李明，蘇志勇，韋慶玥

1.上海大學(xué) 上海 20444

2.一汽集團(tuán) 吉林長(zhǎng)春 130000

幾何質(zhì)量是有形產(chǎn)品質(zhì)量的重要組成部分。對(duì)汽車而言，據(jù)美國(guó)著名咨詢公司JD.Power的全球調(diào)查統(tǒng)計(jì)，42%的汽車質(zhì)量問題與車身的幾何誤差有關(guān)。從車身誤差的形成過程來看，涉及到車身幾何質(zhì)量定義、幾何精度設(shè)計(jì)、加工過程控制、車身誤差檢測(cè)和匹配調(diào)整，以及最終的產(chǎn)品驗(yàn)收等整個(gè)過程，這個(gè)過程被稱為尺寸工程，其核心目標(biāo)是產(chǎn)品幾何質(zhì)量，其實(shí)施基礎(chǔ)，包括核心技術(shù)和管理過程則是產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范和驗(yàn)證（Geometry Product Specification and Verification，GPS&V）系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)產(chǎn)品文件（Technical Product Documentation，TPD）。

尺寸工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀

產(chǎn)品的幾何質(zhì)量是整個(gè)企業(yè)質(zhì)量體系的一個(gè)重要組成部分，是以ISO 9000為代表的現(xiàn)代質(zhì)量體系的理念、思想和方法在尺寸工程領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用。從目前國(guó)際上最先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)體系來看，其主要涉及到兩個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)體系：

1）由ISO/TC213主持制訂的產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與驗(yàn)證系列標(biāo)準(zhǔn)，目前標(biāo)準(zhǔn)總數(shù)超過了150個(gè)，其主要規(guī)范了產(chǎn)品幾何質(zhì)量規(guī)范（公差）的給出、工程圖樣解讀、誤差過程控制和檢測(cè)驗(yàn)收操作。

2）由ISO/TC10主持制訂的技術(shù)產(chǎn)品文件系列標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)系列由150多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成，其主要規(guī)范了產(chǎn)品各類技術(shù)要求在載體上的表達(dá)規(guī)范與方式。這個(gè)載體包括文檔、2D/3D工程圖樣和基于模型的定義（Model based Definition，Mbd）。其中，MBD縮寫還有一個(gè)意思為基于模型的設(shè)計(jì)（Model Based Design，MBD），為表示區(qū)別，特將基于模型的定義的縮寫后二個(gè)字母寫為小寫。

上述這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系被合稱為技術(shù)產(chǎn)品規(guī)范（Technical Product Specification，TPS），它規(guī)范地承載了設(shè)計(jì)（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工工藝設(shè)計(jì)）對(duì)產(chǎn)品幾何質(zhì)量的要求，是制造過程控制，質(zhì)量過程控制與驗(yàn)收的依據(jù)。這二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系主要給出的規(guī)范有：

1）產(chǎn)品幾何質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系的架構(gòu)（GPS&V矩陣）和標(biāo)準(zhǔn)體系間各標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)，核心標(biāo)準(zhǔn)為：《ISO 14638（GB/Z 20308）產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與驗(yàn)證（GPS）矩陣模型》。

2）產(chǎn)品幾何質(zhì)量設(shè)計(jì)的基本思路和相關(guān)原則，核心標(biāo)準(zhǔn)為：《ISO 8015（GB/T 4249）產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與驗(yàn)證（GPS）基礎(chǔ)概念、原則和規(guī)則》，給出了從功能出發(fā)給出的綜合功能要求、制造過程控制要求和最終檢測(cè)驗(yàn)收等整個(gè)生命周期中規(guī)范操作的基本思路和規(guī)范方法。

3）產(chǎn)品幾何質(zhì)量規(guī)范和控制的理論基礎(chǔ)，特別是數(shù)字化過程的基礎(chǔ)。核心標(biāo)準(zhǔn)為：《ISO 17450（GB/T 24637）產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與驗(yàn)證（GPS）通用概念》系列標(biāo)準(zhǔn)，涉及到幾何規(guī)范和驗(yàn)證的模式、基本原則、規(guī)范的過程、操作集、不確定度和模糊度等以及風(fēng)險(xiǎn)控制方法。

4）產(chǎn)品幾何質(zhì)量要求的規(guī)范方法，即公差的標(biāo)注方法，核心標(biāo)準(zhǔn)為《ISO 1101（GB/T1182）產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與驗(yàn)證（GPS）幾何公差 形狀、方向、位置和跳動(dòng)公差標(biāo)注》和《ISO 14405產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與驗(yàn)證（GPS）尺寸公差》系列標(biāo)準(zhǔn)。

5）產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)量結(jié)果合格性和產(chǎn)品質(zhì)量符合性判定方法，核心標(biāo)準(zhǔn)為《ISO 14253（GB/T 18779）產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與驗(yàn)證（GPS）工件與測(cè)量設(shè)備的測(cè)量檢驗(yàn)》系列標(biāo)準(zhǔn)，給出了檢測(cè)驗(yàn)收的相關(guān)原則、測(cè)量不確定估算方法和對(duì)測(cè)量不確定度表述達(dá)成共識(shí)的規(guī)范流程，以及歸責(zé)方法。

6）面向測(cè)量任務(wù)的測(cè)量不確定度估算方法，核心標(biāo)準(zhǔn)為《ISO 15530（GB/T 24635）產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與驗(yàn)證（GPS）坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）確定測(cè)量不確定度的技術(shù)》，給出了運(yùn)用多次多方面檢測(cè)、相似原理、經(jīng)驗(yàn)方法和大數(shù)據(jù)方法估算現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不確定度的規(guī)范方法。

7）2D工程圖樣的規(guī)范表達(dá)方法，包括投影、視圖、剖切面、向視、透視、線型、字體、圖幅、注釋及公差標(biāo)注等方面，ISO在幾年前已停止更新2D工程圖樣，把主要精力放在基于模型的3D表達(dá)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制訂。

8）基于模型的產(chǎn)品幾何質(zhì)量要求3D表達(dá)方法，其核心標(biāo)準(zhǔn)是《ISO 16792（GB/T 24734）產(chǎn)品技術(shù)文件（TPD）數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義通則》，給出了基于3D模型，如何進(jìn)行3D標(biāo)注的規(guī)范方法。

在產(chǎn)品幾何質(zhì)量方面，美國(guó)有一個(gè)獨(dú)立于ISO標(biāo)準(zhǔn)的完整標(biāo)準(zhǔn)體系，其以《ASME y14.5 Geometry Dimension and Tolerancing（GD&T））標(biāo)準(zhǔn)為核心，給出了產(chǎn)品幾何質(zhì)量的定義和規(guī)范標(biāo)注方法。美國(guó)ASME標(biāo)準(zhǔn)除在質(zhì)量要求的具體表達(dá)方面與ISO標(biāo)準(zhǔn)有所不同外，數(shù)字化方面與ISO存在著代差。這方面將是美國(guó)GD&T標(biāo)準(zhǔn)今后修制訂的努力方向，這一點(diǎn)可以從美國(guó)的《ASME Y14.5-2018 Dimensioning and Tolerancing》標(biāo)準(zhǔn)中看到。

但美國(guó)在質(zhì)量要求規(guī)范表達(dá)與信息化技術(shù)融合方面走在了ISO標(biāo)準(zhǔn)的前面，其主要是以《ASME Y14.41－Digital Product Definition Data Practises》為核心的基于模型的設(shè)計(jì)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)給出了基于CAD模型的產(chǎn)品質(zhì)量要求信息化標(biāo)注方法。

同時(shí)，美國(guó)還在美軍標(biāo)準(zhǔn)《MIL-STD-31000 Technical Data Package》的基礎(chǔ)上制訂全新的面向MBD的《ASME y14.47 Technical Data Package》

根據(jù)產(chǎn)品幾何質(zhì)量要求信息化規(guī)范和應(yīng)用的目標(biāo)，美國(guó)還制訂了《ANSI/DMSC QIF 3.0–2018 Quality Information Framework (QIF)–An Integrated Model for Manufacturing Quality Information》給出了產(chǎn)品質(zhì)量信息規(guī)范和應(yīng)用的規(guī)范流程和應(yīng)用方法。

國(guó)內(nèi)在產(chǎn)品幾何質(zhì)量要求規(guī)范表達(dá)、過程控制和信息化方面的標(biāo)準(zhǔn)制訂與國(guó)外存在著較大的差距，目前國(guó)內(nèi)基本上沒有能力獨(dú)立制訂這些基礎(chǔ)性的系列標(biāo)準(zhǔn)和前沿標(biāo)準(zhǔn)，主要是通用等同采用ISO標(biāo)準(zhǔn)的方式轉(zhuǎn)化制訂相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，其主要工作和標(biāo)準(zhǔn)包括：

1）對(duì)產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與驗(yàn)證（GPS＆V）標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化率約為70%，但在標(biāo)準(zhǔn)年號(hào)方面，至少存在著5年差距。

2）有部分企業(yè)直接采用美國(guó)ASME的GD&T標(biāo)準(zhǔn)，這些企業(yè)主要為美資企業(yè)和部分自主品牌的車企。

3）在標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用方面基本上停留在表面，即質(zhì)量要求的規(guī)范表達(dá)中，深層次的應(yīng)用，特別是在設(shè)計(jì)、控制和驗(yàn)收中全面應(yīng)用ISO GPS&V標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)幾乎沒有。

4）基于MBD的標(biāo)注方法僅在個(gè)別企業(yè)中有初步的應(yīng)用，但總體上還處于初級(jí)階段，信息化的流轉(zhuǎn)和傳遞還沒有真正開展。

標(biāo)準(zhǔn)的全面落后只是表象，其實(shí)質(zhì)是我們對(duì)現(xiàn)代產(chǎn)品幾何質(zhì)量在理解方面的差距。從ISO標(biāo)準(zhǔn)制訂的流程，特別是前期的工程實(shí)踐與驗(yàn)證過程來看，我國(guó)在產(chǎn)品幾何質(zhì)量方面在理念、思路、方法和工具應(yīng)用方面的差距至少有三十年。

尺寸工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向

質(zhì)量已從指標(biāo)質(zhì)量時(shí)代進(jìn)化到文化質(zhì)量時(shí)代，產(chǎn)品幾何質(zhì)量同樣面臨著文化和技術(shù)的挑戰(zhàn)，而所有這一切都將體現(xiàn)在未來產(chǎn)品幾何質(zhì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中。在未來10-15年內(nèi)，其主要的發(fā)展將有：

1.質(zhì)量要求

對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的全面細(xì)致的數(shù)字化定義，這實(shí)際上是一個(gè)面向功能的誤差建模過程，一個(gè)數(shù)字孿生（Digit Twin）的過程，其中主要包括：

（1）感知誤差的精準(zhǔn)數(shù)字化定義 其主要在汽車、3C產(chǎn)品等的外觀方面，包括表面結(jié)構(gòu)、紋理、感知、外觀等方面以及基于規(guī)范表達(dá)的檢測(cè)和評(píng)定方法。

（2）基于產(chǎn)品應(yīng)用功能的精準(zhǔn)數(shù)字化定義 其基于零部件裝配應(yīng)用、不同使用工況下的幾何誤差定義，以及基于規(guī)范表達(dá)的檢測(cè)和評(píng)定方法。

（3）基于加工工藝過程的精準(zhǔn)數(shù)字化定義 其主要是對(duì)偶于工藝方式和誤差源的幾何誤差定義以及基于規(guī)范表達(dá)的檢測(cè)和評(píng)定方法。

2.質(zhì)量形成過程和過程控制

對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量形成過程和過程控制的全面細(xì)致的數(shù)字化定義，這實(shí)際上是一個(gè)面向過程的建模過程和數(shù)字進(jìn)程（Digit Thread），其中主要包括以下內(nèi)容。

1）面向基于模型的設(shè)計(jì)（MBD）的幾何質(zhì)量信息化表達(dá)方式，即將所有相關(guān)質(zhì)量要求信息加載在以CAD模型為核心的模型中。

2）面向后續(xù)信息無損傳遞、快速獲取、自動(dòng)關(guān)聯(lián)要求的信息化標(biāo)注和表達(dá)方法，包括基于CAD模型和基于3Di PDF的規(guī)范表達(dá)方法。

3）面向信息的模型和數(shù)據(jù)包（Technical Data Package，TDP）管理規(guī)范，為模型定義、模型變遷、模型關(guān)聯(lián)、模型變更、模型封裝和模型應(yīng)用等數(shù)字進(jìn)程提供規(guī)范方法。

3.其他

此外，基于ISO標(biāo)準(zhǔn)體系的研究和發(fā)展，將有一系列相關(guān)的工具軟件出現(xiàn)，其中可能出現(xiàn)的有：

1）基于幾何功能表述的公差規(guī)范自動(dòng)標(biāo)注軟件（模塊）。

2）基于3D CAD模型的尺寸鏈分析計(jì)算和優(yōu)化軟件（模塊），即風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估操作。

3）基于加工工藝的公差分解和加工過程控制要求自動(dòng)標(biāo)注軟件（模塊）。

4）集成誤差模型構(gòu)建工具軟件，能將設(shè)計(jì)的公差、加工系統(tǒng)誤差、零件誤差離散度、測(cè)量不確定度、應(yīng)用功能相關(guān)模糊度等進(jìn)行關(guān)聯(lián)并建模，并形成相應(yīng)的分析機(jī)制和系統(tǒng)模型。

國(guó)內(nèi)尺寸工程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展途徑

總體上看，國(guó)內(nèi)和國(guó)際先進(jìn)水平之間的差距非常大，這種差距不僅體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容上，更體現(xiàn)在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)涵的理解以及基于理解的標(biāo)準(zhǔn)制訂、宣傳貫徹和應(yīng)用中。依據(jù)國(guó)內(nèi)工業(yè)發(fā)展的趕超目標(biāo)，結(jié)合技術(shù)的發(fā)展，對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品幾何質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)趕超世界先進(jìn)水平提出如下建議。

1）用3～5年時(shí)間，組織相關(guān)專家全面轉(zhuǎn)化ISO和美國(guó)ANSI/ASME的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并在相關(guān)行業(yè)內(nèi)全面宣傳貫徹使用，用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)倒逼中國(guó)產(chǎn)品質(zhì)量的設(shè)計(jì)、控制水平提升。

2）用3～8年時(shí)間，在相關(guān)企業(yè)，特別是龍頭企業(yè)構(gòu)建起一支強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)隊(duì)伍，形成標(biāo)準(zhǔn)化能力，從而使企業(yè)能在先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的理念、思路和方法的指導(dǎo)下，具有構(gòu)建面向具體產(chǎn)品和過程的標(biāo)準(zhǔn)制訂和實(shí)施能力。

3）用5～8年時(shí)間，組織相關(guān)專家全面學(xué)習(xí)和深入研討ISO和美國(guó)ANSI/ASME標(biāo)準(zhǔn)體系，爭(zhēng)取能跟上ISO和ANSI/ASME的標(biāo)準(zhǔn)研究步伐；

4）爭(zhēng)取用15年內(nèi)時(shí)間，結(jié)合我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的深度理解和汽車行業(yè)基于最先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的良好工程實(shí)踐，形成最前沿標(biāo)準(zhǔn)的提出和制訂能力。

此外，鑒于尺寸工程是一個(gè)綜合的技術(shù)體系和系統(tǒng)工程，因此建議在現(xiàn)全國(guó)產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC 240）和全國(guó)產(chǎn)品技術(shù)文件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC10）的基礎(chǔ)上，構(gòu)建面向汽車尺寸工程的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，全面負(fù)責(zé)和推廣標(biāo)準(zhǔn)的制訂和宣貫工作。該技術(shù)委員會(huì)的專家應(yīng)在現(xiàn)有領(lǐng)域中擴(kuò)大到信息化和CAD建模領(lǐng)域。

現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)及其在汽車行業(yè)的應(yīng)用

測(cè)量是科學(xué)的眼睛，更是工程的眼睛，唯有精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)據(jù)才能確定產(chǎn)品與產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范和要求相符合的程度，才會(huì)有良好的質(zhì)量、成本和效率的組合體，測(cè)量更是未來制造中大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，是智能制造的基礎(chǔ)之一。

測(cè)量操作實(shí)際上就是通過已知（已校準(zhǔn)）件與被測(cè)件比對(duì)并賦值的過程，基于這一原理，在實(shí)際測(cè)量中存在二種具體的方法。

1.基于實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)量方法

這種測(cè)量方法的測(cè)量工具皆為實(shí)物，常見的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器有卡尺、千分尺、塞尺、通止規(guī)及綜合功能量規(guī)（檢具）等。

2.基于虛擬標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)量方法（也稱數(shù)字測(cè)量方法）

該方法是通過對(duì)被測(cè)工件（表面或體）進(jìn)行離散點(diǎn)獲取并載入基于CAD的測(cè)量軟件后，通過對(duì)點(diǎn)云的相關(guān)操作及與CAD模型的比對(duì)和賦值來進(jìn)行測(cè)量和誤差計(jì)算。這類測(cè)量?jī)x器一般包括了點(diǎn)（點(diǎn)云）測(cè)取裝置和測(cè)量軟件兩部分。這類測(cè)量的常見裝備有：三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、關(guān)節(jié)臂、激光跟蹤儀、藍(lán)光/白光/激光測(cè)量?jī)x、數(shù)字比對(duì)儀、圓度儀、輪廓儀以及粗糙度儀等。

在實(shí)際應(yīng)用中，基于精度、效率和成本的綜合考慮，測(cè)量操作可能被配置在實(shí)驗(yàn)室、車間（在線、在機(jī)）等場(chǎng)合。同時(shí)，針對(duì)具體的測(cè)量和控制要求，還會(huì)制作專用測(cè)量設(shè)備進(jìn)行測(cè)量操作。

此外，目前還有將高精度測(cè)頭配置在數(shù)控機(jī)床上，配合加工過程中的定位和進(jìn)給的測(cè)量操作。

測(cè)量?jī)x器還能與機(jī)器人集成，它能極大的提高了測(cè)量操作的效率和測(cè)量設(shè)備的柔性，也能在相當(dāng)程度上規(guī)范測(cè)量的操作。

無論是基于實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器和基于虛擬標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)量，其標(biāo)準(zhǔn)件或測(cè)點(diǎn)拾取裝置（如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)）的精度都有相應(yīng)的要求。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給出了在一般情況下，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)器的精度小于被測(cè)公差（精度）要求的1/3～1/10時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)器的誤差可以忽略。但在實(shí)際使用中需要注意，在數(shù)字化時(shí)代，對(duì)測(cè)量結(jié)果的置信度已采用測(cè)量不確定來表達(dá)，這是一個(gè)數(shù)字化的方法。同時(shí)，要求送檢方和檢測(cè)方對(duì)測(cè)量不確度的表述達(dá)成共識(shí)后，產(chǎn)品符合性（符合圖樣要求）判定才有價(jià)值。

在大批量生產(chǎn)的汽車行業(yè)中，還有一種與測(cè)量相關(guān)的匹配操作，它是通過被測(cè)工件在樣架上的預(yù)裝配，將其與匹配檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)件（Cubing/Meisterbock）或在工件間進(jìn)行比對(duì)和裝配狀態(tài)賦值的測(cè)量操作。目前，基于CAD的虛擬匹配技術(shù)也在多家企業(yè)得到了研發(fā)和初步應(yīng)用。

近年來一種全新的體點(diǎn)測(cè)量工具，工業(yè)CT已被應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，它能直接高精度無損地檢測(cè)工件內(nèi)部的幾何質(zhì)量。

目前，上述所有的測(cè)量方法都被廣泛地應(yīng)用在汽車制造過程中，其主要應(yīng)用有：

1）在高精度機(jī)加工方面應(yīng)用，大量采用了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，特別是在動(dòng)力總成關(guān)鍵零件加工中，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)更是直接被配置在生產(chǎn)線中進(jìn)行在線的測(cè)量和數(shù)據(jù)反饋，以調(diào)整和控制加工過程。

2）在車身（鈑金件）方面應(yīng)用：在白車身整車方面廣泛采用了高精度三坐標(biāo)測(cè)量臂（雙臂/三臂），而在車身零件方面，則采用檢具，或定位樣架與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、關(guān)節(jié)臂、激光跟蹤儀、藍(lán)光、白光和影像等測(cè)量?jī)x相配合的方式進(jìn)行測(cè)量。

3）在內(nèi)外飾件和壓澆鑄件方面應(yīng)用：除了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)外，還大量應(yīng)用藍(lán)光、白光、激光等測(cè)量設(shè)備對(duì)形面進(jìn)行快速測(cè)量。此外，工業(yè)CT已被引入，以檢測(cè)鑄件內(nèi)部的質(zhì)量。

4）在表面結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用：粗糙度的應(yīng)用在機(jī)加工方面十分普及，波紋度等在缸體、缸蓋、活塞也有深度的應(yīng)用。

隨著數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)考慮到效率和成本的因素，基于實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)量方法正在逐步退出生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。幾何測(cè)量的數(shù)字化時(shí)代已經(jīng)來臨。

我國(guó)在幾何測(cè)量方面與國(guó)際先進(jìn)水平的差距分析

這里以各類測(cè)量技術(shù)綜合應(yīng)用最多的汽車行業(yè)為例進(jìn)行分析。從測(cè)量技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用層面來看，目前國(guó)內(nèi)外的水平基本相同特別是在一些獨(dú)資和合資的企業(yè)，其應(yīng)用技術(shù)水平基本上與國(guó)外持平，但從技術(shù)內(nèi)涵及對(duì)核心技術(shù)的掌握層面來看，國(guó)內(nèi)車企與國(guó)外存在著很大的距離，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）所有的高端測(cè)量?jī)x器，特別是數(shù)字化的檢測(cè)裝備全部來自國(guó)外。國(guó)內(nèi)的測(cè)量裝備在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用極少，其主要原因在于儀器精度、可靠性、軟件功能等方面。

2）在基于實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)量領(lǐng)域，包括綜合功能量規(guī)（檢具）、匹配樣架方面，國(guó)內(nèi)已有能力制造并全面替代了國(guó)外產(chǎn)品。

3）測(cè)量傳感器大多購(gòu)自國(guó)外，這導(dǎo)致在國(guó)內(nèi)自制的專用測(cè)量裝備上核心部件受制于國(guó)外。

4）測(cè)量軟件方面國(guó)內(nèi)測(cè)量裝備存在大量使用國(guó)際市場(chǎng)化測(cè)量軟件的現(xiàn)象，自主開發(fā)軟件功能相對(duì)欠缺。

5）在測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，盡管汽車領(lǐng)域有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析（SPC）的要求，但在實(shí)際應(yīng)用中無論是SPC工具的應(yīng)用還是最終分析數(shù)據(jù)的反饋應(yīng)用等，都與國(guó)外存在差距，其核心是對(duì)質(zhì)量過程控制的理解以及方法的設(shè)計(jì)和應(yīng)用未到位。

6）測(cè)量結(jié)果的應(yīng)用存在問題，其主要原因在于測(cè)量要求，即GD&T標(biāo)注和應(yīng)用未完全體現(xiàn)在功能和控制的要求，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果無法對(duì)應(yīng)實(shí)際工況，引發(fā)測(cè)量數(shù)據(jù)無效。

7）測(cè)量數(shù)據(jù)的合格性問題突出，主要表現(xiàn)在對(duì)測(cè)量規(guī)范制訂和測(cè)量過程管理的不到位，特別是對(duì)測(cè)量系統(tǒng)分析（MSA）工具的應(yīng)用不夠充分，最終引發(fā)測(cè)量數(shù)據(jù)的可信度問題，以及測(cè)量數(shù)據(jù)的比對(duì)問題。

8）在對(duì)制造系統(tǒng)能力的評(píng)估中，對(duì)測(cè)量技術(shù)和工具遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，包括Cmk、Ppk、Cp、Cpk等制造系統(tǒng)能力數(shù)據(jù)的獲取和應(yīng)用等。

9）對(duì)新測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用不夠，如在國(guó)外的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域和汽車電子領(lǐng)域中，工業(yè)CT已得到了廣泛的應(yīng)用。這其中一方面是工業(yè)CT的價(jià)格問題，更關(guān)鍵的是設(shè)計(jì)對(duì)質(zhì)量的深層次理解和高端測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用能力問題。

10）測(cè)量數(shù)據(jù)管理的信息化程度較低，導(dǎo)致數(shù)據(jù)深層次分析和集成應(yīng)用問題突出。

汽車幾何測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和對(duì)策

從測(cè)量技術(shù)的發(fā)展來看，在汽車領(lǐng)域，特別是新能源汽車的發(fā)展，測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)有根本性的變化，其主要表現(xiàn)為：

1）測(cè)量要求的變化：測(cè)量要求將被明確地分為面向零件裝配功能和加工控制，從而使測(cè)量結(jié)果能夠直接對(duì)偶到實(shí)際工況，這方面變化已在相應(yīng)的國(guó)際GPS&V標(biāo)準(zhǔn)中體現(xiàn)。

2）高精度掃描測(cè)量技術(shù)，特別是高精度CT的全“體”測(cè)量技術(shù)，將在相當(dāng)程度上淘汰絕大多數(shù)的測(cè)量操作，并將徹底改變現(xiàn)有的幾何質(zhì)量定義、控制和檢測(cè)的方法和流程。

3）測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用將形成全尺寸、全方位、全過程的特點(diǎn)，同時(shí)，數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度和可信度、信息的完整度和有效性、大數(shù)據(jù)的價(jià)值性，包括數(shù)據(jù)集的關(guān)聯(lián)性和可挖掘性等。

4）測(cè)量操作的自動(dòng)化將成為主流，可以預(yù)見的是今后在后端的測(cè)量操作將以機(jī)器人等智能裝備搭載測(cè)量裝備和自動(dòng)測(cè)量機(jī)為主。

5）對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)字建模和優(yōu)化迭代將成為數(shù)字孿生的一個(gè)重要組成部分，同時(shí)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的管理將成為數(shù)字進(jìn)程（Digit Thread）的必不可少的一個(gè)過程，整個(gè)模型將圍繞著測(cè)量不確定度展開，測(cè)量不確定度管理流程（Procedure for Uncertainty Management,PUMA）將成為系統(tǒng)迭代和優(yōu)化的主要工具。

6）測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量數(shù)據(jù)都將被集成在智能制造系統(tǒng)中，特別是數(shù)字進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建和應(yīng)用是這項(xiàng)工作的核心，目前美國(guó)ANSI已構(gòu)建了兩版的質(zhì)量信息架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，即QIF2.0（Quality Information Framework），從而將測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量數(shù)據(jù)/信息完全融入到企業(yè)的信息化體系。

基于上述對(duì)測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀的分析和對(duì)發(fā)展趨勢(shì)的研判，建議我國(guó)汽車領(lǐng)域在測(cè)量技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用方面重點(diǎn)突破和提升途徑為：

1）用3～5年時(shí)間，在企業(yè)著力貫徹ISO 9000“循證決策”的原則，充分運(yùn)用先進(jìn)測(cè)量工具，完成對(duì)質(zhì)量狀態(tài)的全面數(shù)字化，從而使質(zhì)量狀態(tài)及過程顯性化和可視化。

2）用5～10年時(shí)間，結(jié)合車企的實(shí)際測(cè)量與控制需求和國(guó)家重在儀器研發(fā)戰(zhàn)略，爭(zhēng)取在高精度數(shù)字化測(cè)量裝備這部分有所突破。

3）用3～5年時(shí)間，結(jié)合車企對(duì)質(zhì)量狀態(tài)數(shù)字化和信息化需求，結(jié)合國(guó)家工業(yè)軟件研發(fā)戰(zhàn)略，在測(cè)量數(shù)據(jù)處理、模型重構(gòu)、數(shù)據(jù)和模型應(yīng)用、數(shù)據(jù)管理、實(shí)驗(yàn)室管理等方面軟件和模塊的研發(fā)和應(yīng)用方面有所突破。

4）用5～10年時(shí)間，在測(cè)量系統(tǒng)建模和優(yōu)化方面開展工程實(shí)踐，并將測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)量系統(tǒng)融入到企業(yè)的信息化架構(gòu)中。

5）用3～5年時(shí)間，在學(xué)習(xí)參考ISO和美標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)車企的應(yīng)用需求，形成具有中國(guó)特色的QIF標(biāo)準(zhǔn)體系。

6）用3～5年時(shí)間，重點(diǎn)開展工業(yè)CT技術(shù)在新能源汽車方面的應(yīng)用研究，形成相應(yīng)的測(cè)量規(guī)范和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，為新能源汽車質(zhì)量和安全保駕護(hù)航。

總之，還是以標(biāo)準(zhǔn)的宣貫和應(yīng)用為抓手，從系統(tǒng)角度考慮設(shè)計(jì)和測(cè)量的一體性，這也是GPS&V標(biāo)準(zhǔn)的基本思路。

結(jié)語

產(chǎn)品幾何質(zhì)量是產(chǎn)品質(zhì)量不可或缺的部分，是中國(guó)制造和中國(guó)產(chǎn)品立足和發(fā)展的基礎(chǔ)和根本。國(guó)內(nèi)企業(yè)決不能因?yàn)槠湓斐珊蠊碾[含性而忽略其重要性。

同時(shí)，大型企業(yè)，特別是國(guó)企應(yīng)該承擔(dān)起在這方面的社會(huì)責(zé)任，一方面運(yùn)用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)提升自身的產(chǎn)品質(zhì)量水平，另一方面也可帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量水平提升。

從上面的分析和討論中可以看到，產(chǎn)品幾何質(zhì)量的背后是一整套標(biāo)準(zhǔn)的全面支撐。只有正確理解、全面學(xué)習(xí)和全程貫徹了這些標(biāo)準(zhǔn)，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量?？傊?，標(biāo)準(zhǔn)是唯一的、可行的質(zhì)量抓手。這也就是李克強(qiáng)總理講的“用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)倒逼中國(guó)制造能力的提升”的真正內(nèi)涵。