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摘要：汽车检具已成为主机厂和零件供应商首先的测量产品工具，其作用及重视程度与日俱增。本文通过前门饰板总成检具，阐述了汽车检具设计的知识要点及设计思路；以检具设计标准化为切入点，阐述了如何提升设计效率以及人性化设计的重要性。
关键词：前门饰板总成；检具设计标准；人性化设计；检具
1.引言
随着汽车行业这些年的迅猛发展，因为质量问题导致的事故频频发生，所以人们对于汽车质量控制的要求也日益提高，汽车在设计的时候也越来越重视汽车的安全质量，特别是汽车检具这个行之有效的质检手段也逐步开始由国外进口转到国内自主设计、生产和配套。
每一辆车辆都是由成千上万个零部件组装而成。如何保证模具产品在实际装车过程中，零部件之间的配合都能满足设计要求是每个主机厂认真面对的重要课题。下面就以保险杠检具设计为例将对一般检具的设计思路进行简单介绍。
2.检具的定义
检具是一种用来测量和评价零件尺寸质量的专用检验设备。检具能够根据有效的产品图纸和CAD数据来合理地测量零件的尺寸参数，借助于三坐标测量机能对检具进行校验
和鉴定。检具主要包括测量支架和样架两大类。检具两大要素：定位、检测。
2.1检具的定位
3-2-1规则：物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，用符号表示为 x、y、z、x、y、z，如果完全限制了物体的这六个自由度，则物体在空间就有一个完全确定的位置。采用六个按一定规则布置的约束点，可以限制工件的六个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。其中3个定位点在 Z方向2个定位点在Y方向1个定位点在X方向3-2-1规则由此得来。
备注：对于大的刚度不足的零件，在保障了 3-2-1 规则的前提下，还需要附加的定位点来保证零件的平衡状态。
2.2检具的检测
以下为检具检测时常接触到的设计知识点。
2.2.1最大实体状态（MMC）和最大实体尺寸（MMS）
最大实体状态（MMC）—实际要素在给定长度上处处位于尺寸极限之内，并具有实体最大（即材料最多）时的状态。
最大实体尺寸（MMS）—实际要素在最大实体状态下的极限尺寸。
内表面（孔）DMM =最小极限尺寸Dmin；孔最小
外表面（軸）dMM =最大极限尺寸dmax。轴最大
2.2.2位置度
位置度公差描述的是被测要素实际位置对理想位置允许的变动区域，因此位置度有点的位置度、线的位置度、面的位置度。而位置度用的最多的是孔组的位置度。
2.2.3轮廓度
所谓轮廓度是指被测实际轮廓相对于理想轮廓的变动情况。这一概念用于描述曲面或曲线形状的准确度。其中轮廓度包括面轮廓度与线轮廓度
面轮廓度：是限制实际曲面对理想曲面变动量的一项指标，它是对曲面的形状精度要求。
3.前门饰板检具设计分析
检具设计输入资料：产品3D数据、GD&T图、对手件数模、测量要求等。以GDT为依据，对照产品与对手件数模之间的匹配关系分析产品的定位信息（产品之间的装配关系）、检测信息（产品之间的匹配关系）。
3.1前门饰板检具要求（事先与客户电话沟通）
（1）仿实车设计，检具上需装胶条
（2）检具需体现三种状态：前门饰板总成、前门三角饰板、前门饰板总成+前门三角饰板均可上检具检测（产品区分见图5）。
3.2定位
3.2.1 GDT定位分析
一般GDT会以A/B/C或者以RPS为定位系统描述。门板在3+2+1的基准上会有适当的辅助基准以保证产品的定位可靠。
GDT中：A1-A10基准对应于门板卡扣的10处安装位置控制Y方向的定位及固定；B/C定位则选在两侧的卡扣处。对应B/C基准处（注：10个卡扣大小一致）卡扣与门板的间隙小，B控制了X＼Z向，C则控制了Z向。GDT中仅描述了前门饰板总成的定位信息，关于三角饰板的定位需要根据匹配关系分析。
3.2.2匹配关系分析定位
匹配件相互之间分析关键在于分析产品之间的装车顺序，例如：产品A装在产品B上，产品C装在产品A上。则产品A的定位在AB之间匹配中寻找，产品A的检测则可以在再ABC之间匹配中寻找。
前门饰板总成装在车门钣金上，定位需在前门饰板总成与车门钣金之间寻找，仔细对比数据后发现除GDT上提到的A/B/C基准外，还有对应支架及图示圈处均与前门饰板总成存在零贴，从模拟实车的客户需要角度出发，该几处辅助定位均需在检具上体现。因检具上需装胶条，故对应胶条处需仿车身钣金以安装胶条。三角窗的定位信息类似找法在对应钣金区域显而易见。
3.3检测
3.3.1 与车门钣金的匹配
GDT里描述了对应的匹配面有轮廓度检测要求。该处需要设计模拟块检测。该处实车：前门饰板与车身钣金存在0.5mm的干涉量，两者之间属于过盈配合，因模拟块为铝合金，前门饰板为硬质塑料，该处模拟块如仿车门钣金面设计，0.5mm的干涉量会使前门饰板整体向上顶，这务必会影响到其他型面的检测，会导致产品检测的误判。前期设计该处需提问题点待于客户沟通解决。后经过与零件商，主机厂三方会议后决定该处按产品零贴设计，可通过塞片检测0mm间隙。
因外形轮廓检测要求比较宽（轮廓度1.4），外形轮廓采用±0.7的公差带刻线检测（目视产品是否在公差范围内，直观便捷）。
3.3.2 与仪表板的匹配
结合GDT及匹配件分析：前门饰板总成与仪表板之间存在均匀的6mm间隙。常规检测间隙检测一般采用3mm（轮廓度公差<2.5）或者5mm间隙检测。如该处匹配非均匀间隙，前期设计建议该处按产品面偏置3mm或者5mm设计。因该处是均匀间隙又客户要求仿实车。故该处模拟块按仪表板型面仿形设计。再者，考虑到产品装取，该处采用立式翻转机构。 3.3.3 三角窗、前门饰板、总成实现互换检测
针对客户的要求，该检具需要体现三种产品状态。如何实现，关键在于处理三角窗与前门饰板的搭接。本方案采用翻转机构+可拆卸机构解决该问题。两种机构轮流互换，互不干涉（详见图4）。
3.4子基准
所谓子基准，不同于大基准，它是检测总成零件里某个零件相对于总成的相对位置。在A/B/C基准下，子零件的位置是跟随着总成零件的。
本案例，客户需要设计扣手模块。盖扣手模块相当于扣手零件的假件。定位及周边型面全仿扣手零件。在该模块上有独立的3+2+1定位原则。
扣手模块的作用：当门板本体模具打出来的产品与扣手模具打出来的产品，在实际装车过程中存在匹配不理想，未达到匹配轮廓要求，这时无法判断是门板本体是合格还是扣手是合格件（无扣手检具）。在这种情况下，扣手模块的作用就体现出来了，用这个标准扣手模块装到门板本体上，孰真孰假，一看便识。
4.检具设计标准化
检具设计的标准化，可以缩短检具的研发周期。使得在同行业中保持一定的优势 势在必行。
4.1标准库、标准模块的建立
4.1.1 常用压钳、把手圆/方型测量基准、垫脚等。
常用标准件不需要重复建模，重定位即可。提高效率，如图6所示。
4.1.2 标准件组合模块
底板、测量基准圆、手柄、铭牌、通止规、插销座为每幅检具必备的标准件，将他们组合建立库，在设计时直接调用避免了设计时一个一个标准件重定位的繁琐。进一步提升效率，如图7所示。
4.1.3 铝件、铁件常用法兰库的建立
双边法兰厚度20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm等；单边法兰厚度20×20mm、20×25mm、25×25mm等。将标准法兰库运用于初版方案设计，可以为后续细化数据做好了充分的前期准备，大大提高了细化時间，如图8所示。
4.1.4 常用机械机构库
手拧/半自动式开合机构，常用于装卡扣的产品。机构口部模拟实车状态，闭合时，产品拍入，起到定位及固定产品的作用；打开时，检测完毕便于取件。本文门板检具就用到半自动式开合机构，如图9所示。
立式、卧式、滑移机构，常用于定位或者检测要素，在考虑装取件、要素是否更加有利于检测等情况下机构不能做固定时采用。为考虑机构的稳定性：立式、卧式、滑移机构臂长与限位段的比例一般不超过2：1。
4.2后续研究方向
要建立的标准还有很多，以上只是举例说明。例如：标准尺寸翻砂底板的数模库建立、通用标准件：Ⅰ型、L型支架等标准件数模的建立。后续研究方向：基于UG软件，开发一套检具标准件外挂。着力于提升检具设计效率。
5.人机阐述
社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏的加快等等一系列的社会与物质的因素，使人们在享受物质生活的同时，更加注重产品在“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”和“效率”等方面的评价，也就是在产品设计中常提到的人性化设计问题。
那么，对于一件产品是如何来评价它在人机工程学方面是否符合规范呢。以检具为例，设计部协同质量部应建立常规检测项目。以便于在检具下发制造前提供优质的设计数据及检具制造完成能给客户一套合乎人性化的检具。
列举几点：
（1）人置于操作台面前，检具定位信息是否明朗。基准点，基准控制方向，3+2+1定位是否能操作者一目了然。
（2）产品装取件件是否有干涉、活动件是否标有操作顺序。活动件是否顺畅。检具的装件重复性是否稳定，取件时是否便捷。
（3）产品检测区域是否一目了然，模拟块上对应区域是否有对应检测信息，对应的检测工具（比如：通止规、检测销）是否在触手可及的地方。
（4）一个产品检测周期下来是否符合产品全检、抽检时间要求。
（5）检具搬运是否便捷，是否有安全隐患等等。
符合人机工程，人性化的检具设计是最实在，同时也是最前沿的潮流与趋势，是一种人文精神的体现，是人与产品完美和谐的结合。
6.结束语
本人从事检具设计行业也有3/4年，从毕业时的迷茫到学徒时求知的迫切；在检具设计的路上细细摸索；凡事都有章可循，想通过检具设计说明书这样的阐述希望能帮到刚入门的人。
参考文献：
[1]布劳温. 科学计量学指标[M]. 科学出版社，1989.
[2]罗剑英，张煜欣，黄建烜. 基于人机工程学的座椅设计研究综述[J]. 东莞理工学院学报，2016（1）：69-72.
[3]李晓沛，张琳娜，赵凤霞. 简明公差标准应用手册[M]. 上海科学技术出版社，2005.
[4]袁智军，周磊，梁海峰，等. 基于内饰件基础结构库的门饰板设计[J]. 汽车技术，2016（4）：1-5.
关键词：前门饰板总成；检具设计标准；人性化设计；检具
1.引言
随着汽车行业这些年的迅猛发展，因为质量问题导致的事故频频发生，所以人们对于汽车质量控制的要求也日益提高，汽车在设计的时候也越来越重视汽车的安全质量，特别是汽车检具这个行之有效的质检手段也逐步开始由国外进口转到国内自主设计、生产和配套。
每一辆车辆都是由成千上万个零部件组装而成。如何保证模具产品在实际装车过程中，零部件之间的配合都能满足设计要求是每个主机厂认真面对的重要课题。下面就以保险杠检具设计为例将对一般检具的设计思路进行简单介绍。
2.检具的定义
检具是一种用来测量和评价零件尺寸质量的专用检验设备。检具能够根据有效的产品图纸和CAD数据来合理地测量零件的尺寸参数，借助于三坐标测量机能对检具进行校验
和鉴定。检具主要包括测量支架和样架两大类。检具两大要素：定位、检测。
2.1检具的定位
3-2-1规则：物体在空间具有六个自由度，即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，用符号表示为 x、y、z、x、y、z，如果完全限制了物体的这六个自由度，则物体在空间就有一个完全确定的位置。采用六个按一定规则布置的约束点，可以限制工件的六个自由度，实现完全定位，称为六点定位原理。其中3个定位点在 Z方向2个定位点在Y方向1个定位点在X方向3-2-1规则由此得来。
备注：对于大的刚度不足的零件，在保障了 3-2-1 规则的前提下，还需要附加的定位点来保证零件的平衡状态。
2.2检具的检测
以下为检具检测时常接触到的设计知识点。
2.2.1最大实体状态（MMC）和最大实体尺寸（MMS）
最大实体状态（MMC）—实际要素在给定长度上处处位于尺寸极限之内，并具有实体最大（即材料最多）时的状态。
最大实体尺寸（MMS）—实际要素在最大实体状态下的极限尺寸。
内表面（孔）DMM =最小极限尺寸Dmin；孔最小
外表面（軸）dMM =最大极限尺寸dmax。轴最大
2.2.2位置度
位置度公差描述的是被测要素实际位置对理想位置允许的变动区域，因此位置度有点的位置度、线的位置度、面的位置度。而位置度用的最多的是孔组的位置度。
2.2.3轮廓度
所谓轮廓度是指被测实际轮廓相对于理想轮廓的变动情况。这一概念用于描述曲面或曲线形状的准确度。其中轮廓度包括面轮廓度与线轮廓度
面轮廓度：是限制实际曲面对理想曲面变动量的一项指标，它是对曲面的形状精度要求。
3.前门饰板检具设计分析
检具设计输入资料：产品3D数据、GD&T图、对手件数模、测量要求等。以GDT为依据，对照产品与对手件数模之间的匹配关系分析产品的定位信息（产品之间的装配关系）、检测信息（产品之间的匹配关系）。
3.1前门饰板检具要求（事先与客户电话沟通）
（1）仿实车设计，检具上需装胶条
（2）检具需体现三种状态：前门饰板总成、前门三角饰板、前门饰板总成+前门三角饰板均可上检具检测（产品区分见图5）。
3.2定位
3.2.1 GDT定位分析
一般GDT会以A/B/C或者以RPS为定位系统描述。门板在3+2+1的基准上会有适当的辅助基准以保证产品的定位可靠。
GDT中：A1-A10基准对应于门板卡扣的10处安装位置控制Y方向的定位及固定；B/C定位则选在两侧的卡扣处。对应B/C基准处（注：10个卡扣大小一致）卡扣与门板的间隙小，B控制了X＼Z向，C则控制了Z向。GDT中仅描述了前门饰板总成的定位信息，关于三角饰板的定位需要根据匹配关系分析。
3.2.2匹配关系分析定位
匹配件相互之间分析关键在于分析产品之间的装车顺序，例如：产品A装在产品B上，产品C装在产品A上。则产品A的定位在AB之间匹配中寻找，产品A的检测则可以在再ABC之间匹配中寻找。
前门饰板总成装在车门钣金上，定位需在前门饰板总成与车门钣金之间寻找，仔细对比数据后发现除GDT上提到的A/B/C基准外，还有对应支架及图示圈处均与前门饰板总成存在零贴，从模拟实车的客户需要角度出发，该几处辅助定位均需在检具上体现。因检具上需装胶条，故对应胶条处需仿车身钣金以安装胶条。三角窗的定位信息类似找法在对应钣金区域显而易见。
3.3检测
3.3.1 与车门钣金的匹配
GDT里描述了对应的匹配面有轮廓度检测要求。该处需要设计模拟块检测。该处实车：前门饰板与车身钣金存在0.5mm的干涉量，两者之间属于过盈配合，因模拟块为铝合金，前门饰板为硬质塑料，该处模拟块如仿车门钣金面设计，0.5mm的干涉量会使前门饰板整体向上顶，这务必会影响到其他型面的检测，会导致产品检测的误判。前期设计该处需提问题点待于客户沟通解决。后经过与零件商，主机厂三方会议后决定该处按产品零贴设计，可通过塞片检测0mm间隙。
因外形轮廓检测要求比较宽（轮廓度1.4），外形轮廓采用±0.7的公差带刻线检测（目视产品是否在公差范围内，直观便捷）。
3.3.2 与仪表板的匹配
结合GDT及匹配件分析：前门饰板总成与仪表板之间存在均匀的6mm间隙。常规检测间隙检测一般采用3mm（轮廓度公差<2.5）或者5mm间隙检测。如该处匹配非均匀间隙，前期设计建议该处按产品面偏置3mm或者5mm设计。因该处是均匀间隙又客户要求仿实车。故该处模拟块按仪表板型面仿形设计。再者，考虑到产品装取，该处采用立式翻转机构。 3.3.3 三角窗、前门饰板、总成实现互换检测
针对客户的要求，该检具需要体现三种产品状态。如何实现，关键在于处理三角窗与前门饰板的搭接。本方案采用翻转机构+可拆卸机构解决该问题。两种机构轮流互换，互不干涉（详见图4）。
3.4子基准
所谓子基准，不同于大基准，它是检测总成零件里某个零件相对于总成的相对位置。在A/B/C基准下，子零件的位置是跟随着总成零件的。
本案例，客户需要设计扣手模块。盖扣手模块相当于扣手零件的假件。定位及周边型面全仿扣手零件。在该模块上有独立的3+2+1定位原则。
扣手模块的作用：当门板本体模具打出来的产品与扣手模具打出来的产品，在实际装车过程中存在匹配不理想，未达到匹配轮廓要求，这时无法判断是门板本体是合格还是扣手是合格件（无扣手检具）。在这种情况下，扣手模块的作用就体现出来了，用这个标准扣手模块装到门板本体上，孰真孰假，一看便识。
4.检具设计标准化
检具设计的标准化，可以缩短检具的研发周期。使得在同行业中保持一定的优势 势在必行。
4.1标准库、标准模块的建立
4.1.1 常用压钳、把手圆/方型测量基准、垫脚等。
常用标准件不需要重复建模，重定位即可。提高效率，如图6所示。
4.1.2 标准件组合模块
底板、测量基准圆、手柄、铭牌、通止规、插销座为每幅检具必备的标准件，将他们组合建立库，在设计时直接调用避免了设计时一个一个标准件重定位的繁琐。进一步提升效率，如图7所示。
4.1.3 铝件、铁件常用法兰库的建立
双边法兰厚度20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm等；单边法兰厚度20×20mm、20×25mm、25×25mm等。将标准法兰库运用于初版方案设计，可以为后续细化数据做好了充分的前期准备，大大提高了细化時间，如图8所示。
4.1.4 常用机械机构库
手拧/半自动式开合机构，常用于装卡扣的产品。机构口部模拟实车状态，闭合时，产品拍入，起到定位及固定产品的作用；打开时，检测完毕便于取件。本文门板检具就用到半自动式开合机构，如图9所示。
立式、卧式、滑移机构，常用于定位或者检测要素，在考虑装取件、要素是否更加有利于检测等情况下机构不能做固定时采用。为考虑机构的稳定性：立式、卧式、滑移机构臂长与限位段的比例一般不超过2：1。
4.2后续研究方向
要建立的标准还有很多，以上只是举例说明。例如：标准尺寸翻砂底板的数模库建立、通用标准件：Ⅰ型、L型支架等标准件数模的建立。后续研究方向：基于UG软件，开发一套检具标准件外挂。着力于提升检具设计效率。
5.人机阐述
社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏的加快等等一系列的社会与物质的因素，使人们在享受物质生活的同时，更加注重产品在“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”和“效率”等方面的评价，也就是在产品设计中常提到的人性化设计问题。
那么，对于一件产品是如何来评价它在人机工程学方面是否符合规范呢。以检具为例，设计部协同质量部应建立常规检测项目。以便于在检具下发制造前提供优质的设计数据及检具制造完成能给客户一套合乎人性化的检具。
列举几点：
（1）人置于操作台面前，检具定位信息是否明朗。基准点，基准控制方向，3+2+1定位是否能操作者一目了然。
（2）产品装取件件是否有干涉、活动件是否标有操作顺序。活动件是否顺畅。检具的装件重复性是否稳定，取件时是否便捷。
（3）产品检测区域是否一目了然，模拟块上对应区域是否有对应检测信息，对应的检测工具（比如：通止规、检测销）是否在触手可及的地方。
（4）一个产品检测周期下来是否符合产品全检、抽检时间要求。
（5）检具搬运是否便捷，是否有安全隐患等等。
符合人机工程，人性化的检具设计是最实在，同时也是最前沿的潮流与趋势，是一种人文精神的体现，是人与产品完美和谐的结合。
6.结束语
本人从事检具设计行业也有3/4年，从毕业时的迷茫到学徒时求知的迫切；在检具设计的路上细细摸索；凡事都有章可循，想通过检具设计说明书这样的阐述希望能帮到刚入门的人。
参考文献：
[1]布劳温. 科学计量学指标[M]. 科学出版社，1989.
[2]罗剑英，张煜欣，黄建烜. 基于人机工程学的座椅设计研究综述[J]. 东莞理工学院学报，2016（1）：69-72.
[3]李晓沛，张琳娜，赵凤霞. 简明公差标准应用手册[M]. 上海科学技术出版社，2005.
[4]袁智军，周磊，梁海峰，等. 基于内饰件基础结构库的门饰板设计[J]. 汽车技术，2016（4）：1-5.