蘇世棟

摘 要：汽車后保險杠與尾門的間隙段差匹配一直是汽車主機廠整車感知質(zhì)量的重點和難點。以某車型后保險杠與尾門間隙段差為例，通過VisVSA軟件采用Monte Carlo（蒙特卡羅）方法進行虛擬偏差分析以及優(yōu)化方案的虛擬驗證，減少實車匹配階段的重復(fù)性工作，對縮短項目開發(fā)周期以及節(jié)省成本具有重要意義。

關(guān)鍵詞：VisVSA;偏差分析;后保險桿;尾門

1 引言

隨著人們對美觀的追求越來越高，對汽車靜態(tài)尺寸感知質(zhì)量的要求也越來越高，尺寸偏差分析在汽車尺寸前期開發(fā)占據(jù)這愈發(fā)總要的地位。尺寸偏差分析過程中，若是簡單的提高尺寸鏈中每個鏈環(huán)公差要求會增加生產(chǎn)成本。各公司都希望通過優(yōu)化定位、采用簡易工裝、者先進的制造工藝或采用穩(wěn)定容差大的結(jié)構(gòu)等方法縮短尺寸鏈環(huán)、減少公差累積。尾部作為整車可視A面，尺寸靜態(tài)感知質(zhì)量尤為重要。

本文基于VisVSA技術(shù)，以某汽車后保險杠與尾門尺寸匹配為例，采用數(shù)字化手段進行尺寸分配方案的優(yōu)化，進一步提高了尺寸偏差分析的精度和容差設(shè)計的合理性。

2 VSA偏差分析的原理以及流程

偏差分析（Variation Analysis），簡稱VA，核心思想是采用Monte Carlo（蒙特卡羅）方法模擬實際生產(chǎn)中零件的制造或者裝配過程，以此仿真分析實際零件制造或裝配中的尺寸問題，蒙特卡羅模擬法事一種以概率和統(tǒng)計理論方法為基礎(chǔ)使用隨機數(shù)來解決很多計算問題的方法。將需求解的問題和相應(yīng)的概率模型聯(lián)系起來通過計算機虛擬抽樣和統(tǒng)計，可得到穩(wěn)定的近似解。工程生產(chǎn)近似的概率模型為正態(tài)分布，VisVSA軟件根據(jù)輸入的零件形位公差，和相應(yīng)的概率模型，隨機產(chǎn)生不同尺寸的虛擬零件，進行多次模擬裝配，對需求解的尺寸鏈封閉環(huán)進行多次測量和統(tǒng)計，最終可得標準偏差（σ）、工序性能（CP）、工序能力（CPK）等關(guān)鍵參數(shù)。

如圖1，通過分析裝配環(huán)節(jié)上零部件的尺寸分布和公差，考慮偏差的累積和傳播，來計算裝配體的尺寸分布和總成公差，實現(xiàn)在設(shè)計階段對結(jié)構(gòu)方案的尺寸質(zhì)量進行評估。偏差分析宗旨是在成本、制造能力范圍內(nèi)合理分配零部件制造公差，使每個零部件公差符合設(shè)計要求。但并不是所有的零部件公差都能符合要求，這時候需從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計等方面找出影響因素，減少公差源，或者通過更改結(jié)構(gòu)設(shè)計，將車身公差累積到非重點的特征上。

3 后保險杠與尾門偏差分析

后保險杠與尾門偏差包括后保險杠與尾門豎直段&水平段之間的間隙段差，如圖2。

其偏差累積不但與各級零件的公差設(shè)定直接相關(guān)，還與尾門自身的安裝定位方式相關(guān)，相關(guān)影響的因素包含后保險杠、后保險杠左右安裝支架、后保險杠中間安裝支架、尾門總成、白車身、尾門安裝工具。

3.1 后保險杠與尾門分析的輸入和輸出

一、輸入：（1）相關(guān)三維數(shù)據(jù)，后保險杠、后保險杠左右安裝支架、后保險杠中間安裝支架、尾門總成等;（2）目標文件DTS，建標點與校核目標如圖3;（3）裝配工藝，各零件裝配關(guān)系以及裝配工藝，如圖4;（4）相關(guān)零件定位信息&公差信息等。

二、輸出：（1）VSA分析模型和分析結(jié)果;（2）白車身公差建議，后保險杠裝配方向以及后保險杠中間安裝支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議報告

3.2 后保險杠定位方案

后保險杠安裝點較多，各方向均有控制點，此次分析采用兩種裝配方案進行分析。

Case 1：Z向為第一裝配方向，用于分析水平段U/D間隙。 其中Z1/Z2為卡扣配光孔，添加浮動變量裝換成第一安裝面;X向取兩點為第二裝配方向;Y向采用與左右安裝支架面居中裝配 ，如圖5。

Case 2：X向為第一裝配方向，用于分析豎直段C/C間隙和面差。X1-X4第一裝配方向;Z1/Z2第二裝配方向;Y向采用與左右安裝支架面居中裝配，如圖6。

3.3 建立偏差分析模型進行分析

各項輸入信息為前提下在VisVSA軟件中建立偏差分析模型以及建立裝配和測量，如圖7。

分別對上述兩種裝配方案進行5000次的仿真計算，后保險杠與尾門的間隙、面差分析結(jié)果見表1（方案1），結(jié)果分析如下：

水平段GAP1-GAP3：在后蒙皮中安裝支架Case1裝配結(jié)果如下，結(jié)果超差大，6σ偏大。經(jīng)分析，后蒙皮中間安裝支架為Y向長條型結(jié)構(gòu)，第一裝配方向幾乎在一直線上，裝配時容易擺動，影響Z向精度，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。建議優(yōu)化結(jié)構(gòu)！

表1說明：1、超差0～3%為綠色，可接受;2、超差3～10%為黃色，待討論;3、超差>10%為紅色，需整改

3.4 針對分析結(jié)果進行優(yōu)化

（1）后保險杠中安裝支架：

Case1（原有結(jié)構(gòu)）：由于該支架長條形Y向很長Z向很窄，3個點難于構(gòu)成一穩(wěn)定的主定位面，采用4個點做第一裝配面 ，后保險杠中間安裝支架Z向test點偏差情況如圖8。

在后保險杠中安裝支架Case1裝配結(jié)果如下，結(jié)果超差大，6σ偏大。經(jīng)分析，后蒙皮中間安裝支架為Y向長條型結(jié)構(gòu)，第一裝配方向幾乎在一直線上，裝配時容易擺動，影響Z向精度，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。建議優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖9！

優(yōu)化結(jié)構(gòu)后，在后蒙皮中安裝支架取Z向測試點結(jié)果如圖12所示，結(jié)果好不超差，6σ小，結(jié)果穩(wěn)定。優(yōu)化后對模型間隙段差進行重新分析，結(jié)果見表1（方案二），結(jié)果良好不超差，6σ較穩(wěn)定。

4 結(jié)語

本文介紹了三種偏差分析方法的原理和適用場合，著重介紹了使用蒙特卡洛方法的VSA軟件的使用，通過對某車型后保險杠與尾門匹配偏差的分析，解決了產(chǎn)品設(shè)計階段后保險杠最優(yōu)定位方案的選取以及尺寸鏈環(huán)優(yōu)化問題，降低了后保險杠與尾門間隙段差匹配的超差率。同時方案優(yōu)化選取過程中將尺寸鏈中各鏈環(huán)敏感度系數(shù)大小作為參考項，通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的更改，充分考慮到零件安裝定位點的尺寸偏差放大效應(yīng)，提高匹配的穩(wěn)定性，以上方法已在實車匹配中得到驗證。

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