo f c o n c e p t i o n a n dm e t h o d so fc o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，t h ed r i v eo fm e a s u r ed a t a ， t h em e a s u r ea n dc o n t r o lo f c a r - b o d y sm a n u f a c t u r i n gq u a l i t yb yu s e o fl o t so f a d v a n e e dm e a s u r ed e v i c e s t h ew h o l e p r o c e s s c o n t r o lo f c a r b o d y s m a n u f a c t u r i n gq u a l i t y ，t h ew h o l eq u a l i t yc o n t r o lo fc a r - b o d y sm a n u f a c t u r i n g q u a l i t ya n d t h ec o o p e r a t i n gb e t w e e nm a n u f a c t u r e ra n dr e s e a r c h e ro f c a r t h er p s st h r e er u l e s r u l eo fl o c a t i o nw i t hs i xp o i n t s ，r u l eo f p a r a l l e l i s m t og r i da n dr u l eo f c o n s i s t e n c y ，a sw e l la st h ea d v a n t a g eb r o u g h tb yr p s a n d f d ，a r ed i s c u s s e d t h eh i e r a r c h ya n di n h e r i t a n c eo fr p sa n df di s a n a l y z e di nv i e wo f t h e s t r u c t u r ec h a r a c t e r , p r o c e s sc h a r a c t e ra n df u n c t i o nd e m a n d t h e a p p l i c a t i o no f ! 塑奎丝叁兰丝! ! ：堂丝堡苎 塑兰 r p sa n df di nm e a s u r ep r o c e s so f c a r ，b o d yi sa l s oa n a l y z e d t h em e a s u r ed a t ao fc a r b o d y sm a n u f a c t u r i n gq u a l i t ya r ep r o c e s s e dw i t h t h et o o l so f c o n t r o lc h a r t c 1 1a n dc l u s t e r i n g t h r o u g ht h ea n a l y s e sa b o v e ，i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tr p sa n df da r e p r a c t i c a l c o n t r o li d e aa n dc o n t r 0 1m e t h o dt os t a b i l i z ea n d i m p r o v e t h e m a n u f a c t u r i n gq u a l i t yo f c a r b o d y k e yw o r d s ：r p s ，f d ，c a r b o d y , m a n u f a c t u r i n gq u a l i t yc o n t r o l 沟交通人学顺l j 学位论文第一章绪论 第一章绪论 产，铺质量，决定了一类产t w ，征田际市场和f q 内市场上的竞争力，代表了一个国 家科学技术的发展水平，体现了一个民族的科研素质与生产素质。 1 1 轿车车身制造质量 产- 暴质量是反映实体满足明确和隐含需要的能力的特征总和。归纳起来，产品 质量包括产品的性能、寿命、可靠性、安令性和经济性。 从八十年代以来，国际汽乖市场的竞争空河激烈，世界各主要汽车生产集团都 而临严峻的考验，力求通过调整产口l 结构和组织结构、加快产品丌发、提高制造技 术、降低制造成本、改进管理、推行新的营销战略，以处于不败之地。 以：i e 美的汽车工业与几本的汽车工 l k , i - n 比较，：| 匕美汽乖零件的不合格品率为 1 4 ，而f i 本汽车零什的不合格l 孔率仅为0 0 0 1 ，二：抒相差达一干至网干倍。同本 汽乍工h k 在装配过程巾的在线零仆装配数i f 均俪辆汽印只有0 1 个，i ) ；lj i - l ，汽车零 件的备什库存费用极少。反之，北荚汽乍t i k 仅此一项就需多花犹1 0 亿荚元。 1 图1 1 轿车、车身、总成和冲压零件 ( a ) 轿车( b ) 车身( c ) 总成( d ) 冲压零件 f i g 1 - ic a r , c a r b o d y ，a s s e m b l ya n ds t a m p i n gp a r t ( a ) c a r ( b ) c a r - b o d y ( c ) a s s e m b l y ( d ) s t a m p i n gp a r t 河变j 面人学坝l 学位论义 柳一节绪论 所以n 本汽车制造业以质量高、价格低的产帚，迅速占领田际市场，使美国制造的 汽车棚形见绌，以至美固汽乍工q k 失去了近3 0 的阑内汽车市场，仅】9 9 2 年就创下 了3 6 6 亿美元的赤字。由于汽车制造、【k 在美国是最大的产业部门，汽车d 比占全荚 囤生产总值的9 ，所以这不仅是对美困汽车制造业的巨大冲击，同时也在相当程度 上影响了美因的整个罔民经济的发展。 i i 此可见，产品的竞争，归根结底，就是产品质量的竞争。轿车生产企业追求 产品在市场上的份额，市场依据轿车制造质量和其他因素决定企业在市场上的占有 率。因此，市场的吸引力和竞争压力成为轿车制造企业强化质量意识，建立质量管 理和控制系统以提高和稳定轿车制造质量的外部要求。 在典型的现代轿车生产企业中，轿车生产过程按工艺顺序分为四个子过程：冲 压过程、焊装过程、喷涂过程和总装过程。与之相对应，轿车生产企业的主要生产 部门包括冲压车问、车身j 二m 、喷漆i ：问和总狄i f j 。除企业内部生产制造的零件 外，轿车上的内饰件、外饰件和其他一些零部件( 如发动机、风窗玻璃、车轮轮胎 等) ，是直接从外协厂购买的。因此，现代轿：t - d - 产形成了以轿车生产企业为核心、 集成了国内外数十个外协f l ：d - 产厂家的庞大的! l 三产体系。在这个生产体系中，成百 上千的零件，在轿车生产企业内，经历冲压、焊接、喷涂、装配等多种工艺，通过 上百个工位的制造与装配，组合成这个体系最终产口轿车( 见图卜l a ) 。 庞大的生产体系，繁杂的零件部件，多样的牛产t 艺和众多的小产工位使得 系统的、全面的、合理的、实用的轿车生产制造质量管理和控制体系成为轿车生产 体系的内在需要。 轿车习：身( 见图卜1 h ) 作为轿乍的骨架，足轿乍的动力系统、行驶系统、电气系 统、内外装饰等轿车子系统的载体，足轿午动力性、舒适性、平顺性等轿车性能的 载体。是轿车外观形象、外观质量的载体。所以，轿车车身的制造质量对轿车的制 造质量具有决定性的影响：轿车车身的制造质量控制是轿车制造质量控制体系中最 为关键f f 勺一环。 在轿车车身生产过程中，来自冲压过程的各类冲压零件( 见网卜1 d ) ，首先在车 身车间的分拼线上，通过手工点焊、自动点焊被焊装为分总成、总成( 见图卜1 c ) 。 然后在总拼自动点焊_ ! 产线l i 剥符个总成和某些冲压零仆按一定的工艺顺序进行焊 装。最后，经过补焊、打磨等修补工序得到轿车车身。轿车车身的生产过程，如图 1 2 所示。轿车车身就是车身车间的“最终产品”；轿车车身的制造质量就是车身车 涮质量控制的最终目标。 轿车车身制造质量的优劣，将影响后续的喷涂过程和总装过程，最终决定轿车 整车的制造质量。轿车车身制造质量羞，或制造质量不稳定，会产生大量的返工、 修补及其他应急 北施：严币的质最事故还会使产一冒- 报废。存食、l k 内i i | j ，这将降低生 产效率、增加生产成术；在企业外部，则影i 】l - 轿车质报信誉，削弱企、肚的产品竞争 力。 海交通人学f l ! j i j 学位论义 例如，菜轿车生产企、i k 机 接到用户反映的轿车质j i 问 题一一“使用高压水枪洗乖 时，后箱漏水”之后，进行 问题排查，确定足山于在1 i 身生产过程中，左后轮罩与 减震器支架之间焊缝缝隙过 大造成的。在没有明确产生 这个质量问题的原因之阿， 企业只好采取临时措施：在 唢涂过程中，使用大量p v c 涂料填充焊缝。由此，不仅 影响了企业的生产节拍，降 低生产效率，增加喷涂工人 的劳动强度，而且，更严重 的是使企业耗费了十几万元 的p v c 涂料，增加了氽、i k 的 生产成本。 所以，提高和控制轿车的 制造质量，首先应着重提高 和控制轿车车身的制造质 最。 1 2 轿车车身制造质量控制 ) ) 左后纵梁厶斤纵粱 + + 前底扳斤底扳总成左、也前轮罩 + ， 水辅总成f 部结构纠仆i，- ：、z i 历轮罩 0 1 i 顶r 部f 林g f h c l ：l i左、右侧闱 + 。 0+ 前、斤屯盖i由i 前、后下f j + 轿下下身 图1 2 轿车车身的生产过程 ( a ) 逻辑过程( b ) 生产实例 f i g 1 2m a n u f a c t u r i n gp r o c e s so f c a r - b o d y ( a ) l o g i c a lp r o c e s s ( b ) m a n u f a c t u r l n gp r o c e s sc a s e 质量控制是为达到质量要求所采取的作业技术和活动，其内容包括确定控制对 象、规定控制标准、制定控制方法、选用枪验技术、检验操作、做检验结论、对 失控进行排除故障处理使之恢复受控。 i ：! ! 窒丝叁主塑! ! 堂丝堡墨 一兰= 蔓! ! 鱼 世界各大轿车制造企 , l k g i 研究机构，为提高轿乍产r 1 7 - 质量、降低企业生产成本， 在轿车车身制造质量控制方面始终在逃行着卓有成效的探索和研究。 八十年代初，美圉罗得岛大学( u n i v e r s i t yo fr h o d ei s l a n d ) 的两位教授提m 了 项技术j i t 新：而向制造和 l l 装的设计( d f m a ，d e s i g n f o r m a n u f a c t u r i n ga n d a s s e m b l i n g ) 。其目的在于指导设计师在不影响产品功能的自u 提下，简化产品结构， 通过合并以减少零部件的数量，并节省组装工时。对于象现代轿车车身这样一种结 构复杂、零部件数量多的产品而高，组装费工，且精度难以保证。所以，从产品设 计阶段丌始就充分考虑制造和组装，可以大大降低成本。从1 9 8 4 年丌始，美国 福特汽车公司和通用汽车公司就先后实施了“面向制造和组装的设计”，作为其提高 产品质量和降低生产成本战略的一部分。 1 9 9 1 年，美国密西根大学( u n i v e r s i t yo f m i c h i g a n ) 吴贤明教授提 ： 了命名为“2 m m 工程”的计划构想，并于1 9 9 2 年正式启动。该计划为提高汽车车身制造质量提出了 一枢套行之有效的科学方法，包括：以利学的榆测数新：为依折：米推动1 i 身糙体偏差 量的减少：使先进的统计方法与工程科学4 1 1 + i 合：建立车身装配过程的信息管理系 统等。通过“2 r a m ”工程的实施使美国汽车制造业在很短的时删就赶上了| i _ ! = 界先 进的汽车制造水平。 上海通用汽车有限公司从1 9 9 1 年丌始研究其车身建造过程的质量及费用问题。 1 9 9 6 年丌始使用“功能性评估”( f e ，f u n c t i o n a le v a l u a t i o n ) 。功能性评估是一个循 环分析和决策的过程：通过分总成、总成直至憋个车身在检验央具上的建造过程， 基于匹配、功能和外观对车身零件及整个车身加以评估，看能否满足客户的要求。 功能性评估方法能对设计进行检验，使总装厂稳定地得到使顾客满意的车身。1 德国大众汽车公司也在提高和稳定汽1 ：4 1 身制造质量方而进行着尝试与努力。 它提出并实施了基准点系统( r p s ，r e f e r e n c ep o i n ts y s t e m ) ，用以解决车身设计、 制造和检测中的基准点的统一问题。同时在基准点系统的基础上，建立了功能尺寸 系统，摒弃了先前在轿车零部f l ：年n 车身没计图纸上采用的相对于坐标系网格线标注 尺寸的方法，直接以功能尺寸体现轿乍零 i j l ，| ：和1 i 身l ：f 门m 要的尺寸关系，缩短了 工艺和装配尺寸链，避免了公差积累，捉珊了零部什和1 i 身的制造与装配精皮，有 效地控制和稳定了轿车车身制造质最。 通过回顾轿车生产企, j k 平r i 研究机构在轿车车身制造质量控制方面的理论和方 法，可以清楚地发现，在现代轿车生产过程r f l 轿车车身制造质量控制过程具有如 下六个特点： 1 采用并行工程的概念与方法进行轿车产品的设计开发和轿车车身制造质量的 控制 长期以来，制造、1 1 产讯的丌发过祝火郁沿丌j 从没计到 | i i j 造的小行，t - 产模武， 州“需求分析一概念设汁一详细没1 i 一过张设l - i - - k l i ：0 造一试验榆测一设计修改” 的流程。于陔生产模式，l ，徉个一【j 作环仃彼此分离，f 7 - + 以水环节的需要和优化出发， 海交通人学f 叭i 学位论文 笫一幸绪论 彼j i e i n 缺乏沟通，很少也很难考虑相关坏竹的需求，造成在设计的早期无法全而地 考虑产品牲个生命周期中的符种索，如可制造性、结丰 ! 】工艺性、质鲢保证等，在 制造的后期才能发现所制造的产品存在很多缺陷，必然要求对设计进行修改，构成 了从概念设计到设计修改的大循环，而且可能在不同的环节多次重复这一过程，造 成殴计改动量大，物力消耗火，丌发成木i ：_ ，丌发周j jk ，质址不易保证，难以满 足激烈的市场竞争的需求。 并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，c e ) 是针对传统的产品串行丌发过程而提 出的一个概念、一利，哲理和一类方法。可以认为：卉二行工程是集成地、并行地设计 产品及其相关的各种过程的系统方法，该方法要求产品开发人员在设计一丌始就考 虑艇个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度 计划和用户要求。并行工程通过组成多学科的产品丌发群组协同工作，利用各种计 算机辅助工具等手段使产晶丌发的各个阶段既有定的时序又能， ：行，同时采用 上、下游的各种因素共同决策产品丌发各阶段工作的方式，使产品丌发的早期就 能及时发现产品丌发全过程中的问题，从而缩短产品丌发周期，提高产品质量，降 低生产成本，增强企业的竞争能力。h 面向工程的设计( d f x ) 是一类支持设计的工具的总称，包括而向装配的设计 ( d f a ) 、面向制造的设计( d f m ) 、面向质量的设计( d f q ) 等，覆盖了产品从设 计、制造到使用、报废回收的整个生命周期，使在产品的设计阶段就能考虑到生产 制造阶段的问题。面向工程的设计方法提侣在设计中考虑后续阶段的问题，因此它 是实现并行工程的一种方法：由于它包含了许多模型和算法，所以又是并行工程的 支持工具。因此，在面向制造和组装的设计( d f m a ) 中体现的就是并行工程的设 计思想，是并行工程理念的具体工程技术应用。 并行工程强调“多学科的产- 吊丌发群组的仂、同工作”。这在德网大众汽车公司的 基准点系统与功能尺寸系统的建立与实施过程中得以体现。为建立和实施基准点系 统，就需要一种包括丌发部门、质保部门、规划部门、生产部门和外协厂家在内的 各部门相关人员结合在一起协同工作的组织方式，即“同步工程小组”。同步工程小 组是由来自生产全过程的所有参与部门以及配件厂商的一些相关人员组成的一种小 范田i | 在i 时性的协调机构。它实行任务型管理。 f 项目经理或专家委派任务，其工作 内容是编制任务计划书。当任务完成其使命也就结束了。同步工程小组的工作过 程是，首先由小组长提出建议方案，然后小纽成员；= | = 述各自要求，并提出对自己最 有利的方案，从而展丌讨沦，最后山小组成员同决定各成员都可接受的最终方案。 这种在质帚控制体系设计阶段形成的同步r t 秤小组，集成了产，帚小产仝过程的相关 人员进行系统规划，是并行工程理念在轿车制造质量控制过程中的一种组织形式和 管i 咀方法上的具体体现。 2 轿车车身制造质量控制的检测数据驱动及科学分析方法与工程实际的紧密结 合 ! ! 塑銮塑叁兰丛! ：堂竺丝苎一翌二里! ! 坠 轿车- d i 制造质罱控制的管理，与大多数其他的具有“定性多、定量少”特点 f i 使用专用央具和组合央具，是制造系统的重要研究领 域之一。 由此可见，为实现无央具或少火具制造，必须从根本上打破传统制造操作模式 的约束，寻求新的制造操作棋式，即“硎定冒位一加 ：”模式。这一模式在轿车车 身分总成、总成和车身的焊装制造过程巾晌核心概念足：工件( 轿车乍身冲压零件、 分总成和总成) 在焊装前不需在焊装工位的央具上定位，只需利用工件的某些特征 随机地固定其状态即可：利用工件之问的具有特殊结构的纂准点系统进行匹配工件 之问的相对定位，并嗣定4 n x i 位嚣；最后进行焊装加 ：。 如图2 2 4 所示，为无央具或少火具焊装加工 的示例。该焊装过程为两平板焊装。上板1 4 有两 个通j l ，下板上对应位罱有两个螺柃。焊装时， 要求下板的螺栓穿过上板的通孔，之后进行焊装。 在传统焊装过程中，首先需要把上板和下板 在焊装兴具上进行定位和兴紧，使上板的两个通 - t b g n 下板的两个螺栓在空问坐标系中具有对应的 位兄。之后，通过央具使上板和下板配合，并网 定上板和下板的相对位箭关系。最后进行焊装加 工。 图2 - 2 4 无夹具或少夹具加工 f i g 2 2 4m a n u f a c t u r i n g w i t h o u tf i x t u r eo rw i t hf e wf i x t u r e s 托无火只或少火儿焊装d l i1 1 ：过秤i h 汁先确 定一h 扳两个通孔为上板的基准点，在一h 板加工过程中严格控制西个基准点的相对位 胃。同样，也确定下极两个螺枪所祚| ，| j 孔为下板的) 燕准点，存下板加_ 过程r j l 严 格控制两个基准点的相对化胃。焊装时，先利用下板的下平面随机地把下板固定在 焊装工位上，然后利用螺栓与通孔，使上板与下板直接配合，并通过兴具固定两者 之问的相对位置关系，最后进行焊装加工。 鉴于无兴具或少央具焊装加工自身对焊装工件结构上的特殊要求和轿车车身焊 装对象自身在刚度方面的特性，使得无火具或少火具焊装加工在轿车车身焊装制造 过程中的广泛应用遇到很大的障碍。但是，以恭计i i 点系统和功能尺一r 为。b 的轿车 车身设计与制造方法，为无央具或少央具焊裟加工在部分具有特殊结构和刚性较强 的轿车车身零部件上的应用提供了质挝保i i l j 蛳l l l 。 ；玎空j 面人学f 峨l 学位论义 2 3 4 检测数据与设计要求和焊装状态的一致性 对轿车车身零件、分总成、总成和车身制造质量的检测( 包括在线检测与离线 枪测) 是轿车车身制造质”i = s = l 控制体系中的重要一环，在保证产哺质量、节约和降低 g i 产锊朋! 成本等方面发挥着亚婴的作j j 。 轿午车身检测对象制造质量检测环二肖的任务，方i ! j i 足验证轿车1 i 身枪测对象 的制造质量是否满足设计要求，即质量评价，另一方丽是在枪测刘象的制造质量不 满足设计要求时，对质量问题进行初步分析与判断，即误差溯源。 本小节以离线检测中的轿车车身坐标测量机检测为例，说明基准点系统在轿车 车身制造质量评价过程中的重要性，以及丛准点系统足蜘l 何保证检测数据与设计要 求的一致性的。 使用坐标测量机对轿车车身进j ? , t j l l 造质最检测的过程，实质一二就是首先通过坐 标测量机建立与轿车车身设计坐标系( 挫车坐标系) 相匹配的枪测坐标系，然后把 轿车车身定位并固定在榆测啦标系中，利用坐标测量机检测系统检测测点的三坐标 数据，并与该测点理论坐标位置相比较，得出检测点的质量结论，既而依据所有检 测点的制造质量推论出轿车车身的制造质量。由此可见，检测环节首先是通过验证 检测数据与设计状态是否匹配来判断轿车车身制造质量的优劣。从理论上讲，只要 检测数掘与设计标准相一致就可认定轿车车身制造质量合格。 但是，在实际检测过程中，这样的检测数据本身存在着一些问题，突出的一点 就是检测( 定位) 基准与设计款h e 不一定重合。7 i ! 检测过程巾的定位驰准选择往往 依掘检测过程自身的优化选择，致使检测( 定位) 基搬与殴计基准偏离，为检测数 据带来基准不重合误差。 如图2 2 5 所示，假设0 点为轿车车身设计丛准，即整车屯标系原点。0 点为轿 车乍身在检测过程中的检测( 定位) 基准点，0 点与0 点之问x 向间距为x 。图中 a 点为轿车车身上的检测点。在使用坐标测最机对a 点的x 向坐标位霄进行检测时， 尚先得到a 点相对于检测( 定位) 撼准点0 的x 向一i 皂标x ，然后通过坐标测景机内部程序转化为 设计坐标系内的x 向班标值x ，i x = x 。+ x 。 当检测( 定位) 基准相对于设计基准无制造 偏差时，通过上述坐标转换关系可以得到检测点 在设计坐标系( 整车坐标系) 内的正确的坐标值。 但是，| | ：j 于制造上的原冈。榆测( 定位) 艰玳往 往存在相对于设计基猁i 的偏差。假设，检测( 定 位) 基准相对于设计基准在x 方向存在ax 。的偏 差，即o 点 - 50 点x 向的阳j 距变为x ，+ ax 。a 点在设计坐标系( 整车坐标系) 中j 、h x i i - - 1 二设计牲 图2 2 5 检测( 定位) 基准 与设计基准不重合 f i g 2 2 5d e p a r t u r e b e t w e e nm e a s l l r eb a s i s a n dd e s i g nb a s i s a 湘交通人学f l ! ； l j 学位论义讹一章轿1 ：乍身制i 盘质量挡制坫奉问题 准存x 方向不存在偏差，即a 点1 jo 点x 向f l l 7 1 i 4 j y , jx 。这样，7 l ! 检测过程叶1 ， 先以检测坐标系为基准枪测a 点xi f j 坐枷i 为x 一ax 。阿通过i 标测城机内部程序 转换得到检测点a 在设计 蝰标系( 牡乍坐标系) 一t l 的x 向测量坐标值x + a x ，且x + x = x l , + ( x ax 。) = ( x o + x ) 一ax 。从而得到检测点在设计坐标系( 整车坐标 系) 中x 向的坐标偏差x = 一a 孙使得榆测( 定位) ) s 准桐对 ：设汁占准的坐标偏 芳转变为检测点c r l x 口于设计一睦标的坐标偏芹，检测点坐标偏差“无中生有”，产1 1 - x 十 检测点制造质量的错误判断。 为此，有必要在轿车车身设计过程和检测过程全面实施基准点系统，在轿车车 身的设计阶段就充分考虑检测过程对检测( 定位) 綦准点的布胃要求，全面、合理 地安排设计基准与检测( 定位) 基准，消除在检测过程中检测( 定位) 疆准与设计 基准不重合而带来的检测数据与实际质量状态的不一致。 下而以离线检测中的轿车车身检测剐象坐标测量机检测为例，说明继h l i 点系统 在轿车车身制造质量误差溯源过程中的重要性，以及如何通过基准点系统保证检测 数据与制造状态的一致性的。 轿车车身制造质量的检测，不仅要能检测检测对象的制造质量问题，而且还 应能够进行初步的误差分析与判断，提供误差的分稚部位、产生原因及解决方法等。 而后者关键依赖于轿车车身检测剥象检测数据与该柃测对象在加工成型过程中焊装 状态的可比性。具体讲，就是检测环节的检测坐标系与焊装环节的加工坐标系之阳j ， 要具有相似性。：两个坐标系之问的相似性，是建立在检测( 定位) 基准与焊装( 定 位) 基准重合的基础之上。这f 是基准点系统恭准重合要求在制造环节与检测环节 之问的具体体现。 在实际检测过程中，轿车车身检f j j x 十象首先通过基准点被定位在柔性检测兴具 上，然后在与焊装过程相同的部位对检测对象进行必紧，使得检测对象在检测央具 上的定位兴紧状态与对应焊装对象在焊装央具一l 的定位央紧状态致，检测央具上 检测对象的空间状态和受力状态与焊装央具上刘应焊装对象的空间状态和受力状态 d l l f 以。 定位央紧后，要进行基准点校验，要求检测对象所有的撼珂l i 点都在要求的空间 范田之内。只有满足上述要求的检测对象，才丌始其他检测点的检测：否则检测对 象便被认为制造质量不合格。 通过基准点之间的严格对应关系和检测i 订的i 占班点校验，保证了检测对象在检 测过程中检测状态与对应焊装对象在焊装过程中焊装状态的严格对应，使检测对象 的检测数据完全、准确地反映焊装过程中存在的质量问题，保证了检测数据与焊装 状态的一致性。 j 生型塑坠竺型生旦堂丝丝二l 一一 垫：= ! ! 堑! ! ：皇型丝坚生堡型竺鱼塑塑 2 4 本章小节 本章拙述了基准点系统与功能尺j j 在轿车车- 身设计、制造和检测过程r n 的应用， 并对轿乍乍身糍玳点系统j 功能尺寸的殴定原州进行了深入分析，研究了j j c ；- t f l ；点系 统与功能尺寸设定的三大准则：六点定位准则、网络平行性准则和一致性准则。最 斥i ，本章深入研究了在轿车午身制造质量控制体系q 一采用j 走准点系统与功能尺寸而 带来的优势：基准重合与定位綦准统一；提高配合精度；精确定位：检测数掘与没 河交通人学f _ ! l “学位论义 第三章基准点系统与功能尺寸研究 基准点系统与功能尺寸是在以往轿车车身设计、制造和检测全过程巾积累的实 践经验的基i f l l j ：，对轿车车身制造质量控制体系与方法的一次全面系统的总结与集 成。本章将依据设计、制造和检测实例，进一步研究基准点系统与功能尺寸在轿车 车身制造质量控制过程中的应用。 3 1 基准点系统与功能尺寸的层次继承性 轿车车身的冲压零件、分总成、 总成和车身是基准点系统与功能尺 寸的物质载体，基准点系统与功能 尺寸的层次继承性根源于其物质载 体的层次继承性。 轿车车身的冲压零件、分总成、 总成和车身之刚具有层次性。如图 3 1 所示，冲压零件与标准零件首 先焊装为分总成，然后分总成与相 关冲压零件、标准零件焊装为总 成，最后总成与相关冲压零件、标 准零件焊装，得到轿车车身。轿车 车身的层次性一方面依据轿车车身 图3 1 轿车车身零部件的层次继承性 f i g 3 1l a y e ra n di n h e r i t a n c eo f c a r - b o d y sp a a s 的殴计结构，另一方面则依据轿车车身的制造工艺。因此，轿车车身在制造过程中 可划分为四个层次，即冲压零件、分总成、总成和车身。在轿车冲压零件、分总成、 总成和车身上，都有根据各自结构特征、工艺特点和质量要求而设定的基准点系统 和功能尺寸。基准点系统与功能尺寸先天地山于其物质载体( 冲压零件、分总成、 总成和车身) 而形成层次关系。 轿车车身的冲压零件、分总成、总成羽i 车身之问具有继承性。如图3 - l 所示，该 继承性主要体现在如下三个方面。筇一，物质继承性，这是显而易见的，河一层次 的实体以物质的形式传递到后一层次相应的实体上，后一层次的实体在物质形态上 包含前一层次的实体。物质继承性是轿车车身各层次之问其他继承性的物质基础与 根本原因，没有物质继承性，就不会有其他的继承关系。第二，工艺继承性。机械 河交通人学坝i 学他论文 始三章坫准点系统jj 山能j t q - o 究 加工工艺规划的依据是被加工别象的结构特征、材料特性、质量要求以及所能够利 用的加丁设箭等等。轿车车身再层次之间的物质继承。p ：决定了工艺继承性，i j u 一层 次的定位毒准、央紧方式等必定决定着后一层次的定位綦准、央紧方式，后一层次 的定他 “i i 、火紧方必定根源j 利受限制h m 腠次f | 勺定化j 占准、火紧方式。第 三，质点 信息继承性。制造质啦是依附于被加工工件的，依赖于被加工： 什的组成 部分木身的制造质量和组成部分在焊装过程中的焊装质量。轿车车身分总成、总成 和车身的制造质量，分别山各自层次的f m 一层次的组成划缘的制造质量平各自层次 在制造过程中的焊装质量决定，同时，轿车车身分总成、总成和车身的制造质量也 反映了各自层次的前一层次的组成对象的制造质量，成为前一层次组成对象制造质 逾的又一条反馈渠道。正是i lj 于轿车车身的冲压零件、分总成、总成昶i 乍身器层次 之间的物质继承性、工艺继承性和质量信息继承性，决定了各层次相关实体之间基 准点系统与功能尺寸的继承性。从物质继承性上讲，丛准点系统与功能尺寸都是建 立存轿乍乖身冲压零什、分总成、总成和午身l 1 9 q ；l - ： i l l i x 上，如7 l 、栅以及特? 正平而 点等，特征点在各层次之间的继承必然引起基准点系统与功能尺寸的继承。从工艺 继承性上讲，基准点系统中的重要组成部分定位基准点必然会随菥轿车车身制 造工艺过程在轿车车身各层次之间传承，| j 一层次的定位- j _ i 时f l 点有可能就是后一层 次的定位恭准点，后一层次的定位旗准点优先在时层次组成部分的定位基准点中 进行选择。从质量信息继承性上讲，基准点系统与功能尺寸作为轿车车身制造质量 于段，证是依赖于轿车车身再层次之州质屉信息的继承。p _ l - ；d 得以进行。 基准点系统与功能尺寸的层次性与继承性既有区别又有联系。从内涵上讲，层 次性是指轿车车身的制造逻辑，继承性是指轿车车身的传承体系，它们是有显著区 别的。但是，层次性是继承性的基础，没有层次性的系统是谈不上继承性的；继承 性是层次性的精髓，没有继承性的系统是松散、独立而毫无联系的，无法对体系进 行的有效的检测与控制。所以，对。r 轿车车身基准点系统与功能尺寸的层次性与继 承性，统称为层次继承性。 本节以某轿车车身左后纵 梁分总成为例，说明基准点系 统与功能尺寸在轿车车身冲压 零件、分总成、总成和车身各 制造阶段的层次继承性。 轿车车身左后纵梁，如图 3 - 2 所示，足轿车车身后地扳 总成的重要组成部分。左后纵 梁分总成共包含1 6 个冲压零 件，如图3 - 3 所示。这1 6 个 图3 - 2 轿车车身左后纵粱 f i g3 2r e a rl a e v o s l r i n g e ro f c a r - b o d y 抄 ! ：塑銮望叁堂! - ! l 兰：竺堡兰 坐二! 业堡坐墨竺j ! 些堂! 型型壅 易 歹爹爹。 ；q 移，。坳” 图3 - 3 轿车车身左后纵梁组成零件 f i g 3 3p a n so f r e a rl a e v o s lr i n g e ro f c a r b o d y 袁3 1 轿车车身左后纵梁组成零件 编号零仆名称粕i 6 0零1 ，| ：名称 1 左侧纵粱加长板 9 左侧后纵粱加强板 2 左侧后纵粱 l o 左侧后纵粱下部加强板 3 后纵梁上部加强板 1 1 左侧车桥支架 4 消声器悬架 1 2 左侧加强板 5 左侧后纵梁加强角板 1 3 左侧靠背支架 6 安全带加强板 1 4 左侧加强板车桥固定 7 左侧总粱支撑板i l5 后地板外侧左横梁 8 后纵梁隔板l 1 6 备胎槽左横梁 组成零件的名称，见表3 1 。 - 轿车车身左后纵梁的焊装制造工艺过程，如图3 - 4 所示。轿车车身庄后纵梁分总 成的结构特征决定了其工艺过程。可以看出左后纵梁分总成的焊装工艺足紧密围绕 冲压零件“左侧后纵梁”( 零件编号2 ) 而进行的，且以“二侧后纵梁”冲压零件为 3 9 r 。，步 l ：! ! ：! 奎塑叁兰塑i ：兰些丝塞坠三兰型生兰垒竺兰壁坐型! ! 笠 2左侧后纵粱 左侧纵粱加长板 安全带加强板 左倒车桥支架 左侧总梁支撑板i 后纵粱隔板 后纵粱上部加强板 0 左侧后纵粱下部加强扳 法磊4 | 消声嚣悬架 5 i 左侧后纵梁加强角板 5 j 后地板外侧左横梁 丁门甄瓣五磊i 一 工 住 四 一 9 一 l3 1 4 左侧后纵粱加强极 左侧靠背支架 左侧加强板车桥固定 轿车车身左后纵梁 图3 - 4 左后纵粱焊装工艺 f i g3 4m a n u f a c t u r i n g p r o c e s so fr e a rl a e v o s t r i n g e r 母体，其他1 5 个冲压零件依次附d r i p 7 装到母体零件卜，最后形成以“序侧后纵梁” ? , bj - e 零件为主体的左侧后纵梁分总成。 对于轿车车身左后纵粱分总成越准点系统与功能尺寸的层次继承性，将就三个 方而的问题展丌讨论： 基准点系统与功能尺寸的层次性 冲爪零件基准点系统之洲的对应关系 基准点系统的继承性 3 1 1 基准点系统与功能尺寸的层次性 如l i ；j f i j 7 述，结构上的层次。i f i i ) “生了丛h i 烈i 系统f l q ) a 次p i ：。祚轿1 i 乍身如后纵梁 分总成的焊装制造过程中，涉及到轿车车身的两级结构一一冲压零, f , i - 年h 分总成，即 上述的1 6 个组成冲压零件和左后纵梁分总成。 冲压零件有自身的基准点系统，如图3 - 5 所示示例，为“左侧后纵粱加强扳”( 零 i ：塑窒堡叁：i ! ! ! i ! 兰丝堕：! ! ! ： 笙二堡：! ! ! ：! 墨竺! ! 型堂尘坐! 坐上 件编号9 ) 的瑟“l ；点系统。该零4 i 二l ： 的地准点系统，根据六点定位准则和 零件结构特点，