小说《三体》中,描述了一种外星的探测器,叫做“水滴”。书中对它的描述是这样的:
“探测器的大小与预想的差不多,长三点五米,丁仪看到它时,产生了与其他人一样的印象:一滴水银。探测器呈完美的水滴形状,头部浑圆,尾部很尖,表面是极其光滑的全反射镜面,银河系在它的表面映成一片流畅的光纹,使得这滴水银看上去纯洁而唯美。”
开个脑洞,如果我们是外星上一家制造“水滴”探测器的工厂,我们如何制定一个目标并检测,进而达到这种完美观感呢?
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“完整,对称,光滑的感官”是一种目标,是定性的,多完整叫完整?多光滑叫光滑?不同人有不同的解读。
这种目标往往是来自客户的,他们能识别出哪个是好的,哪个是不好的,但要求往往并不明确。
“表面粗糙度≤1.2nm,测点法向偏差≤20nm......”这也是一种目标,是定量的,标准是统一的,不容易产生误解。
这种目标是在工程中实际定义和操作的目标,是对客户的真实需求的一种“翻译”,被称为“工程语言”。
对于汽车而言,客户的需求是最终目标,而“DTS”就是这种目标的工程语言翻译。
之前的文章讲过,尺寸工程本质上是质量管理中的一部分。管理不是嘴上说说,在真实的操作中,简单来说需要经历下面的几个步骤:
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DTS从项目开始时设定,通过一步步的优化,实施,验收到最后的经验总结和改进,领导并贯穿了全周期的尺寸工作。作为尺寸工作的源头与结束,它很有重要的地位。
虽然DTS翻译不同,但在整车厂中所指的东西是一致的。(下篇文章会有DTS文件的示意图)
这些需要很多部门一起努力,比如设计部分负责造型和色彩,材料部门负责材料,发动机底盘部门负责操控性,NVH部门负责震动与噪声的控制,制造部门保证装配质量。。。
就尺寸部门而言,更关注的还是与尺寸和公差相关的装配,功能,匹配等方面。(具体《#汽车尺寸工程师入门系列#汽车尺寸工程处理的基本问题》中已经介绍)
广义上来说,DTS应该包含所有这些与尺寸相关的外观匹配要求,装配要求,功能要求,是一个大的纲领。但在真实的操作中,装配和功能要求主要来自于装配工艺/功能实现/法律和法规等,这些具有更高的专业性,其目标主要靠相关负责的部门提出。
而对于外观方面的需求往往是比较直观的,其中牵涉到对客户和相关车型的研究,这部分工作在很多公司中都属于尺寸部门的工作范畴。所以大部分国内的整车厂中提到的DTS主要是指狭义上的外观匹配要求。
如下图示意,考虑男女及身高的分布,人们能看到的主要匹配区域在侧围下沿到车顶之间,包括车内与车外。这些都是我们关注的区域。
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各子区域主要零件及零件间的主要配合如下列图片。(这是基本分区,不是很全面,帮助理解)
注意这些只是一些主要的配合,但DTS控制的配合远不止这些,比如保险杠仪表板内部就还包括很多配合接口,这些都有DTS定义。
那对于一个具体的配合来说,我们一般会定义哪些关键特征并涵盖各种不同的情况呢?
如果有那种像终结者中可以变形的材料,人们一定希望能造出像水滴一样完美的,没有缝隙的汽车。
人们喜欢简洁和完整,就像慢慢的变多车的门把手像特斯拉一样不再突出车外,就像迈凯伦直接把门把手藏起来。
但现实情况是,即使再简洁,为实现不同的功能需要不同的零件,这些零件装配到一起,配合是必然存在的。
汽车内外饰有数百个零件,这些零件间的配合从形态各异,形状、大小、方向都有不同。
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这些看似复杂的配合,其实都是由一些简单的特征组合成的,DTS就是从这些特征出发进行定义的。
2.两个零件之间形成的阶梯型的面之间的高度——常称为面差,阶差,断差,Flush
(由于Flush这个单词有“齐平”的意思,有的公司会将阶差为0的称为Flush,不为0的称为offset偏移;常见的只用Flush)
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理想状态下零件是有几何上的这种直角的(或者锐角、钝角),但对于实际零件来说,为了美观或者防止割手,配合处的尖角大多数都会有倒角。
前面说过,DTS主要定义的是配合要求,目的还是在于美观。从下图可以看出来,对于相同测量值的间隙,倒角的大小会影响视觉上的间隙大小,所以圆角也是一个需要定义的关键属性。
在实际操作的流程中,注塑的塑料件的圆角比较好控制,没有特殊需求可以设定一个默认值,在DTS中不用特殊定义。但是对于一些金属的冲压件比较难控制,一般会对圆角进行讨论和定义。
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Gap和Flush都是考虑面之间的距离,而对于两个实体来说,棱线有时也有对齐的要求,一般称为对齐度或Alignment.
其实如果形成棱线的两个面都给定公差范围之后(公差的概念下面会说),棱线公差范围也就确定了下来。
但一般当在汽车造型中,这个对齐特征是比较引人注目的,偏差大了就很容易看出来,所以一般会特别对对齐度给一个更加严格的要求。
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对于Gap或Flush而言,由于偏差的存在,我们会定义一个允许偏差波动的范围(公差)。
一般情况下,位置和数值的要求是一致的。但这个公差范围定的太大,不美观,定的太小,成本太高(报废率高),一般来说,都能够找到一个合适的值。(下面的例子都以Gap为例,Flush类似)
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在另一些情况下,我们对位置和数值的要求不一致的,即相对偏差比公差范围要小,我们定义为平行度(Parallelism)。
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以上的要求都是针对某一个Gap或Flush的,在实车上,还有一种情况,就是对于一个左右对称的特征,顾客在某个视角可以一眼都看到,并产生比较。
假设我们对左右的Gap有相同的公差范围要求(没定义平行度),实车上的左右Gap都合格,但可以由于一边大一边小而看起来很难看。
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这就要求左右Gap/Flush在相同位置处的数值偏差不能太大,这个定义的数值就被称为左右一致性(Consistency)或者对称度(Symmetry)。
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我们知道,零件在设计时是有设计值的,这个值是绝对的,但在实际生产的时候,会产生偏差。
(公差常以设计值为基准用+/-表示,Gap/Flush变大为+,变小为-;Flush设计值为0时特殊定义)
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DTS基本的定义内容就是本文介绍的这些,但不同的汽车在内容和格式下会有些区别,为了不不熟悉的人直观感受,下图在实车上以发动机舱盖(Hood)到前大灯(Headlamp)的匹配举例如下(数值虚构,没有对齐特征):