DCS在長安公司的應(yīng)用及展望

1、DCS在長安公司的應(yīng)用及展望賈信朝，龔成云長安汽車工程研究院【摘要】 介紹了尺寸管理及DCS軟件的應(yīng)用意義。就DCS在長安公司的應(yīng)用的現(xiàn)狀作了較詳細(xì)的說明，同時對長安公司業(yè)在某車型基礎(chǔ)上已開展的DCS分析工作進(jìn)行了簡單的介紹?！娟P(guān)鍵詞】 尺寸管理 DCS 公差分析 The Application of DCS in Changan CompanyJia Xinchao，Gong ChengyunChangan Automobile Engineering InstituteAbstract: Introduce the Dimensional Management and describe t

2、he application signification of the DCS software. Also introduce the application of DCS by a new model in Changan Company.Key words: Dimensional Management DCS Tolerance Analysis1 引言近年來中國汽車消費市場日益成熟，消費者的消費理念也日趨理性。人們購車時往往樂于在外觀、價格、性能等方面尋求合適的平衡點，其中外觀及性能即是對質(zhì)量的直接要求，而且隨著汽車社會的發(fā)展這種要求也越來越高，而保證外觀及性能的基礎(chǔ)則是較高的車身尺

3、寸水平。民族品牌汽車要想在國內(nèi)激烈的市場競爭中立于不敗之地，甚至參與國際競爭，就必須加快成長步伐，保證較高的產(chǎn)品質(zhì)量，這就對汽車車身尺寸水平提出了較高的要求。同時，有市場競爭力的車型往往會在推出時機和價格上有著明顯的優(yōu)勢，這又對產(chǎn)品的研發(fā)及投產(chǎn)周期提出了更高的要求。如何保證在有限的周期內(nèi)研發(fā)、制造出較高尺寸水平的車身是汽車產(chǎn)品設(shè)計部門與制造部門之間永恒的話題。在長安公司，制造部門與設(shè)計部門同步開發(fā)的工作方式已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并已取得良好的效果，但是如何在設(shè)計過程中即行開始對尺寸的管理與優(yōu)化，減少產(chǎn)品試制及投產(chǎn)期的設(shè)計變更量是我們應(yīng)該考慮的最大的問題。因為在所有影響產(chǎn)品開發(fā)周期的因素中，控制

4、產(chǎn)品和裝配尺寸的偏差對制造成本和制造周期有很大的影響。這樣可以有效地縮短開發(fā)周期、降低成本。為滿足車身在較短時間內(nèi)獲得較高尺寸水平的需求，優(yōu)化尺寸管理的問題，長安公司于2007年引進(jìn)了一款專業(yè)的尺寸分析的軟件DCS。2 DCS概述2.1 DCS基本概念簡介就DCS本身而言，它是美國DCS公司推出的專注于尺寸管理領(lǐng)域一款軟件，全稱Dimensional Control System：公差分析系統(tǒng)。這類軟件廣泛的應(yīng)用于汽車、航空、開關(guān)等工業(yè)制造領(lǐng)域，目的在于推動在設(shè)計階段而非制造階段對產(chǎn)品的各零部件的尺寸公差進(jìn)行合理分配并對分配的結(jié)果進(jìn)行仿真分析，根據(jù)分析的結(jié)果公差的分配進(jìn)行調(diào)整或者對產(chǎn)品、工藝的

5、設(shè)計提出修正意見，以達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品、工藝設(shè)計的目的，同時更重要的是為整個產(chǎn)品的尺寸體系提出了優(yōu)化的公差。長安公司引進(jìn)的DCS軟件分為1DCS和3DCS兩個模塊，分別針對一維和三維公差分配狀態(tài)進(jìn)行分析。2.2 DCS的應(yīng)用意義在產(chǎn)品開發(fā)初期通過對產(chǎn)品尺寸要求的全面定義清晰地理順在設(shè)計產(chǎn)品和工藝設(shè)計的過程中尺寸管理的重點和要點。我們知道，在國內(nèi)很多設(shè)計工作中并沒有明確提出對所設(shè)計產(chǎn)品的尺寸需求。在引進(jìn)DCS之前，長安公司也面臨著很多諸如此類的問題。借助DCS軟件的應(yīng)用，可以建立一套嚴(yán)格的公差分析工作流程，包括每個階段工作的輸入和輸出。在設(shè)計階段進(jìn)行尺寸的公差分析，最大程度的優(yōu)化零部件、工裝的公差分配

6、，協(xié)調(diào)各相關(guān)部門以及供應(yīng)商對產(chǎn)品的尺寸質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)的和科學(xué)的管理、優(yōu)化、和改進(jìn)，及時整改設(shè)計和工藝，提高單件或總成的尺寸質(zhì)量，減少生產(chǎn)線調(diào)試階段的零部件公差匹配時間，并減少在試生產(chǎn)階段昂貴的設(shè)計變更。在實際是生產(chǎn)過程中，往往存在這種問題：供應(yīng)商不明確產(chǎn)品的設(shè)計要求。如某個安裝點的位置公差應(yīng)該是多少？或某個零件的翻邊的面輪廓公差是多少？很多情況下只是給出了籠統(tǒng)的要求：±1.5mm或±0.7mm，這顯然是不合理的。這樣造成供應(yīng)商按這種公差分配做出來的零件存在較多的匹配性問題。DCS較大程度上克服了這類問題的大量出現(xiàn)，它以產(chǎn)品提出的位置公差或面輪廓度為基礎(chǔ)，應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)原理對這些公

7、差產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行模擬仿真分析，同時認(rèn)為地可以對不合理的公差的分配進(jìn)行優(yōu)化，然后進(jìn)行再分析，直到得到滿意的結(jié)果為止。這是DCS軟件工作的核心部分。優(yōu)化后的公差分配很大程度上減少了試生產(chǎn)期間的零件整改、模具調(diào)試的工作量。與在試生產(chǎn)階段發(fā)現(xiàn)問題整改檢驗問題是否仍存在的傳統(tǒng)方式相比，縮短了調(diào)試周期，節(jié)約了成本，如圖1所示：1.公差分配優(yōu)化2.問題容易分析清楚3.問題分析整改驗證周期短4. 設(shè)計變更及工藝變更發(fā)生在設(shè)計階段，周期短，費用低1.沒有公差優(yōu)化的過程2.問題不易分析清楚3.問題分析整改驗證周期長4. 較多的設(shè)計變更及工藝變更易產(chǎn)生在試生產(chǎn)期間，周期長，設(shè)變費用高工藝設(shè)計初步公差零件制造試生產(chǎn)問

8、題發(fā)現(xiàn)問題驗證量產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計初步公差零件制造試生產(chǎn)問題發(fā)現(xiàn)問題整改問題驗證量產(chǎn)優(yōu)化的公差傳統(tǒng)設(shè)計制造方式尺寸優(yōu)化設(shè)計制造方式產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計變更工藝變更工藝設(shè)計設(shè)計變更工藝變更問題分析整改實物數(shù)據(jù)收集與模擬結(jié)果比較DCS公差分析圖 1 優(yōu)化設(shè)計方式與傳統(tǒng)方式相比較示意圖在DCS分析工作中，需要注意一些輸入限制條件，例如某供應(yīng)商提出某個零件的公差要求對它來說太高，它無法滿足這個要求；或者某個零件的公差可以實現(xiàn)，但是實施的成本較高。這些限制情況都需要在分析中就給與考慮。在產(chǎn)品的試生產(chǎn)階段, 根據(jù)生產(chǎn)測量數(shù)據(jù)對前期仿真輸入和結(jié)果的校驗來及時發(fā)現(xiàn)實際生產(chǎn)中的問題，并迅速尋求問題的緣由和解決方案。模擬分析

9、結(jié)果的好壞與分析人員的經(jīng)驗、工作嚴(yán)謹(jǐn)程度等方面存在很大的聯(lián)系，實物測量的數(shù)據(jù)和模擬分析的數(shù)據(jù)對比分析為模擬人員經(jīng)驗的提高及零件公差的更優(yōu)化分配提供一種解決方案。所有在產(chǎn)品開發(fā)過程中就尺寸管理所做的整改和經(jīng)驗教訓(xùn)可在下一個車型設(shè)計制造過程中得到繼承和體現(xiàn)。有利于產(chǎn)品和工藝設(shè)計最佳方案的經(jīng)驗共享化，推動產(chǎn)品尺寸質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。3 DCS在長安公司應(yīng)用現(xiàn)狀3.1 DCS在長安公司應(yīng)用簡介DCS引進(jìn)長安公司以來，在工作上逐漸建立起了一套初步的流程，這個流程在今后的項目工作中將會得到逐步的完善。誠如2.2.所描述的作用，DCS的引進(jìn)使長安公司在產(chǎn)品設(shè)計上的工作內(nèi)容更加豐富、完善，同時現(xiàn)在

10、與供應(yīng)商交流過程中已增加了對供應(yīng)商輸出能力掌握的內(nèi)容，這些都為DCS分析的開展打下了較好的基礎(chǔ)。DCS的具體應(yīng)用是結(jié)合公司當(dāng)年在研的某A級車項目進(jìn)行的，但引進(jìn)之初是針對白車身的精度而來，所以還未進(jìn)行過總裝零部件裝配的公差分析。由于剛開始進(jìn)行尺寸方面的研究，對DCS軟件的熟悉仍有待深化，所以在該項目中進(jìn)行了發(fā)動機倉焊接總成及白車身外觀的公差分析優(yōu)化。公司的其他項目也逐漸開始使用DCS進(jìn)行某些總成的分析。3.2 DCS在長安公司應(yīng)用的初步流程DCS在長安公司應(yīng)用的初步流程是結(jié)合尺寸管理、公差分配的一般原理與長安公司目前研發(fā)的CA-PDS流程而制定出來的，即在CA-PDS流程基礎(chǔ)上明確了尺寸管理的各

11、個階段工作及相應(yīng)的責(zé)任部門，同時也明確了各個階段的輸入輸出物。如圖2所示長安DCS尺寸管理工作流程，圖3所示長安DCS軟件操作流程。目前此流程為總體工作流程，在此基礎(chǔ)上可派生出各個階段的詳細(xì)流程，同時此流程顯得較為初步，需要經(jīng)過多個項目的驗證后進(jìn)行完善。圖2 長安DCS尺寸管理初步工作流程圖3 長安DCS軟件操作流程3.3 DCS在長安公司某車型的應(yīng)用示例3.3.1 DCS分析的假設(shè)基礎(chǔ)零件公差的設(shè)定應(yīng)遵循如下的流程：1）討論達(dá)成一致意見并將其體現(xiàn)在各部門共同遵守的文件中；2）完成產(chǎn)品或樣件的數(shù)據(jù)建模；3）相關(guān)公差文件的編制。公差分析假設(shè)基礎(chǔ)如下：1）除非特別指出，零件的公差均服從正態(tài)分布；2

12、）所有的零部件均被認(rèn)為是剛體，不存在變形；3）除非特別指出，重力的影響不考慮在內(nèi)；4）單件在總成裝配中的磨損不考慮在內(nèi)；5）裝配夾具和檢具的變形不考慮在內(nèi)；6）夾具和檢具的熱變形及熱膨脹不考慮在內(nèi)；7）一般三維數(shù)據(jù)模型中的尺寸是公稱尺寸；8）仿真計算的次數(shù)（樣本數(shù)）為2000。3.3.2 DCS分析的輸入條件1）產(chǎn)品3D數(shù)據(jù)。這是DCS分析的基礎(chǔ)之一，DCS中將3D數(shù)據(jù)的點、線、面定義成點，在這些元素中，部分定義為基準(zhǔn)，部分賦予公差，然后進(jìn)行仿真分析。2）產(chǎn)品數(shù)據(jù)初步公差值。這是初步的公差數(shù)據(jù)，是DCS工作的另一個基礎(chǔ)，整個分析工作的內(nèi)容就是通過仿真模擬，優(yōu)化產(chǎn)品公差。3）產(chǎn)品功能尺寸要求草圖

13、。這是公差分析的目標(biāo)值，穩(wěn)定滿足此目標(biāo)的零部件均應(yīng)視為合格。如果在實際分析中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過多方努力，零部件達(dá)不到預(yù)定的目標(biāo)或者實現(xiàn)此目標(biāo)的成本很高，則應(yīng)考慮調(diào)整此目標(biāo)。4）零件/總成的MLP。描述零部件的制造中定位基準(zhǔn)，這是產(chǎn)品公差的基礎(chǔ)。5）關(guān)重組件的裝配工藝。這里主要針對車門、發(fā)動機等重要組件的，其他的零部件在工藝流程中體現(xiàn)。6）車身工藝流程。7）供應(yīng)商輸出的工藝能力。8）初步測量計劃。這在DCS分析中用來確認(rèn)需要控制的測量點，這都應(yīng)反映在產(chǎn)品功能尺寸要求草圖中。在試生產(chǎn)時期，這可作為SPC計劃，并可將實測結(jié)果與DCS分析階段的模擬結(jié)果相互比較，優(yōu)化分析后確定新的公差，同時分析人員積累相關(guān)經(jīng)驗以

14、利于下一個項目的規(guī)避。3.3.3 3DCS在某車型發(fā)動機倉焊接總成分析中的應(yīng)用示例在長安公司某車型開發(fā)過程中，對發(fā)動機倉焊接總成進(jìn)行了DCS分析，按照以上DCS流程進(jìn)行了初步公差分配，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合已有的工藝流程、MLP等進(jìn)行仿真模擬分析。對仿真的結(jié)果進(jìn)行分析，提出了一些工藝流程的修改建議、MLP的優(yōu)化建議、零部件公差分配的建議等，這些為實物零件在試生產(chǎn)時期取得較好的裝車效果打下了堅實的基礎(chǔ)。圖4為發(fā)動機倉焊接總成工藝流程，圖5為MLP示意圖，圖6為功能尺寸要求圖，這在優(yōu)化的過程中逐漸發(fā)展成為初步測量計劃。圖 4 發(fā)動機倉焊接總成工藝流程圖5 MLP示意圖圖 6 功能尺寸要求圖在公差分配方面

15、，各零件的在定位基準(zhǔn)下的公差均可預(yù)先賦予一個經(jīng)驗值，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行DCS分析，同時為取得更優(yōu)化的公差值，往往對已有的公差進(jìn)行調(diào)整，對比不同的分析結(jié)果，平衡考慮成本及尺寸精度選擇合適的作為最終分配的結(jié)果。如圖7所示，夾具定位面為不同情況下的四個結(jié)果，綜合考慮，夾具中定位面精度選擇為±0.1mm或±0.15mm比較合適。 a) b) c) d)圖 7 不同夾具定位面精度下的公差分析結(jié)果夾具定位面精度：a) ±0.05mm b) ±0.1mm c) ±0.15mm d) ±0.2mm 在公差分析的結(jié)果對MLP的編制也有著一定的優(yōu)化意義。如圖

16、8所示，零部件定位方式為不同情況下的兩個結(jié)果，定位方式二模擬分析的結(jié)果比定位方式一得到更小的6值，所以優(yōu)先考慮這種定位方式。 a) b) 圖 8 不同定位方式下的公差分析結(jié)果夾具定位面精度：a) 6=0.9mm b) 6=0.7mm3.3.4 1DCS在某車型地板總成局部分析的應(yīng)用示例雖然3DCS的功能較為強大，同時也較直觀的反應(yīng)了零件在不同公差、不同定位基準(zhǔn)下的波動情況，但是DCS真正大量使用的卻是1DCS，因為1DCS在一維尺寸上的分析更為快速、簡潔明了；不過這往往對公差分析人員的現(xiàn)場工藝經(jīng)驗提出了較高的要求。圖9、圖10所示為某車型地板總成與門檻搭接結(jié)構(gòu)應(yīng)用DCS進(jìn)行公差分析的實例。經(jīng)過1DCS分析，底部搭接的結(jié)構(gòu)更為合理。a)b)圖 9 某車型地板與門檻搭接的兩種結(jié)構(gòu)a) 側(cè)面搭接 b) 底部搭接 圖 10 某車型地板與門檻搭接的兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析4 結(jié)束語：DCS在長安公司應(yīng)用前景展望根據(jù)市場形勢，產(chǎn)品的更新?lián)Q代的加快是產(chǎn)品取得市場先機的條件之一，長安公司的項目從立項到投產(chǎn)整個周期的將會越來越短，這對產(chǎn)品設(shè)計提出了較高的要求，DCS在尺寸管理方面的優(yōu)勢將更為明顯。當(dāng)然，目前DCS存在某些方面的不足，例如將零件視為剛體的假設(shè)在側(cè)圍等尺寸較大、柔性較強的零件上不適用，不過目前這些不足仍不會影響到現(xiàn)階段長安公司在尺寸管理方面的需求，這將會是以