汽车尺寸工程中标准和测量技术的现状与发展对策

樊亚亚 刘广

摘 要：测量是科学的眼睛，更是工程的眼睛，唯有精准的测量数据才能确定产品与产品技术规范和要求相符合的程度，才会有良好的质量、成本和效率的组合体，测量更是未来制造中大数据的基础，是智能制造的基础之一。因此，研究汽车尺寸工程中标准和测量技术的现状与发展对策具有重要意义。下面笔者就对此展开探讨。

关键词：汽车尺寸;标准;测量技术;现状

1尺寸工程概念

尺寸工程是为了让产品外观设计、装配以及功能更为符合消费者需求，能够经得起市场考验，其应当贯穿在产品开发的全过程中。国内汽车行业发展中缺少健全的几何精度设计规范，设计的公差一般都是根据设计者的经验获取，合理性有待商榷。尺寸工程是基于传统制造领域发展而来，其更为规范化，应用更加广泛，在工程制造领域中皆可以用尺寸工程保证产品的精度。汽车开发中所应用的尺寸工程属于一个系统概念，涉及零部件制造、产品工装与外形设计、产品装配等。汽车开发中可能会遇到诸多问题，例如产品装配时存在的装配干涉困扰，零部件制造时存在的尺寸公差是造成装配干涉的主要和直接原因，尺寸工程就能解决该问题。因为尺寸工程的应用能最大程度上降低零部件尺寸公差，保证尺寸准确性以及车身精度。

2现代测量技术及其在汽车行业的应用

2.1基于实物标准器的测量方法

这种测量方法的测量工具皆为实物，常见的实物标准器有卡尺、千分尺、塞尺、通止规及综合功能量规（检具）等。

2.2基于虚拟标准器的测量方法（也称数字测量方法）

该方法是通过对被测工件（表面或体）进行离散点获取并载入基于CAD的测量软件后，通过对点云的相关操作及与CAD模型的比对和赋值来进行测量和误差计算。这类测量仪器一般包括了点（点云）测取装置和测量软件两部分。这类测量的常见装备有：三坐标测量仪、关节臂、激光跟踪仪、蓝光/白光/激光测量仪、数字比对仪、圆度仪、轮廓仪以及粗糙度仪等。在实际应用中，基于精度、效率和成本的综合考虑，测量操作可能被配置在实验室、车间（在线、在机）等场合。同时，针对具体的测量和控制要求，还会制作专用测量设备进行测量操作。

目前，上述所有的测量方法都被广泛地应用在汽车制造过程中，其主要应用有：1）在高精度机加工方面应用，大量采用了三坐标测量机，特别是在动力总成关键零件加工中，三坐标测量机更是直接被配置在生产线中进行在线的测量和数据反馈，以调整和控制加工过程。2）在车身（钣金件）方面应用：在白车身整车方面广泛采用了高精度三坐标测量臂（双臂/三臂），而在车身零件方面，则采用检具，或定位样架与三坐标测量机、关节臂、激光跟踪仪、蓝光、白光和影像等测量仪相配合的方式进行测量。3）在内外饰件和压浇铸件方面应用：除了三坐标测量机外，还大量应用蓝光、白光、激光等测量设备对形面进行快速测量。4）在表面结构方面的应用：粗糙度的应用在机加工方面十分普及，波纹度等在缸体、缸盖、活塞也有深度的应用。随着数字化测量技术的发展，同时考虑到效率和成本的因素，基于实物标准器的测量方法正在逐步退出生产现场。几何测量的数字化时代已经来临。

3我国在几何测量方面与国际先进水平的差距分析

其主要表现在以下几个方面：1）所有的高端测量仪器，特别是数字化的检测装备全部来自国外。国内的测量装备在生产实际中的应用极少，其主要原因在于仪器精度、可靠性、软件功能等方面。2）在基于實物标准器的测量领域，包括综合功能量规（检具）、匹配样架方面，国内已有能力制造并全面替代了国外产品。3）测量传感器大多购自国外，这导致在国内自制的专用测量装备上核心部件受制于国外。4）测量软件方面国内测量装备存在大量使用国际市场化测量软件的现象，自主开发软件功能相对欠缺。5）在测量数据应用方面，尽管汽车领域有数据统计分析（SPC）的要求，但在实际应用中无论是SPC工具的应用还是最终分析数据的反馈应用等，都与国外存在差距，其核心是对质量过程控制的理解以及方法的设计和应用未到位。6）测量结果的应用存在问题，其主要原因在于测量要求，即GD&T标注和应用未完全体现在功能和控制的要求，导致测量结果无法对应实际工况，引发测量数据无效。7）测量数据的合格性问题突出，主要表现在对测量规范制订和测量过程管理的不到位，特别是对测量系统分析（MSA）工具的应用不够充分，最终引发测量数据的可信度问题，以及测量数据的比对问题。

4汽车几何测量技术的发展和对策

1）测量要求的变化：测量要求将被明确地分为面向零件装配功能和加工控制，从而使测量结果能够直接对偶到实际工况，这方面变化已在相应的国际GPS&V标准中体现。2）高精度扫描测量技术，特别是高精度CT的全“体”测量技术，将在相当程度上淘汰绝大多数的测量操作，并将彻底改变现有的几何质量定义、控制和检测的方法和流程。3）测量技术的应用将形成全尺寸、全方位、全过程的特点，同时，数据的精准度和可信度、信息的完整度和有效性、大数据的价值性，包括数据集的关联性和可挖掘性等。4）测量操作的自动化将成为主流，可以预见的是今后在后端的测量操作将以机器人等智能装备搭载测量装备和自动测量机为主。5）对测量系统的数字建模和优化迭代将成为数字孪生的一个重要组成部分。6）测量系统及测量数据都将被集成在智能制造系统中，特别是数字进程的标准构建和应用是这项工作的核心，目前美国ANSI已构建了两版的质量信息架构标准，即QIF2.0（Quality Information Framework），从而将测量系统和测量数据/信息完全融入到企业的信息化体系。基于上述对测量技术现状的分析和对发展趋势的研判，建议我国汽车领域在测量技术研发和应用方面重点突破和提升途径为：1）用3?5年时间，在企业着力贯彻ISO 9000“循证决策”的原则，充分运用先进测量工具，完成对质量状态的全面数字化，从而使质量状态及过程显性化和可视化。2）用5?10年时间，结合车企的实际测量与控制需求和国家重在仪器研发战略，争取在高精度数字化测量装备这部分有所突破。3）用3?5年时间，结合车企对质量状态数字化和信息化需求，结合国家工业软件研发战略，在测量数据处理、模型重构、数据和模型应用、数据管理、实验室管理等方面软件和模块的研发和应用方面有所突破。4）用5?10年时间，在测量系统建模和优化方面开展工程实践，并将测量数据和测量系统融入到企业的信息化架构中。5）用3?5年时间，结合我国车企的应用需求，形成具有中国特色的QIF标准体系。6）用3?5年时间，重点开展工业CT技术在新能源汽车方面的应用研究，形成相应的测量规范和评判标准，为新能源汽车质量和安全保驾护航。

结束语

综上所述，产品几何质量是产品质量不可或缺的部分，是中国制造和中国产品立足和发展的基础和根本。标准是唯一的、可行的质量抓手。这也就是李克强总理讲的“用先进标准倒逼中国制造能力的提升”的真正内涵。

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