【Creo】02-Tolerance Analysis公差分析

公差指的是零件尺寸加工所容許的誤差範圍，常見的為尺寸公差、幾何公差，傳統以最大與最小尺寸為組裝公差設計的依據，零件與零件之間組裝配合情況，少量生產也許可採取一對一組合測試，但在大量生產中無法逐一檢測零件尺寸，無法反映真實的情形，此時零組件的公差設計就很重要，在允許的公差，您必須考慮個別尺寸中變異的累積或堆疊。

■為什麼要做公差分析?

公差設計需要將實際製造能力考慮進去，實際製造能力一般以製程能力指標Cpk表示，結合公差設計與製程能力之公差設計方法，一般稱為「統計公差」，應用於大量生產之產品零組件尺寸公差之分析與設計，公差分析可幫助我們在設計階段，找出關鍵尺寸、關鍵公差、求得尺寸公差值，有依據的設計，不再僅依靠過去經驗，有效掌控成本，具體效益如下：

提高產品質量
- 分析和優化質量和可製造性的公差
設計實現價格溢價
- 確定並優化公差以改善功能和性能
提高工程效率
- 快速建立和分析公差疊加和間隙分析
降低產品開發成本
- 儘早使用公差分析來識別和消除設計缺陷
降低製造成本
- 優化公差以實現可製造性目標並減少廢品

在設計時候，考慮到量產及零件檢驗，會針對各零件設置公差範圍，公差的範圍自然影響成本，公差值越大，加工成本降低，公差值越小的成本越高，所以在定義公差時，在合乎設計要求的前提下會盡量放寬公差來降低成本。

■如何做公差分析?

公差分析在一般產品中通常使用一維尺寸鏈的分析方法，可分為三種模式，最壞狀況模式(Worst-case model)、統計模式(Statistical model,RSS)、蒙地卡羅模式(Monte Carlo model)，這裡就不詳述數學原理，網路上都有很多資料，基本的定義如下:

最壞狀況模式 (Worst Case model)

最壞狀況模式又稱極值法或區間法，不會考慮個別變數的分佈，主要以零件的最大及最小狀況組合計算其組合公差，取得之堆疊距離的絕對上限與下限，可以滿足互換性，組件公差最大。適合零件數較少(4件以下)的組件。

統計模式(Statistical model, RSS)

統計模式又稱概率法或幾何累積誤差分析，利用統計學的原理來放寬零件公差，假設各零件公差的特徵或加工條件符合常態之鐘型曲線分佈，且分佈中心與公差帶中心值相同，分佈範圍與公差範圍也相同，考慮實際的分布情況，分佈情形能夠說明組裝量測誤差，通常適用於大量生產的多組件。

蒙地卡羅模式(Monte Carlo model)

一種數值方法，利用亂數取樣(Random sampling) 模擬來解決數學問題。凡是具有隨機效應的過程，均可能以蒙地卡羅方法來大量模擬單一事件，藉統計上平均值獲得某設定條件下實際最可能測量值。

※公差分析軟體與CAD的關聯性

撇除使用傳統的Excel執行公差分析，對於CAD軟體通常都會跟主流的公差分析軟體公司策略合作(如Sigmetrix)，提供公差分析的Kernel在CAD軟體，然而CAD上的公差分析基本上是執行1維分析，而該公差分析軟體公司會另外販售進階的外掛式公差分析軟體，功能比較齊全，甚至可以執行3維的公差分析，例如Sigmetrix的CETOL6σ可以掛載在Siemens NX、SolidWorks、Creo Parametric、CATIA。內建的則 SolidWorks、Creo Parametric 都可以在軟體裡面找到該功能，不需要另外安裝，以下則針對Creo的Tolerance Analysis 做說明。