分享 | 什么时候用到GD&T？为什么要用GD&T

GD&T就是一个有用的设计工具，一个工程符号语言。用来指定一个零件上的尺寸，形状，方向和位置等特征。用GD&T公差符号来标注的特征实际上反应的是和配合零件的装配或配合关系。用合适的GD&T来标注的图纸，提供了最好的和用最低成本的方法来设计配合关系。总之，提高质量，降低成本，是GD&T使用得越来越广根本原因。那么，

什么时候用GD&T？

很多设计者都会问，什么情况下需要用到GD&T。因为GD&T就是用来定位尺寸特征的，所以最简单的回答就是，用GD&T来控制所有的尺寸位置。包含以下的情形：

图纸的设计和阅读不能产生歧义的情况。

对一些关键的功能尺寸，和需要满足互换性的情况下。

减少仅仅通过品质控制，就报废的零件数量。

减少后续的工程图纸更改。

用在自动设备上。

需要用功能检具来控制产品尺寸公差的场合。

改善生产工艺。

公司希望全面的降低成本。

与传统的正负公差相比，GD&T的优势：

从19世纪中期以来，正负公差就广泛的用在了工业部门。但是这种正负公差标注有以下几点限制：

正负公差标注的公差带是矩形公差带。如图：

这张图就是用传统的正负公差标注的方法。Φ30的孔必须位于0.2的矩形公差带内。但是矩形公差带明显公差带边沿到中心的距离并不相等。在上图中，从左到右，从上到下的公差是±0.1，因此，当设计者给定这样的公差，他实际上必须接受±0.14的公差，即图中的对角线公差。

正负公差只能用在与尺寸大小无关的形位公差上。与尺寸无关，就是说，每个尺寸特征的尺寸和位置完全无关，相互独立。例如一个孔，如上例的图，在实际装配中，孔的大小和位置是有关系的。如果孔的尺寸较大，可以允许有较大的位置公差。但是传统的正负公差在这样的情况下，无能为力。

3.正负公差标注，通常都没有定义基准。相应的，加工者和检测者，不知道应该用什么样的基准合适，也不知道基准的顺序如何。还是如上图，测量一般都从零件的左边和下边。暗示这两个边是该零件的基准。即使这样，也没有定义那个基准更重要。也没有指明，是否需要第三基准。一般，需要完全定义一个特征，需要相互垂直的三个基准。

使用GD&T的最重要的三点就是：

有一致的圆柱形公差带

能够使用最大实体条件，最下实体条件等。增加零件的合格率。

制定合适基准，及基准重要次序确定。制造，检测都很明确。

企业为什么要导入尺寸工程？

经常有测量工程师拿着很奇怪的图纸来问我们，这个标注是什么意思，仔细看图纸，包括我们也看不懂设计者想表达什么，比如说我们常常看到形状公差有基准，基准符号标注在中心线上，被测要素箭头指引在中心线上等等。我们还看到企业内部的设计工程师和测量工程师就某个符号的含义争的耳赤面红，客户和供应商经常为某个标注带来的质量问题吵来吵去，这些都充分说明，企业内部，企业之间需要的是一种公共的工程语言-GD&T(几何公差和尺寸公差)。

GD&T(几何公差和尺寸公差)是美标的专业术语, 在ISO或者国标中称为GPS(几何产品规范)，1949年第一次写进标准到现在已经有相近70年的历史，在我国各机械制造行业的采用近几年才刚刚开始。我们常见到企业图纸有两种情况：

零件图纸全部用尺寸表达，设计工程师用密密麻麻的纵横尺寸表达所有的特征。没有见到一个几何公差，我们有时候会问设计工程师，这个零件的平面度没有要求吗？他说没有关系的，加工的部门会考虑的，那么测量有歧义怎么办呢？他说没有关系，质量部门的人会处理的。

零件图纸会采用几何公差表达，但是表达不清晰，不规范。还有最关键的是，基准的设置不合理，和装配没有关系，我们问设计工程师，为什么要这样设计基准？他说是生产要求的，不然怎么加工？

这时一个非常非常遗憾的一个现象，早在1937年就有人提出来尺寸公差不能充分表达对零件的要求，后来美国率先把几何公差写进标准，ISO也跟着写进标准，到现在已经有相近70多年的历史，ASME和ISO两帮标准委员会的专家们可以说呕心沥血更新了一版又一版的标准，而我们的很多企业还滞留在上个世纪那个小米加步枪的落后时代。

为了保证产品的功能，零件的要求必须由研发工程师，设计工程师提出，表达在图纸上，它和生产，和测量何干？生产和测量只是一个执行部门，他们没有能力，也没有责任对图纸进行定义来保证功能。另外所有的零件都是为功能而生，不是为了制造而生，如果把加工制造排在第一位去牺牲功能，是不是本末倒置呢？

可以想象，设计部门出了一份要求表达不清晰，不完整，不合理的设计图纸，企业如何保证产品的质量？

所以企业内部，企业之间的这个共同的工程语言显得特别重要，这个语言就是GD&T, GPS,从研发开始，正确设计，合理表达图纸，生产和质量部门正确理解图纸，认真执行，依据这个逻辑才是从技术层面上提高产品质量的有效措施。

我们还遇到有公司的领导会质疑在图纸中采用GD&T， 他们会认为采用了GD&T标注会增加零件的要求，提高了零件的成本。

首先企业需要理解的是，为了保证功能，必要的要求是必须要加上去的。比如零件之间的配合面，平面度要求是要有的，如果没有平面度要求，导致了整机的失效，带来的损失不是单个零件的成本可以比的。

其次，加了几何公差要求后本身不会和成本没有关系，有关系的是几何公差框里的数值，比如说孔的位置度，Ø0.2的位置度和Ø0.1的位置度比较，显然前者的要求更低，成本也更低。如果设计工程师能够合理的定义几何公差，那么不但可以保证产品功能，还能够降低成本，典型的案例就是螺钉过孔加最大实体要求（M圈），它就是在保证装配的前提下降低要求的一种表现，而普通的尺寸公差是不能达到这个要求的。

那么问题来了，设计工程师们如何“合理”的定义几何公差呢？

这里就需要在充分掌握GD&T， GPS的基础上进行尺寸链计算和公差分析。

我们知道，在多个零件之间的装配中，公差累加一定会发生的。对于机械结构设计工程师，尺寸工程师来说，尺寸链计算和公差分析是必须要掌握的，图纸上几何公差的合理定义，都是在完成尺寸链计算和公差分析的基础上，它可以使多个零件之间的装配带来的公差累加尽在工程师们的掌握之中，确保功能能够实现。比如说汽车内饰件之间的缝隙，面差等，使得产品能能够满足要求, 如DTS. 另外一个好处在于，可以根据每个零件公差以及封闭环累加公差的概率分布分析，合理在各个零件之间均衡公差，根据零件的制造工艺，装配工艺来分配公差，使得零件间的公差分配优化，从而降低成本。

一句话，在完成尺寸链计算和公差分析的基础上定义的图纸，它的设计是优化的，既不会为了保证功能而草木皆兵的加严每个零件的公差，也不会毫无根据的放宽零件公差，它能够降低成本，更重要的是保证了成品的质量。

研发工程师充分理解了GD&T，GPS，完成了尺寸链计算和公差分析，最终出了一份优质的工程图，只是第一步，更重要的是后序的加工部门和质量管控部门的执行，关键在于质量管控部门。

通常生产制造部门在调试工艺的时候，或者在批量生产时，质量品管部门会对其质量进行检测和管控，对加工好的零件进行测量，看看是否满足图纸要求。常见的手段可以用设备进行测量，如采用号称“工业之眼”的三坐标检测，也可以采用检具检测。

相对于三坐标来说，检具测量具备效率高，不受场地限制，甚至可以全检的优点。一个零件上三坐标可能需要20分钟，而上检具检测可能20秒就可以完成。相对于三坐标的操作工程师来说，检具检测对测量人员的要求也不高。更重要的是，很多功能检具它本身模拟的就是一种极限的装配状态，它测量的结果比三坐标更加可信。所以检具检测在企业里边也是常常采用的一个测量手段。

对于企业的检具工程师来说，如何设计检具？如何确认检具厂提供的方案？如何验收检具？这些都要求工程师们对检具的原理要有充分的理解。检具的测量依据是利用边界理论，而边界理论的源头也是GD&T, GPS, 只有在充分掌握了GD&T, GPS的基础上，才能学习检具测量，学习MMVB（最大实体实效边界），学习如何设计定位特征，如何设计检测特征。

一个企业要提高产品质量，从尺寸工程开始，它是一个系统的工程，从研发部门开始，正确合理定义基准，定义被测特征，基于尺寸链计算和公差分析，合理定义公差，生产部门和质量部门在充分理解图纸的基础上，满足图纸的要求，质量管控部门采用检具检测，可提高效率，保证质量。最终达到提高企业产品质量的目的。

基本上GD&T，尺寸链分析，检具设计构成尺寸工程最基础的三部分；