DCS在長安公司的應用及展望

1、DCS在長安公司的應用及展望賈信朝，龔成云長安汽車工程研究院【摘要】 介紹了尺寸管理及DCS軟件的應用意義。就DCS在長安公司的應用的現(xiàn)狀作了較詳細的說明，同時對長安公司業(yè)在某車型基礎上已開展的DCS分析工作進行了簡單的介紹?！娟P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，制造部門與設計部門同步開發(fā)的工作方式已經(jīng)得到了廣泛的應用，并已取得良好的效果，但是如何在設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)期的設計變更量是我們應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)。這類軟件廣泛的應用于汽車、航空、開關等工業(yè)制造領域，目的在于推動在設計階段而非制造階段對產(chǎn)品的各零部件的尺寸公差進行合理分配并對分配的結(jié)果進行仿真分析，根據(jù)分析的結(jié)果公差的分配進行調(diào)整或者對產(chǎn)品、工藝的

5、設計提出修正意見，以達到優(yōu)化產(chǎn)品、工藝設計的目的，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)進行分析。2.2 DCS的應用意義在產(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計產(chǎn)品和工藝設計的過程中尺寸管理的重點和要點。我們知道，在國內(nèi)很多設計工作中并沒有明確提出對所設計產(chǎn)品的尺寸需求。在引進DCS之前，長安公司也面臨著很多諸如此類的問題。借助DCS軟件的應用，可以建立一套嚴格的公差分析工作流程，包括每個階段工作的輸入和輸出。在設計階段進行尺寸的公差分析，最大程度的優(yōu)化零部件、工裝的公差分配

6、，協(xié)調(diào)各相關部門以及供應商對產(chǎn)品的尺寸質(zhì)量進行系統(tǒng)的和科學的管理、優(yōu)化、和改進，及時整改設計和工藝，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)階段昂貴的設計變更。在實際是生產(chǎn)過程中，往往存在這種問題：供應商不明確產(chǎn)品的設計要求。如某個安裝點的位置公差應該是多少？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，應用統(tǒng)計學原理對這些公

7、差產(chǎn)生的結(jié)果進行模擬仿真分析，同時認為地可以對不合理的公差的分配進行優(yōu)化，然后進行再分析，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. 設計變更及工藝變更發(fā)生在設計階段，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. 較多的設計變更及工藝變更易產(chǎn)生在試生產(chǎn)期間，周期長，設變費用高工藝設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)設計制造方式尺寸優(yōu)化設計制造方式產(chǎn)品設計產(chǎn)品設計變更工藝變更工藝設計設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、工作嚴謹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)驗教訓可在下一個車型設計制造過程中得到繼承和體現(xiàn)。有利于產(chǎn)品和工藝設計最佳方案的經(jīng)驗共享化，推動產(chǎn)品尺寸質(zhì)量持續(xù)改進，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。3 DCS在長安公司應用現(xiàn)狀3.1 DCS在長安公司應用簡介DCS引進長安公司以來，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的引進使長安公司在產(chǎn)品設計上的工作內(nèi)容更加豐富、完善，同時現(xiàn)在

10、與供應商交流過程中已增加了對供應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。DCS的具體應用是結(jié)合公司當年在研的某A級車項目進行的，但引進之初是針對白車身的精度而來，所以還未進行過總裝零部件裝配的公差分析。由于剛開始進行尺寸方面的研究，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進行某些總成的分析。3.2 DCS在長安公司應用的初步流程DCS在長安公司應用的初步流程是結(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流程基礎上明確了尺寸管理的各

11、個階段工作及相應的責任部門，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，在此基礎上可派生出各個階段的詳細流程，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用示例3.3.1 DCS分析的假設基礎零件公差的設定應遵循如下的流程：1）討論達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）相關公差文件的編制。公差分析假設基礎如下：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，部分賦予公差，然后進行仿真分析。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，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值，穩(wěn)定滿足此目標的零部件均應視為合格。如果在實際分析中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過多方努力，零部件達不到預定的目標或者實現(xiàn)此目標的成本很高，則應考慮調(diào)整此目標。4）零件/總成的MLP。描述零部件的制造中定位基準，這是產(chǎn)品公差的基礎。5）關重組件的裝配工藝。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分析中用來確認需要控制的測量點，這都應反映在產(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)動機倉焊接總成進行了DCS分析，按照以上DCS流程進行了初步公差分配，并在此基礎上結(jié)合已有的工藝流程、MLP等進行仿真模擬分析。對仿真的結(jié)果進行分析，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。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下的公差均可預先賦予一個經(jīng)驗值，在此基礎上進行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用示例雖然3DCS的功能較為強大，同時也較直觀的反應了零件在不同公差、不同定位基準下的波動情況，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)構應用DCS進行公差分析的實例。經(jīng)過1DCS分析，底部搭接的結(jié)構更為合理。a)b)圖 9 某車型地板與門檻搭接的兩種結(jié)構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)構優(yōu)化分析4 結(jié)束語：DCS在長安公司應用前景展望根據(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