随着国内外轿车市场竞争的日益激烈和消费者对产品质量要求的不断提升,提高车身装配质量已成为增强我国轿车产品自主研发和制造能力的关键之一。试生产功能评估(Function Evaluation,简称FE)作为车身研发过程中的主要技术环节,有机地联系着设计和制造,在保证车身装配质量和减少开发成本方面起着不可替代的作用。然而目前车身试生产功能评估过程中多依赖工程经验进行车身拼装规划、偏差诊断和夹具调整,缺乏系统的理论和方法指导,导致产品设计阶段大量设计缺陷不能全面预防,零件在装配过程中偏差的积累和传播难以系统控制,车身试制拼装耗时耗力,质量合格率难以迅速提高,严重影响了新车型上市周期和大批量装配生产质量。针对上述问题,本文采用车身装配偏差三维数字建模技术,开展面向试生产功能评估的车身装配偏差分析及夹具调整补偿的研究,重点研究基于车身统一基准系统(RPS)多级尺寸链建立、装配尺寸链自动生成、车身装配偏差三维建模与敏感性分析、面向关键控制特征的装配夹具定位点优化等理论与技术方法,并在轿车产品试生产评估的工程实践中进行应用研究,以实现车身试生产功能评估装配过程中装配偏差精确预测和快速诊断,有效提高轿车自主开发产品的车身试制技术水平。本文主要研究内容和创新性工作包括:(1)基于RPS的车身尺寸链的建立根据多级尺寸设计、控制、检测的一体化思想,通过分析试生产功能评估体系和车身统一基准系统的特点,考虑基准点系统的多级性和继承性,结合车身装配多层次、多等级特征,在车身统一基准系统的基础上分别建立整车级、总成级、分总成级和零件级的RPS多级尺寸链系统,有效分解和描述车身装配中的复杂尺寸链关系。(2)装配尺寸链的生成方法提出了基于图论的装配尺寸链自动生成方法:从原始尺寸与合成尺寸入手分析装配中零件的定位约束特征以及装配的零件参考基准,建立表达零件装配关系的邻接矩阵,再通过对邻接矩阵的搜索得到最优路径而生成尺寸链。与由指定封闭环入手搜索组成环,然后按尺寸链最短的原则获得尺寸链的传统方法比较,本文所提出的方法具有通用性强、全局搜索和效率高等显著优点。(3)基于装配尺寸链的偏差敏感性分析考虑夹具定位以及零件输入偏差与关键尺寸合成输出的复杂关系,在各级别RPS系统基础上构建了车身装配偏差三维分析模型;针对该模型多参数、多工位和非线性导致的求解困难,从建立隐式尺寸链方程出发推导了针对夹具和零件偏差分析的偏差敏感度矩阵,使得合成尺寸偏差能用原始尺寸偏差显式表示;并根据推导出的偏差敏感度矩阵分析零件尺寸偏差与夹具偏差对车身装配偏差的影响。(4)FE装配过程中的夹具定位点优化方法基于车身装配偏差三维模型,建立夹具定位方案与装配总成尺寸偏差之间的函数关系,分析试拼过程中夹具位置可调性与装配偏差的补偿能力;以关键尺寸偏差对设计规范的接近程度作为目标函数,构造夹具定位方案的优化模型,通过改进遗传算法确定夹具位置调整策略,以补偿车身试拼过程中的装配偏差。(5)前轮罩总成试生产功能评估实例验证针对某品牌轿车车身试生产功能评估的实际工程需求,选取前轮罩总成装配实例进行实例验证。基于本文建立了该实例的RPS多级尺寸链系统,快速生成了装配尺寸链,得到了零件和夹具的偏差敏感度矩阵,并基于该模型进行了偏差分析,试验验证表明:理论计算所得到的偏差模式与实际测量结果的偏差能够较好的吻合,通过多目标优化计算所确定的夹具位置调整方案能够显著降低装配总成偏差,具有理想的效果。综上所述,本文的研究以理论推导为主,结合生产实际数据的对比分析,提出面向试生产功能评估的车身装配偏差分析与夹具补偿方法,将依据经验的车身试拼试制过程上升为依据数学推理和运算的科学决策过程,为进一步提高车身等薄板类复杂装配产品尺寸质量提供了新的思路。