对于一名机械设计工程师来说，几何尺寸和公差的相关知识相信我们并不陌生。它作为工程师表达一个对产品的形状、方向和位置的通用标准化语言，在制造行业尤其汽车零部件行业应用是相当的普遍，因为它会直接影响产品的质量和功能。
记得上大学时，我们学习过《互换性和测量技术》这门课，这本书里面讲的其实就是产品的几何尺寸和公差。公差用来控制产品加工中的误差，以保证互换性的实现，从而有利于降低产品成本，提高产品质量。而这个控制的“公差”则包含：尺寸公差、形状公差和位置公差。
我刚参加工作是在消费类行业，具体是做笔记本电脑的结构设计工作，那时候我们的图纸上标注就只有特征的大小以及尺寸公差，没有形位公差，所以经常会出现不同零部件互换后装配产生的结果不一样，有时甚至出现装不上的情况，搞得浪费很多资源包括时间。现在想来其实就是对于控制对象的管控不足造成，因为我们没有限定一个尺寸的位置和方向，从而会导致装配出现问题，尤其大批量生产时。
所以，作为一名合格的机械设计师，如果对于自己的设计有充分认识的话，将设计转化为图纸的时候，就务必需要运用GD&T来对设计的重要特征进行管控，才能确保设计-制造加工-测量等整条流程链条上的人员都能够理解并实现设计师的设计意图。
产品的几何尺寸和公差是机械设计和制造中的重要概念，它们用于确保零件的互换性和装配精度。几何尺寸和几何公差的英文全称是“Geometric Dimensioning and Geometric Tolerancing”，包含尺寸公差和几何公差（旧标准为：形位公差）两部分内容。
几何尺寸是指零件的几何特征，包括形状、位置、方向、轮廓和大小等。这些特征可以通过线、面、体等几何元素来描述。几何尺寸的定义是通过图纸或计算机生成的三维模型来明确表示零部件和组件的标称（理论上完美的）几何形状。
公差则是指在制造过程中允许的尺寸变动范围。具体来说，公差是指几何尺寸中允许的最大偏差或最小间隙。它代表了零件精度的所需直径或宽度，并且包括形状公差、位置公差、方向公差等。公差的设定是为了确保零件在制造过程中能够达到预期的功能要求，同时降低制造成本和测量难度。
在实际应用中，几何尺寸和公差（GD&T）是一套系统，用于描述零件的几何形状以及允许的几何公差。通过使用正确的工具，设计工程师可以清楚地描述一个特征在部件上的位置和形状。例如，GD&T允许最大限度的公差，从而实现最经济实惠的零件。
总结来说，产品的几何尺寸和公差是确保零件在制造和装配过程中符合设计要求的重要工具，它们帮助工程师优化产品设计，提高产品质量并降低成本。
几何尺寸和公差（GD&T）的发展经历了多个阶段，从早期的简单公差制到现代的复杂标准体系。最初，公差制的概念在19世纪后期出现，目的是为了保证零件的互换性。早期的公差制较为简单，只有基孔制，配合数较少，主要用符号或名称表示极限偏差。
二战期间，美国为战争生产备件时发现许多零件尽管符合规格但无法组装。战后，政府、工业和教育界代表组成的委员会研究并制定了GD&T标准，以确保零件能正确安装并正常工作。该标准经过多次修订，目前由ASME Y14.5-2018制定，是权威参考文件。
GD&T标准逐渐取代了传统的限位尺寸公差，特别是在尺寸特征的形状、方向、位置和轮廓的公差中。它引入了新的术语和符号，如最大材料边界（MMB）、最小材料边界（LMB）和无论材料边界（RMB），以更精确地描述功能要求。
随着全球化趋势的发展，设计和制造的分散化更加明显，因此更精确地描述功能要求变得尤为重要。GD&T在提高图形可靠性、降低成本和提高质量方面发挥了重要作用。此外，GD&T也被广泛应用于高端装备的大型零部件几何尺寸测量中，以满足高精度和高效率的需求。
国际上，ISO/TC 213负责协调ISO/TC 3表面纹理、ISO/TC 10 SC 5尺寸和公差以及ISO/TC 57测量三个领域的标准和原则。美国代表团参与了ISO/TC 213的所有会议，并推动了GD&T标准的国际化。
GD&T的发展不仅提高了制造精度和效率，还促进了全球制造业的标准化和互操作性。
谈到几何尺寸和公差的标准，我们不得不提及ISO和ASME两个标准。ISO全称是国际标准化组织（International Organization for Standardization），欧洲各国共同发起和推行了一系列关于公差标准的ISO标准，如ISO2768、ISO128等，简称欧标；ASME全称是美国机械工程师学会（American Society of Mechanical Engineers），该学会也发起和编写了关于公差的相关标准，也就是著名的ASME Y14.5，简称美标，目前应用比较广泛的还是ASME Y14.5（标准编号）M（公制）-2009（标准编制年份），是ASME Y14.5M-1994标准的升级版，目前最新的版本为ASME Y14.5M-2018，两个版本的区别主要如下：
另外ISO和ASME两标准都是为了解决零件的互换性和可装配性问题，然而其内容大约有80%~90%的重叠。
在我国，几何尺寸公差的国标（GB）则采用ISO标准体系，可参考下图。几何尺寸公差在1SO标准中的名称是产品几何技术规范（Geometrical Product Specifications，缩写为GPS），国标沿用了这一名称。从下图可以看出，国标等效采用大部分ISO标准。
总体来讲，相比于1SO标准，ASME Y14.5标准在内容上和解释详细程度上更加全面，ASME Y14.5虽是美国标准，但由于其科学性和方便性的优点，已被众多欧美企业和国内汽车相关企业使用。
几何尺寸和公差可以简称为几何公差，区别于传统的尺寸公差，它不仅定义了一个完美的零件-GD，同时明确了允许的偏差范围-GT。下面我们将从以下几个方面，来说明几何公差的重要性：
1. 决定工程图纸的质量水平。我们知道工程图纸是精确工程交流的文件工具，用来精确描述一个零件。而几何公差则是用在工程文件上作为精确交流的工程语言，它清晰地定义了一个机械零件。
2. 可降低工程修改的成本。工程图纸应用于产品和公司整个过程中，对公司许多部门和成本构成重大影响。如果工程图纸质量水平差，图纸错误，将会带来金钱和时间的浪费，同时令客户满意度下降，严重的甚至导致订单丢失。因此，应用几何公差可以在产品的设计阶段就完美地定义设计意图，减少制造和测量的问题，从而满足产品的互换性和可制造装配性。
3. 提高产品的质量，从而降低产品成本。戴明质量哲学告诉我们：只有用质量获得的利润才真实持久可靠，企业是否成功取决于企业向客户提供的价值。V价值=Q质量/P价格。几何公差可以向客户提供更好的价值。用低成本实现高质量。
4. 几何公差是一个稳健设计的系统。所谓一个稳健的ROBUST设计系统，也就是输出公差是输入公差的一个函数，当输入公差很大，输出公差反而不敏感时，就可认为这是一个稳健的设计系统。几何公差鼓励一个“功能尺寸”的哲学，以零件的功能来确定如何定义零件。在保证零件功能的前提下，为了降低制造成本，在需要的地方应用关键和可生产的公差，公差应该越大越好。
5. 统一了设计制造和测量。设计工程师应用几何公差在设计阶段和工程图上清晰定义设计意图，制造工艺工程师根据设计师的工程图纸定义生产计划满足设计意图，质量工程师确保生产质量满足设计意图。
很多初学者乃至工作多年的工程师，有时也会对几何公差有所畏惧，面对繁多的公差符号和术语，不免眼花缭乱和心烦意燥，毫无学习的头绪可言。
这个时候，我们就需要运用归纳的方法，一张工程图纸上面的尺寸标注内容，可以被快速地归纳为四部分：控制对象、尺寸公差、几何公差和基准。
控制对象非常重要，也就是被测要素，没有要被控制的实体对象，也就无所谓后面的公差和基准。控制对象就是图面上的，诸如：孔、轴、槽、曲面、平面、曲线等。很多时候我们图纸的标注错误，往往就来源于对控制对象的理解不足或者是无法理解。最简单的理解方法就是从零部件的功能出发，理解每个需要被控制的对象特征。
那么，如何快速地对几何公差进行入门学习呢，我想主要从三方面来对每部分内容进行学习和总结，它们都有三个共同点：基础知识（符号和定义等）、修饰符号以及应用技巧。
写在最后
最近计划接下来，会去分章节的去讲解基础的几何尺寸和公差的知识，系统性地对几何公差的知识做个详细介绍，最后会以一个课程的方式呈现给感兴趣的小伙伴，敬请期待，谢谢！
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