淺談汽車車身并行開發(fā)的策略和方法

尹國(guó)麗

(上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西柳州545007)

企業(yè)要在日益加劇的全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中擁有一席之地，必須在新產(chǎn)品開發(fā)中不斷減低成本、提高質(zhì)量和縮短開發(fā)周期[7]。并行工程的運(yùn)用，正是基于這種認(rèn)識(shí)，而在新產(chǎn)品開發(fā)中得到了廣泛的運(yùn)用和推廣。對(duì)于汽車企業(yè)，新產(chǎn)品的開發(fā)是非常龐大和復(fù)雜的系統(tǒng)工程，如何提升并行開發(fā)，仍然是眾多汽車廠家不斷追求和探索的永恒話題。汽車的全新開發(fā)和車型改進(jìn)等項(xiàng)目，都會(huì)涉及到車身（即汽車的車殼）的全新開發(fā)。因此，如何提升汽車車身的并行開發(fā)，將極大程度地影響整個(gè)項(xiàng)目的成敗。

1 并行開發(fā)的含義

并行開發(fā)是運(yùn)用并行工程的理念進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)。并行工程最早由Winner等人提出，是一種集成了產(chǎn)品和其相關(guān)工藝過(guò)程(包括制造過(guò)程和其它支持過(guò)程)的系統(tǒng)化的工作方法[4，5，9]。車身的并行開發(fā)，強(qiáng)調(diào)在較早的車身零件設(shè)計(jì)階段，就同步考慮與其相關(guān)的后續(xù)制造等因數(shù)，力求一次設(shè)計(jì)成功，避免反復(fù)修改，從而達(dá)到縮短制造周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減低開發(fā)成本的目的。并行開發(fā)主要包括三個(gè)要素：協(xié)作、信息技術(shù)和過(guò)程[8]，即必須依靠團(tuán)隊(duì)協(xié)作，運(yùn)用信息技術(shù)平臺(tái)，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的集成開發(fā)。

圖1 車身串行開發(fā)與并行開發(fā)[6]

對(duì)于一個(gè)具備開發(fā)能力的汽車企業(yè)，信息技術(shù)平臺(tái)主要為CAD、CAE、CAM、CAPP、PDM等，其技術(shù)相對(duì)成熟。因此，要做好車身的并行開發(fā)，關(guān)鍵是作好人員的集成，以及貫徹設(shè)計(jì)面向制造(DFM)、設(shè)計(jì)面向裝配(DFA)的設(shè)計(jì)理念，以達(dá)成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝、工裝設(shè)計(jì)的高效集成。傳統(tǒng)的車身串行開發(fā)和現(xiàn)代汽車企業(yè)普遍采用的并行開發(fā)的區(qū)別如圖1所示。并行開發(fā)與串行開發(fā)的本質(zhì)區(qū)別，在于并行開發(fā)是交叉并行的，是把開發(fā)的各個(gè)活動(dòng)看成是一個(gè)集成的過(guò)程，并從全局出發(fā)，對(duì)集成過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化的管理與控制。

1 集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)

人的集成即集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)。對(duì)于車身開發(fā)，則主要表現(xiàn)為產(chǎn)品工程團(tuán)隊(duì)與制造工程團(tuán)隊(duì)的集成。產(chǎn)品工程團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)車身零件的具體設(shè)計(jì)，制造工程團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)工藝、工裝的設(shè)計(jì)和制造調(diào)試等。在產(chǎn)品開發(fā)前期，必須有來(lái)自制造工程團(tuán)隊(duì)的工程師、專家等參與到產(chǎn)品工程團(tuán)隊(duì)中，保證兩大團(tuán)隊(duì)的信息溝通通暢，同時(shí)代表制造工程團(tuán)隊(duì)向產(chǎn)品工程團(tuán)隊(duì)輸入相關(guān)的工藝信息（BOP），制造需求（MR）等，并在零件的開發(fā)進(jìn)程中，同步評(píng)估產(chǎn)品工程師（PE）所設(shè)計(jì)零件的工藝可行性，及時(shí)提出修改方案等，以保證零件可以用最低的成本，最佳的工藝進(jìn)行制造。要作好產(chǎn)品工程與制造工程人員的集成，除了派出富有經(jīng)驗(yàn)的制造工程師 (ME)切入最前期的PE開發(fā)工作外，還要最大限度的縮短整個(gè)PE和ME工作團(tuán)隊(duì)的空間距離，以保證針對(duì)于具體問(wèn)題，對(duì)應(yīng)的PE和ME能夠方便、快捷的進(jìn)行相應(yīng)的溝通交流。例如將PE和ME安排在同一室工作時(shí)的溝通交流頻次要大大高于他們被隔離開的頻次。經(jīng)研究，溝通頻次受地理位置、空間距離等因素的影響，充分考慮這些影響因素，創(chuàng)造有利的工作環(huán)境能極大的促進(jìn)人員集成效果。另外，在組織機(jī)構(gòu)上，也應(yīng)將PE和ME集成到同一部門，PE和ME在共同的部門領(lǐng)導(dǎo)下開展工作，這樣有利于沖突的協(xié)調(diào)解決。在共同的部門目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，PE在開發(fā)零件時(shí)，會(huì)主動(dòng)咨詢ME的意見，ME也會(huì)積極的參與到PE的設(shè)計(jì)開發(fā)中，從而形成一個(gè)緊密團(tuán)結(jié)的高效并行開發(fā)團(tuán)隊(duì)。

2 采用DFM/DFA的相關(guān)方法

Ulrich and Eppinger定義了DFM和DFA是在產(chǎn)品和工藝的早期開發(fā)中應(yīng)用設(shè)計(jì)和制造綜合輸入的過(guò)程。DFM和DFA應(yīng)基于當(dāng)前和過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)所設(shè)計(jì)零件和工藝進(jìn)行簡(jiǎn)化和優(yōu)化，以達(dá)到高效加工和高效裝配的目的[10]。因此，DFM和DFA可以幫助產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高客戶滿意度。DFM和DFA是并行工程中最重要的研究?jī)?nèi)容之一。

汽車車身開發(fā)主要涉及到車身零件本身的3D造型設(shè)計(jì)，及為了實(shí)現(xiàn)造型而進(jìn)行的相關(guān)的工裝、工藝的開發(fā)，除了需要同步考慮零件形狀、結(jié)構(gòu)，零件的沖壓、焊接工藝可行性外，還需結(jié)合實(shí)際的制造能力，即應(yīng)充分考慮制造需求，再有就是考慮如何進(jìn)行有效的尺寸控制，以達(dá)到合格的整車匹配效果，從而減少開發(fā)后期零件和工裝等的反復(fù)修改而產(chǎn)生的巨大浪費(fèi)，因此產(chǎn)品開發(fā)前期必須同步考慮工藝，制造需求和尺寸控制策略等關(guān)鍵要素。

2.1 同步開發(fā)BOP

BOP（Bill of process）即工藝清單，在車身開發(fā)的概念階段就同步考慮BOP是PE和ME工作順利開展的前提。車身BOP的設(shè)計(jì)必須考慮以下的內(nèi)容[2]：

（1）制造順序（Build sequence）；

（2）操作內(nèi)容（Operation content）；

（3）尺寸策略（Dimensional strategy）；

（4）分總成設(shè)計(jì)策略（Subassembly design strategy）；

（5）主工裝夾具、設(shè)備與所設(shè)計(jì)產(chǎn)品相適應(yīng)（Major tool and equipment interface parallel as to the product）。

最終所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品和BOP必須相互適應(yīng)，以確保車身可以用所設(shè)計(jì)的工藝制造出來(lái)。BOP的改變經(jīng)常會(huì)影響到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化，因此BOP的開發(fā)必須與產(chǎn)品開發(fā)高度并行。圖2是一個(gè)車身BOP的例子。從該BOP，我們可看出零件的分總成策略、零件的裝配順序、所需的裝配工位等基本信息。PE所設(shè)計(jì)的零件，必須滿足這樣的裝配順序要求，ME所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線（主要包括輸送線、工裝夾具、焊接拼臺(tái)、焊鉗等）必須滿足在規(guī)定的工位，按要求的節(jié)拍完成對(duì)應(yīng)零件的裝夾、焊接和輸送。因此，具體的車身零件和工藝的設(shè)計(jì)，都一定程度地受BOP的影響，BOP的概念設(shè)計(jì)，必須在產(chǎn)品開發(fā)初期提出，并隨著產(chǎn)品零件開發(fā)的推進(jìn)而完善。

圖2 某車型車身BOP[2]

2.2 盡早輸入車身制造需求（Body MR）

制造需求（MR）是產(chǎn)品與工藝連接的紐帶，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期充分考慮MR可以保證零件的可制造性[1]。MR是很多對(duì)象的接口，可以確保車子在既定的工廠制造并且滿足總成、設(shè)備、制造順序、生產(chǎn)效率和人機(jī)工程等一系列需求的設(shè)計(jì)原則。

（1）考慮MR可以確定BOP實(shí)現(xiàn)的過(guò)程；

（2）MR同時(shí)考慮了可能不包括在BOP內(nèi)的其他方面的制造需求（如新技術(shù)，未體現(xiàn)在BOP上的其他的細(xì)節(jié)等）；

（3）MR是制造工程師和產(chǎn)品工程師進(jìn)行早期并行開發(fā)的溝通工具。

車身的開發(fā)，必須集成考慮產(chǎn)品本身和制造能力相結(jié)合，即正確的產(chǎn)品、在正確的工廠、在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)，以合理的成本生產(chǎn)出適量的產(chǎn)品。為達(dá)到該目標(biāo)，ME必須及時(shí)將MR輸入給PE，以順利完成概念零件、結(jié)構(gòu)零件、功能零件和集成零件等的設(shè)計(jì)。在零件開發(fā)過(guò)程中，ME還應(yīng)及時(shí)評(píng)審PE所設(shè)計(jì)零件是否符合MR的需求。表1是SGMW某車型車身MR的一些具體要求。

表1 某車型車身MR的一些具體要求BODY MRs

2.3 同步開發(fā)尺寸控制策略

尺寸控制策略，是綜合考慮了車身與內(nèi)/外飾件及其他總裝零件在搭接、配合需求的基礎(chǔ)上制定的，是保證制造過(guò)程基準(zhǔn)一致性的指導(dǎo)綱領(lǐng)[11]。它提供了前后一致的定位基準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在不同工廠間柔性生產(chǎn)，因此可以極大程度地降低成本。

車身是所有總裝件的載體，必須保證所有的裝配功能尺寸，以確?？傃b內(nèi)/外飾件、功能零件等的正確裝配。車身與門蓋之間的間隙段差，反映了車子的制造質(zhì)量，漏水、漏灰常常由于間隙、段差不合而引起，嚴(yán)重影響客戶滿意度。而所有車身鈑金件在焊接、拼裝過(guò)程中的尺寸波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致門蓋等松動(dòng)件在裝配后出現(xiàn)與相鄰零件間隙、段差超差。系統(tǒng)的車身尺寸控制策略，就是為了獲取滿足尺寸質(zhì)量要求的車身而開發(fā)的，該策略可以指導(dǎo)PE和ME在共同基準(zhǔn)原則下，并行開發(fā)零件和工藝工裝。一整套合理的尺寸控制策略，可以有效的避免各種常見的車身尺寸質(zhì)量問(wèn)題。尺寸控制策略的變化，可能導(dǎo)致零件結(jié)構(gòu)或細(xì)節(jié)的變化；零件的變化，也有可能導(dǎo)致整個(gè)定位策略的重新考慮。因此，對(duì)于每個(gè)零件或總成，在零件開發(fā)早期就同步開發(fā)并輸入尺寸定位策略，是車身開發(fā)得以順利進(jìn)行的關(guān)鍵。圖3顯示了某車型頂蓋的尺寸定位策略。

圖3 某車型頂蓋尺寸定位策略

3 將評(píng)審的宏循環(huán)變成微循環(huán)

并行開發(fā)是一種集成系統(tǒng)的方法，需在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期，就同步考慮后續(xù)的各種影響因素，各活動(dòng)是并行交叉推進(jìn)的。對(duì)于車身開發(fā)，所涉及的零件很多，所涉及的工藝、工裝也很復(fù)雜，各種開發(fā)活動(dòng)并行交叉推進(jìn)的過(guò)程中，不可避免地產(chǎn)生各種沖突，沖突的消解與管理，在并行開發(fā)中顯得尤其重要。對(duì)于技術(shù)層面的沖突，通常通過(guò)設(shè)計(jì)評(píng)審來(lái)消解。

傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)評(píng)審，往往是待產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)展到一定程度，才組織相關(guān)人員在專門的工作室里進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)審。這樣的評(píng)審，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，返工量往往很大，不利于縮短開發(fā)周期和降低開發(fā)成本。并行開發(fā)要求盡量縮短評(píng)審周期，如將原來(lái)設(shè)計(jì)評(píng)審的宏循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒀h(huán)，則可盡早地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，糾正設(shè)計(jì)偏差[12]。這樣的微循環(huán)指設(shè)計(jì)評(píng)審，幾乎與設(shè)計(jì)同步開展，只要零件狀態(tài)發(fā)生變化，就會(huì)有專業(yè)團(tuán)隊(duì)分工合作地進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)審，這樣的評(píng)審無(wú)須專門的工作室，隨時(shí)都可進(jìn)行，但極大程度地依賴于信息技術(shù)平臺(tái)，因?yàn)榧纫ＷC數(shù)據(jù)的共享，又要保證高效的溝通與反饋。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所介紹的策略和方法，可以作為車身并行開發(fā)的指導(dǎo)思想，各汽車企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身具體情況量身定制具體方案，來(lái)追求并行開發(fā)的永恒目標(biāo)：縮短制造周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減低開發(fā)成本。

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