近幾年來，世界知名汽車制造企業(yè)的國際性合并不斷加劇著汽車市場的競爭，開展轎車車體制造尺寸偏差控制研究正在成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)問題之一。轎車車體制造是融合了沖壓成形、自動裝配生產(chǎn)線、機(jī)器人焊裝及檢測技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的過程。
車體制造偏差是在全球汽車制造企業(yè)普遍存在的質(zhì)量問題，直接影響到車體風(fēng)噪聲、密封性和平順性等性能。90年代初，美國轎車車身制造綜合偏差在士2mm以上，顯著高于日本車體的士1mm水平，為此丟掉了30%左右的國內(nèi)市場。隨著為期3年的“2mm工程”項(xiàng)目的成功，1996年美國車體制造趕上了世界先進(jìn)水平，逐步奪回了原有市場份額。歐洲車體制造偏差的最好水平在士1.25-1.5mm左右，目前在提高車體制造質(zhì)量方面也進(jìn)行著嘗試與努力，如：德國大眾公司正在推行的RPS參考點(diǎn)系統(tǒng)。然而，我國轎車車體制造偏差還不夠穩(wěn)定，平均在士3mm以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平，為振興民族轎車工業(yè)，迫切需要開展控制車體制造偏差的研究。
轎車車體(即白車身)通常是由300-500個(gè)薄板沖壓件在50-90個(gè)裝配站上焊裝而成，基于薄板沖壓件易變形特點(diǎn)，車身制造裝配過程的零件沖壓質(zhì)量、裝焊夾具夾緊定位的不穩(wěn)定、焊裝變形及零部件裝配干涉等引起的零件尺寸偏差在車身裝配過程中發(fā)生耦合、積累和傳播形成車身制造的綜合偏差。
面向車體制造過程的裝配偏差。
面向車體裝配是一個(gè)多薄板沖壓件的多層次復(fù)雜裝配過程，基于車體裝配過程的偏差流理論揭示了裝配偏差在車體裝配過程中的傳播規(guī)律，為根據(jù)零件偏差、定位穩(wěn)定性、工夾具偏差及零件干涉預(yù)測車體制造偏差，確定各個(gè)裝配偏差源對車體綜合制造偏差的貢獻(xiàn)率，進(jìn)行車體裝配偏差控制奠定了理論基礎(chǔ)。
焊接是轎車車身裝配的主要形式，尤其是點(diǎn)焊，轎車車身平均有3000-5000個(gè)焊點(diǎn)。因此，車體焊接裝配過程偏差是車體綜合偏差的主要來源之一。根據(jù)車體零件裝配形式不同可將車身裝配形式分為并聯(lián)和串聯(lián)兩種基本形式。研究表明，串聯(lián)裝配偏差僅與零件幾何形狀有關(guān)且偏差具有累積性；并聯(lián)裝配偏差與零件幾何和零件受力有關(guān)，各偏差差源對綜合偏差的影響系數(shù)代數(shù)和為1，零件并聯(lián)裝配后的綜合偏差小于單個(gè)零件誤差。特別地，當(dāng)并聯(lián)裝配的兩個(gè)零件中，一個(gè)零件的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另一個(gè)的零件剛度時(shí)，綜合裝配偏差主要取決于大剛度零件的零件偏差，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于零件的自身偏差。
夾具是車身各零件進(jìn)行裝配的載體，對車體裝配質(zhì)量具有致關(guān)重要的作用。正確設(shè)計(jì)的夾具應(yīng)具有良好的形面定位能力、正確的定位點(diǎn)和夾具類型，保證夾具形閉合、力閉合及自鎖特征。
另外，隨著焊接機(jī)器人在汽車車身制造生產(chǎn)線的廣泛應(yīng)用，車體裝配生產(chǎn)線多機(jī)器人的柔性裝配研究也逐漸深入。
車體裝配偏差的檢測與統(tǒng)計(jì)技術(shù)
車體尺寸數(shù)據(jù)的跟蹤是實(shí)現(xiàn)車體裝配過程監(jiān)控的基礎(chǔ)，檢測方法決定了車體裝配過程監(jiān)控的精確性和有效性。
檢測樣具是70年代前廣泛使用的傳統(tǒng)檢測工具，檢測速度極慢，無法迅速提供足夠的特征樣本數(shù)據(jù)。三坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)依靠其較高的精度和柔性，成為80年代初乃至現(xiàn)在國內(nèi)外汽車制造廠的流行檢測設(shè)備，但測量速度受到制約，當(dāng)發(fā)現(xiàn)制造過程出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)，存在此類缺陷的若干產(chǎn)品已被轉(zhuǎn)移到后續(xù)工序中，因而裝配過程中缺陷檢測和診斷并不是十分有效。80年代末，光學(xué)坐標(biāo)測量機(jī)(ocmm)的出現(xiàn)為車體裝配過程的在線測量提供了可能，對樣點(diǎn)實(shí)現(xiàn)100%的采樣測量(20)，為裝配過程的質(zhì)量界定和誤差源定位提供了豐富的多變量尺寸信息。
最初，監(jiān)測和控制車體裝配過程采用了傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)過程控制圖分析方法。然而，車體裝配尺寸偏差測量數(shù)據(jù)往往具有很強(qiáng)的相關(guān)性，主成份分析(PCA)方法逐漸成為統(tǒng)計(jì)分析車體裝配偏差的主要方法。
車體裝配偏差的研究
極值法、統(tǒng)計(jì)分析法和蒙特卡羅(Monte-Carlo)模擬法是分析裝配偏差的3種常用方法。這三種方法都假設(shè)零件為剛體，其裝配偏差的集合特征僅由幾何或(和)運(yùn)動關(guān)系確定。
1980年，Takezawa根據(jù)汽車柔性薄板件裝配的研究指出，“基于剛體假設(shè)的誤差累積理論難以適用于轎車車體柔性薄板沖壓件的裝配，其裝配誤差可以小于零件偏差，并接近于剛性較大的零件”，揭開了柔性件裝配誤差研究序幕。尤其90年代初，美國密西根大學(xué)率先開始了有關(guān)車體柔性件裝配誤差的系統(tǒng)性理論研究，并在美國汽車制造企業(yè)成功開展了降低車體制造誤差的“2mm工程”項(xiàng)目，為解決轎車車體制造過程中的質(zhì)量問題找到了一組行之有效的方法。
我國車體裝配偏差控制技術(shù)發(fā)展的幾點(diǎn)建議
長期以來，汽車車身開發(fā)工作一直采用順序的串行工程方法。位于車身全生命周期初期的車身設(shè)計(jì)階段，要求設(shè)計(jì)公差盡可能小。然而，制造成本與設(shè)計(jì)公差成反比，允許公差越小，制造成本越高。多薄板沖壓零件的車體裝配受制造裝配過程因素的影響，由于車身制造過程位于并接近全生命周期的尾聲，在設(shè)計(jì)過程中不能及早考慮車體制造偏差，致使制造質(zhì)量不能完全符合設(shè)計(jì)要求。
為了迎合我國轎車工業(yè)發(fā)展的需要，在展望車體裝配偏差控制技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，必須盡快在國內(nèi)開展轎車車體裝配質(zhì)量控制研究，尤其是以下車體裝配偏差體系的研究：
1.面向設(shè)計(jì)的裝配偏差控制技術(shù)
車身制造裝配過程與車身
設(shè)計(jì)進(jìn)行并行的一體化設(shè)計(jì)，以并行工程模式縮短車身開發(fā)周期、提高車身質(zhì)量。將車身制造偏差信息反饋到車身設(shè)計(jì)的初始階段，通過設(shè)計(jì)階段預(yù)設(shè)裝配間隙實(shí)現(xiàn)裝配過程偏差的自補(bǔ)償;利用裝配偏差定量評價(jià)車身結(jié)構(gòu)的裝配設(shè)計(jì)。有利于制造的設(shè)計(jì)偏差控制和與設(shè)計(jì)相適應(yīng)的制造過程控制，是控制車體綜合偏差所追求的目標(biāo)。
2.建立車體裝配偏差控制系統(tǒng)
現(xiàn)有車體裝配偏差研究仍處于分片分塊式的研究方式，在基于實(shí)例的車體零部件偏差研究的基礎(chǔ)上建立車體裝配偏差的控制系統(tǒng)。包括工夾具的優(yōu)化設(shè)計(jì)與魯棒性設(shè)計(jì)、零部件裝配偏差的自適應(yīng)補(bǔ)償、車體裝配焊點(diǎn)分布及焊接順序優(yōu)化等更加合理的柔性薄板裝配系統(tǒng)。
3.車身裝配的虛擬系統(tǒng)
仿真車體零部件柔性裝配過程，檢驗(yàn)柔性裝配可能發(fā)生的干涉，反饋車體零件設(shè)計(jì)信息，優(yōu)化車體裝配生產(chǎn)線。
（轉(zhuǎn)載）
