研發(fā)流程管理技術(shù)在動(dòng)力總成開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

雷保軍

（上海交通大學(xué)，上海200240）

研發(fā)流程管理技術(shù)在動(dòng)力總成開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

雷保軍

（上海交通大學(xué)，上海200240）

介紹了新產(chǎn)品研發(fā)流程管理技術(shù)及動(dòng)力總成產(chǎn)品研發(fā)的流程管理方案，并通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，證實(shí)了流程管理技術(shù)的應(yīng)用效果，進(jìn)一步說(shuō)明了研發(fā)流程對(duì)產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目的指導(dǎo)作用。

動(dòng)力總成開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品研發(fā)流程管理

1 前言

為了快速響應(yīng)市場(chǎng)需求和用戶要求的變化，生產(chǎn)廠商已經(jīng)將客戶需求分析作為研發(fā)流程的重要組成部分，并由此展開(kāi)研發(fā)活動(dòng)。在研發(fā)過(guò)程中，普遍按照各自的產(chǎn)品研發(fā)特點(diǎn)，制訂適合自身需求的新產(chǎn)品研發(fā)流程。根據(jù)研發(fā)流程的指引，使新產(chǎn)品研發(fā)周期縮短，成功率提高，成本也得到控制。本文以研發(fā)流程技術(shù)在工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用為主題，簡(jiǎn)要介紹發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成研發(fā)流程的制訂以及流程在項(xiàng)目中的應(yīng)用情況，進(jìn)而說(shuō)明了研發(fā)流程對(duì)產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目的指導(dǎo)作用。

2 新產(chǎn)品研發(fā)流程管理

目前較為流行的研發(fā)流程是以門徑系統(tǒng)為代表的研發(fā)流程，門徑系統(tǒng)如圖1所示。對(duì)于不同的研發(fā)對(duì)象，流程略有差異的。

門徑管理系統(tǒng)SGS（Stage-Gate System），由羅勃特·G·庫(kù)珀（Robert G.Cooper）于20世紀(jì)80年代創(chuàng)立一種新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)（NPD,New Product Development）流程管理技術(shù)，并應(yīng)用于美國(guó)、歐洲、日本的企業(yè)，指導(dǎo)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)[1]。該方法被視為新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一項(xiàng)基礎(chǔ)程序和產(chǎn)品創(chuàng)新的過(guò)程管理工具。門徑管理系統(tǒng)將新產(chǎn)品發(fā)展分為幾個(gè)不同的階段[2]。每個(gè)階段包含一套平行活動(dòng)，由來(lái)自公司中不同部門的人員同時(shí)進(jìn)行。在大部份企業(yè)的門徑管理流程中，每個(gè)階段提供一套適用于企業(yè)的活動(dòng)，即可作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)務(wù)操作。每個(gè)階段在設(shè)計(jì)上都將收集必要信息，以使方案得以進(jìn)展至下一個(gè)關(guān)卡或決策點(diǎn)。

根據(jù)門徑系統(tǒng)原理，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)總成的研發(fā)情況，將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成研發(fā)流程共分為6個(gè)階段，5個(gè)評(píng)審點(diǎn)，2個(gè)決策點(diǎn)，如圖2所示。

2.1 動(dòng)力總成研發(fā)流程的各個(gè)階段及評(píng)審

2.1.1 前期研究階段

前期研究階段主要任務(wù)是把客戶需求描述轉(zhuǎn)化成工程語(yǔ)言并確認(rèn)可行性的過(guò)程。

一個(gè)新的構(gòu)思的誕生有多種途徑。首先從公司

發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，確定公司重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域，并從公司發(fā)展戰(zhàn)略的層面上進(jìn)行構(gòu)思。其次，客戶的強(qiáng)烈訴求也是新構(gòu)思的一個(gè)來(lái)源，具有代表性的用戶群往往對(duì)某一產(chǎn)品的功能有著深刻的理解，并有重要的影響。傾聽(tīng)用戶的聲音，可以得出切合實(shí)際的構(gòu)思。最后，公司銷售員和職工也是新構(gòu)思的提出者，熟悉公司產(chǎn)品的員工也會(huì)提出新的構(gòu)思。

來(lái)稿日期：2013-03-15

采用合理化建議的方式，收集公司員工提出的新構(gòu)思，將動(dòng)力總成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有關(guān)的新構(gòu)思匯總到公司戰(zhàn)略和產(chǎn)品規(guī)劃部，由規(guī)劃部組織成立前期研究工作組，進(jìn)行前期技術(shù)評(píng)估和商業(yè)論證。論證分為2個(gè)步驟，第一步驟進(jìn)行小范圍的案頭分析，擬訂初步的前期市場(chǎng)評(píng)估和技術(shù)評(píng)估，并完成前期商業(yè)和財(cái)務(wù)分析。將前期評(píng)估分析資料交專家評(píng)審，根據(jù)評(píng)審意見(jiàn)，決定是否再進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)估分析。

得到明確的意見(jiàn)后，再開(kāi)展第二步驟工作，即進(jìn)行詳細(xì)的市場(chǎng)調(diào)研和技術(shù)可行性論證，包括客戶需求和愿望研究、市場(chǎng)狀況分析、競(jìng)爭(zhēng)狀況，最后形成項(xiàng)目建議書，明確項(xiàng)目的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)意圖、開(kāi)發(fā)的里程碑計(jì)劃和項(xiàng)目驗(yàn)收指標(biāo)。由技術(shù)管理部組織，進(jìn)行管理決策評(píng)審，對(duì)立項(xiàng)進(jìn)行審批，確定立項(xiàng)與否。前期研究階段的流程圖如3所示。

圖1 門徑系統(tǒng)

圖2 動(dòng)力總成研發(fā)流程

2.1.2 方案概念設(shè)計(jì)階段

方案概念設(shè)計(jì)階段是將客戶需求的工程化語(yǔ)言進(jìn)一步落實(shí)為可實(shí)施的方案的過(guò)程，包括產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的方案和概念設(shè)計(jì)。

概念設(shè)計(jì)階段需要制造單位和供應(yīng)商協(xié)助完成。首先是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成方案的研究、分析。項(xiàng)目小組參照前期的技術(shù)可行性分析，研究多個(gè)可行的方案，并通過(guò)模擬計(jì)算等方式進(jìn)行方案論證，評(píng)判各個(gè)方案的優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)，選定動(dòng)力總成技術(shù)方案。然后，對(duì)選定方案進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。主要完成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的總布置設(shè)計(jì)，做好對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系定義，動(dòng)力總成在整車上的基準(zhǔn)定義，以及各個(gè)子系統(tǒng)接口的定義，最終交付物為動(dòng)力總成技術(shù)方案、動(dòng)力總成總布置圖、子系統(tǒng)接口定義等。

概念設(shè)計(jì)完成，由技術(shù)管理部組織專家組評(píng)審。概念設(shè)計(jì)階段流程圖如圖4所示。

2.1.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段

詳細(xì)設(shè)計(jì)階段是把設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)概念轉(zhuǎn)化為可制造的工程圖紙和技術(shù)要求的過(guò)程。

圖3 前期研究階段的流程圖

圖4 概念設(shè)計(jì)階段的流程圖

詳細(xì)設(shè)計(jì)首先進(jìn)行DFMEA分析，將概念設(shè)計(jì)中存在的潛在失效模式和后果進(jìn)行分析，并提出控制措施，將新產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)水平降至可控范圍內(nèi)。然后進(jìn)行詳細(xì)的試制圖紙繪制和技術(shù)要求編制工作，同時(shí)根據(jù)DFMEA編制設(shè)計(jì)驗(yàn)證計(jì)劃DVP（Design Verification Plan）。

在詳細(xì)設(shè)計(jì)完成之后，將設(shè)計(jì)完成情況進(jìn)行內(nèi)部評(píng)審。評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后下發(fā)試制圖紙，轉(zhuǎn)入試制階段。詳細(xì)階段流程圖如圖5所示。

圖5 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的流程圖

2.1.4 試制和試驗(yàn)階段

試制和試驗(yàn)階段的主要任務(wù)是進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。其目的是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主要從結(jié)構(gòu)、尺寸、性能、耐久性、可靠性、外觀等方面進(jìn)行內(nèi)部評(píng)判。

試制圖紙下發(fā)到制造單位和供應(yīng)商后，就進(jìn)行樣件的試制工作。根據(jù)零部件的復(fù)雜性，一般將試制分為3個(gè)等級(jí)：結(jié)構(gòu)、尺寸和外觀樣件試制，性能樣件試制及可靠性樣件試制。根據(jù)實(shí)際需要，一般先采用快速成型工業(yè)試制結(jié)構(gòu)、尺寸和外觀樣件，進(jìn)行初次試裝，對(duì)結(jié)構(gòu)、尺寸和外觀方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。認(rèn)可后再試制性能樣件，進(jìn)行產(chǎn)品性能開(kāi)發(fā)試驗(yàn)。性能認(rèn)可后，按正式工裝試制可靠性樣件，在試驗(yàn)室臺(tái)架上進(jìn)行產(chǎn)品的初步可靠性試驗(yàn)。

以上試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程中，根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)要求進(jìn)行完善，使得設(shè)計(jì)方案達(dá)到生產(chǎn)準(zhǔn)備前的狀態(tài)，進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)凍結(jié)。本階段工作完成后，進(jìn)行內(nèi)部評(píng)審。試制和試驗(yàn)階段的流程圖如圖6所示。

2.1.5 小批市場(chǎng)驗(yàn)證階段

小批市場(chǎng)驗(yàn)證階段是設(shè)計(jì)驗(yàn)證的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。主要目的是將動(dòng)力總成安裝到目標(biāo)樣車上，進(jìn)行用戶環(huán)境下的使用試驗(yàn)，可以彌補(bǔ)臺(tái)架可靠性驗(yàn)證工況與實(shí)際使用工況不符的不足，同時(shí)對(duì)動(dòng)力總成向其上一級(jí)整車產(chǎn)品的推廣進(jìn)行初始驗(yàn)證。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)力總成在小批市場(chǎng)驗(yàn)證中依然會(huì)存在不少問(wèn)題，如根據(jù)用戶使用習(xí)慣調(diào)整控制策略、動(dòng)力總成安裝和使用環(huán)境的適應(yīng)性改進(jìn)。

在小批市場(chǎng)驗(yàn)證階段，首先進(jìn)行動(dòng)力總成的目標(biāo)樣車裝載及適應(yīng)性試驗(yàn)。營(yíng)銷部聯(lián)系目標(biāo)樣車試制單位，進(jìn)行小批量試驗(yàn)車的制造，對(duì)動(dòng)力總成進(jìn)

行適應(yīng)性改進(jìn)，再進(jìn)行用戶試驗(yàn)。一般市場(chǎng)驗(yàn)證周期為一年，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)或調(diào)整。用戶配套驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行市場(chǎng)驗(yàn)證總結(jié)。技術(shù)管理部組織評(píng)審，評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后，視情況可轉(zhuǎn)入產(chǎn)業(yè)化階段。小批市場(chǎng)驗(yàn)證階段的流程圖如圖7所示。

圖6 試制和試驗(yàn)階段的流程圖

圖7 小批市場(chǎng)驗(yàn)證階段的流程圖

2.1.6 批量投產(chǎn)和持續(xù)改進(jìn)階段

批量投產(chǎn)和持續(xù)改進(jìn)階段主要是進(jìn)行動(dòng)力總成產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)推廣。制造單位進(jìn)行生產(chǎn)廠房建設(shè)、設(shè)備和工裝的安裝調(diào)試、生產(chǎn)線質(zhì)量能力測(cè)試、生產(chǎn)線產(chǎn)能能力測(cè)試，并完成供應(yīng)商零部件PPAP程序，進(jìn)入批產(chǎn)狀態(tài)。然后根據(jù)營(yíng)銷部下發(fā)的訂單，制造單位進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成批產(chǎn)。批產(chǎn)和持續(xù)改進(jìn)階段的流程圖如圖8所示。

圖8 批產(chǎn)和持續(xù)改進(jìn)階段的流程圖

2.2 動(dòng)力總成研發(fā)流程的應(yīng)用規(guī)范

動(dòng)力總成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目共分為3個(gè)級(jí)別。一級(jí)項(xiàng)目定義為全新的動(dòng)力總成開(kāi)發(fā)，為流程的最大模式，需要完成6個(gè)階段的全部?jī)?nèi)容；二級(jí)項(xiàng)目定義為現(xiàn)有動(dòng)力總成的升級(jí)和重大改進(jìn)，各個(gè)階段內(nèi)的工作可以根據(jù)需要進(jìn)行刪減；三級(jí)項(xiàng)目定義為現(xiàn)有動(dòng)力總成的局部?jī)?yōu)化和改進(jìn)，各階段和其工作內(nèi)容可以根據(jù)需要進(jìn)行刪減。項(xiàng)目級(jí)別與流程內(nèi)容的選擇如表1所示。

3 門徑系統(tǒng)在動(dòng)力總成研發(fā)中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目背景

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外油價(jià)持續(xù)上漲，燃油經(jīng)濟(jì)性已成為影響ZL50裝載機(jī)銷售的最重要的影響因素之一。用戶在關(guān)注ZL50裝載機(jī)可靠性、動(dòng)力性的同時(shí)，越來(lái)越重視經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)的使用成本。用戶對(duì)ZL50裝載機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)升級(jí)的需求也很強(qiáng)烈，同時(shí)公司提出開(kāi)發(fā)節(jié)能的ZL50裝載機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的目標(biāo)，這將進(jìn)一步鞏固公司產(chǎn)品在ZL50裝載機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

3.2 項(xiàng)目工作思路

ZL50裝載機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化匹配項(xiàng)目，對(duì)其動(dòng)力系統(tǒng)總成以及發(fā)動(dòng)機(jī)、液力變矩器、變速箱等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油低耗區(qū)與ZL50裝載機(jī)的常用工況區(qū)能最大限度地重合，在不影響整機(jī)作業(yè)效率的前提下，實(shí)現(xiàn)降低ZL50裝載機(jī)的整機(jī)燃油消耗的目標(biāo)，同時(shí)能又快又好地推向市場(chǎng)，并控制好研發(fā)投入費(fèi)用。本項(xiàng)目是現(xiàn)有產(chǎn)品的重大改進(jìn)和升級(jí)，屬于公司二級(jí)項(xiàng)目。

3.3 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程

根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)總成研發(fā)流程，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目情

況，將6個(gè)階段的工作內(nèi)容具體化，制訂項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方案。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方案流程圖如圖9所示，各階段具體工作內(nèi)容如表2所示。

第二個(gè)階段是整個(gè)項(xiàng)目的重點(diǎn)，是技術(shù)創(chuàng)新實(shí)施的關(guān)鍵過(guò)程。首先由設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)調(diào)研國(guó)內(nèi)外有代表性公司的動(dòng)力系統(tǒng)總成配置，分析他們的設(shè)計(jì)理念，再結(jié)合本公司在商用車上取得的一些經(jīng)驗(yàn)，如通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，調(diào)整傳動(dòng)系，可以使整車的工作區(qū)域更接近于發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)區(qū)。為了更加確切地進(jìn)行證實(shí)，策劃了幾個(gè)方案進(jìn)行研究，包括2種不同的發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速、3種不同扭矩容量的變矩器、2種不同的傳動(dòng)系速比，共12種動(dòng)力總成配置，從中篩選出一種最優(yōu)配置。在詳細(xì)設(shè)計(jì)中，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)篩選的動(dòng)力總成配置作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以滿足生產(chǎn)工藝等要求。

表1 項(xiàng)目級(jí)別與流程內(nèi)容的選擇

3.4 項(xiàng)目成果與流程驗(yàn)證情況

項(xiàng)目從2010年5月15日開(kāi)始，至2012年5月18日結(jié)束，前后共歷時(shí)2年。重點(diǎn)針對(duì)整機(jī)性能和燃油消耗，從系統(tǒng)整體優(yōu)化的角度出發(fā)，全面地對(duì)ZL50輪式裝載機(jī)的動(dòng)力總成系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)與試驗(yàn)研究，并進(jìn)行了批量的市場(chǎng)驗(yàn)證。

本項(xiàng)目過(guò)程中降低了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)性能，提高了液力變矩器的能容，修改了傳動(dòng)系的速比，保證在整機(jī)作業(yè)效率相同條件下，使ZL50輪式裝載機(jī)比原高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)及其動(dòng)力總成為特征構(gòu)成的裝載機(jī)燃油耗降低了9%，進(jìn)一步鞏固和提高了ZL50輪式裝載機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

圖9 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方案流程圖

4 總結(jié)

依據(jù)門徑系統(tǒng)原理制訂的研發(fā)流程在工程機(jī)械

動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中進(jìn)行了具體的使用驗(yàn)證，較好地起到了研發(fā)流程對(duì)項(xiàng)目的指引作用，同時(shí)也達(dá)到了縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高項(xiàng)目成功率，控制研發(fā)成本的目的。

表2 ZL50動(dòng)力總成開(kāi)發(fā)項(xiàng)目工作內(nèi)容

1羅伯特·庫(kù)伯．新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程管理[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

2姜波，秦勇．基于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)鏈的門徑管理研究[J]．價(jià)值工程，2007（5）．

Application of R&D Process Management Technology in Engine Powertrain Development

Lei Baojun
（Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China）

The theory of the new produ ct development process and the process of powertrain development are described in this article.The effect of the application with NPD process is verified by a practice case,and the guide function of the NPD process to a NPD project is also verified.

powertrain development,new product,development process management

雷保軍（1979-），男，在讀工程碩士，主要研究方向?yàn)閯?dòng)力總成開(kāi)發(fā)。

10.3969/j.issn.1671-0614.2013.02.012