汽車總裝工藝開發(fā)及數(shù)據(jù)管理方法

吳丹 李書劍

上汽通用汽車有限公司 上海市 210206

1 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，居民收入和消費(fèi)水品的進(jìn)一步提高，居民消費(fèi)能力逐漸增強(qiáng)，汽車的大眾化水平不斷提高。但經(jīng)歷了過去近20年的快速發(fā)展，汽車行業(yè)已逐步結(jié)束超速增長期，進(jìn)入平穩(wěn)增長階段或震蕩調(diào)整階段，這或許也將成為今后的長期狀態(tài)。尤其是隨著近年來新能源汽車企業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致市場變化與競爭持續(xù)加劇將，從而推動(dòng)各個(gè)整車廠進(jìn)一步縮短產(chǎn)品研發(fā)及投產(chǎn)周期，不斷降本增效，從而在這場行業(yè)巨變中保持競爭力。

筆者通過對包括傳統(tǒng)主機(jī)廠，自主品牌以及新能源品牌的行業(yè)內(nèi)各大整車制造廠的調(diào)研，分析并總結(jié)了目前主流的總裝工藝開發(fā)方式及數(shù)據(jù)管理方法。

2 總裝工藝開發(fā)方法

汽車總裝工藝作為整車四大工藝的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是將包括動(dòng)力總成系統(tǒng)，底盤系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)，內(nèi)外飾系統(tǒng)，電子娛樂系統(tǒng)中包含的上千種零件基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不同連接方式裝配到白車身上，并且通過終線檢測以及質(zhì)量檢測后組成完整汽車的全部工藝的總成。

為了最大程度地縮短車型量產(chǎn)周期、提升整車品質(zhì)、合理控制成本，幾乎所有整車廠都已經(jīng)全面地開展了同步工程的開發(fā)策略?？傃b工藝同步工程是汽車開發(fā)過程中，總裝工藝參與設(shè)計(jì)開發(fā)并與之同步的過程。主要針對裝配數(shù)模、生產(chǎn)線、設(shè)備以及產(chǎn)品試制過程進(jìn)行工藝方面的分析，為設(shè)計(jì)提供可行的工藝設(shè)計(jì)變更。其主要目的是對于產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在的問題在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、數(shù)模生成階段進(jìn)行審核，預(yù)先對在工藝實(shí)施時(shí)可能出現(xiàn)的問題點(diǎn)采取改善措施，使新型車具備生產(chǎn)可行性、設(shè)備工具兼容性等。

2.1 總裝工藝開發(fā)的主要內(nèi)容

由于汽車各個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)造復(fù)雜，功能多樣，因此總裝工藝涉及的系統(tǒng)種類多，零件覆蓋廣泛，從而工藝內(nèi)容也具有復(fù)雜且多樣化的特點(diǎn)?？傃b工藝開發(fā)活動(dòng)是基于整車開發(fā)流程框架，按照項(xiàng)目時(shí)間節(jié)點(diǎn)計(jì)劃，在不同階段進(jìn)行組織、協(xié)調(diào)以及實(shí)施并按照要求交付總裝工藝交付物的全過程的總和。其中包括但不限于制造策略的制定，制造投資預(yù)估，制造可行性虛擬評(píng)估，PFMEA開發(fā)，關(guān)鍵工藝制定，工裝設(shè)備開發(fā)，工藝文件的制定，各類過程參數(shù)開發(fā)等等?；谝陨系目傃b工藝開發(fā)活動(dòng)，形成相應(yīng)的交付物并且在對應(yīng)項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)提供給目標(biāo)用戶，以保證新項(xiàng)目的順利開展。

2.2 總裝工藝開發(fā)的主要特點(diǎn)

伴隨著汽車制造廠商多年的制造現(xiàn)代化模式探索以及數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，汽車制造總裝工藝技術(shù)也在不斷地進(jìn)步。當(dāng)前主流的總裝工藝開發(fā)方式具有以下特點(diǎn)。

2.2.1 模塊化

所謂的模塊化技術(shù)，就是把生產(chǎn)裝配過程分解成模塊的形式，單獨(dú)設(shè)立工作小組對每個(gè)模塊進(jìn)行操作。模塊化技術(shù)把整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)分成多個(gè)不同的模塊，這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。目前比較典型的模塊化系統(tǒng)包括：儀表板總成，頂襯總成，副車架總成，前懸掛總成，輪胎總成，后橋總成，冷凝器散熱器風(fēng)扇模塊總成等。在項(xiàng)目初期，按照模塊化的區(qū)域劃分，建立由產(chǎn)品工程師，工藝工程師和模塊化供應(yīng)商組成的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，針對模塊化裝配工藝進(jìn)行開發(fā)。目前，模塊化開發(fā)技術(shù)已成為各大汽車制造商的工藝開發(fā)策略之一。

圖1 常見的模塊化總成

2.2.2 系統(tǒng)化

隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，總裝工藝開發(fā)工作的載體逐漸由手工開發(fā)及維護(hù)的紙質(zhì)文檔轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化、系統(tǒng)化的電子文檔及數(shù)據(jù)。系統(tǒng)化的廣泛應(yīng)用可以顯著地提升產(chǎn)品及工藝信息傳遞的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，同時(shí)有較強(qiáng)的可追溯性及可檢索性。目前各大整車制造企業(yè)均已實(shí)現(xiàn)較高程度的工藝開發(fā)系統(tǒng)化。

以前文提到的總裝工藝開發(fā)活動(dòng)中的主要工作為例。裝配可行性虛擬評(píng)估主要基于西門子公司的TcAE/Vis mockup，以及達(dá)索公司的CATIA，它們也是汽車行業(yè)產(chǎn)品生命周期管理過程中最為重要的系統(tǒng)平臺(tái)；PFMEA，工藝文件開發(fā)等活動(dòng)，目前各個(gè)整車制造廠都有相應(yīng)的系統(tǒng)作為載體進(jìn)行開發(fā)?；谏鲜鱿到y(tǒng)的應(yīng)用，新車型項(xiàng)目全生命周期的總裝工藝開發(fā)工作都可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化的開發(fā)及信息傳遞，同時(shí)做到各類工藝信息分類儲(chǔ)存并且可追溯。

2.2.3 智能化

汽車產(chǎn)業(yè)正在從傳統(tǒng)工業(yè)時(shí)代向數(shù)字時(shí)代邁進(jìn)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是汽車行業(yè)順應(yīng)變化，跟上未來發(fā)展的“必選項(xiàng)”也是“最優(yōu)解”?？傃b工藝開發(fā)的智能化，則是企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢下的必然結(jié)果。

對于近年來發(fā)展起來的新能源整車制造企業(yè)，沒有了既定開發(fā)體系的束縛，能夠基于最新的業(yè)務(wù)架構(gòu)及需求，建立適合自身業(yè)務(wù)需求的智能化集成化的工藝開發(fā)系統(tǒng)。對于傳統(tǒng)整車制造企業(yè)，工藝開發(fā)智能化工作主要基于現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，以達(dá)到半自動(dòng)或全自動(dòng)的工藝信息開發(fā)及維護(hù)的目的。以某企業(yè)新一代總裝工藝開發(fā)系統(tǒng)為例，連續(xù)車型年工藝文件開發(fā)模式的應(yīng)用，將不同車型年的產(chǎn)品和工藝數(shù)據(jù)由原來的獨(dú)立數(shù)據(jù)庫整合為統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，并通過智能化工具實(shí)現(xiàn)多個(gè)車型年產(chǎn)品和工藝數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配，工藝文件自動(dòng)開發(fā)的目的，大大節(jié)約了人力成本。

3 總裝工藝信息數(shù)據(jù)管理

3.1 工藝開發(fā)的數(shù)據(jù)輸入輸出

總裝工藝開發(fā)活動(dòng)中，提供給下游客戶即生產(chǎn)車間的重要的交付物之一便是總裝工藝文件。不同企業(yè)對其稱呼有所不同，例如裝置圖，PDM(product description manual)，PII(product and inspection instruction)，MPD(master process document)等等，其共同點(diǎn)在于，都高度集成了車型配置信息、產(chǎn)品信息、裝配工藝以及關(guān)鍵特性等要求。在新項(xiàng)目導(dǎo)入過程中，為最終形成總裝車間工位級(jí)的操作指導(dǎo)書SOS/JES/MDS提供了全面完整的信息輸入。

工藝文件開發(fā)的數(shù)據(jù)輸入主要來自產(chǎn)品輸入和工藝輸入兩方面。產(chǎn)品輸入主要包含產(chǎn)品的零件信息（例如零件號(hào)，零件數(shù)量，緊固件扭矩，關(guān)鍵特性要求，配置信息等）、零件圖紙/數(shù)模、以及產(chǎn)品特殊要求（例如零件裝配的環(huán)境溫度要求，緊固件是否可復(fù)用，帶背膠零件的安裝要求等）；工藝輸入主要包括裝配過程描述、安裝圖示，以及特殊工藝要求（如是否有強(qiáng)制安裝順序等）。將上述信息及數(shù)據(jù)以零件為單位，通過系統(tǒng)化的方法，按照一定規(guī)范進(jìn)行編輯整合，最終形成針對特定項(xiàng)目的一整套完整的總裝工藝信息的數(shù)據(jù)集合。用戶可以實(shí)時(shí)通過系統(tǒng)生成工藝文件報(bào)告進(jìn)行查閱。同時(shí)，上游所有的數(shù)據(jù)變更，都可以通過系統(tǒng)的方式進(jìn)行變更點(diǎn)控制以及信息傳遞。從而保證產(chǎn)品/工藝更改能夠準(zhǔn)確傳遞并及時(shí)落實(shí)到生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)。

3.2 工藝開發(fā)變更點(diǎn)管理

由于同步工程的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)與制造工藝開發(fā)過程高度并行。因此，在一個(gè)產(chǎn)品生命周期中，由產(chǎn)品變更從而導(dǎo)致工藝變更的現(xiàn)象十分頻繁，變更點(diǎn)管理也成為總裝工藝開發(fā)及數(shù)據(jù)管理工作中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。典型的產(chǎn)品釋放及變更數(shù)據(jù)流，以產(chǎn)品變更為驅(qū)動(dòng)，通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)變更，變更數(shù)據(jù)流一方面進(jìn)入工藝文件開發(fā)系統(tǒng)，通過判斷處理后進(jìn)入工廠的用戶界面；另一方面進(jìn)入SAP物流管理系統(tǒng)，通過判斷處理后進(jìn)入BOM清單。兩條路徑下的變更點(diǎn)信息最終會(huì)體現(xiàn)并落實(shí)到工位級(jí)的生產(chǎn)指導(dǎo)文件JES/SOS/MDS中。

圖2 工藝開發(fā)的輸入輸出模型

圖3 典型產(chǎn)品變更點(diǎn)信息數(shù)據(jù)流

3.3 產(chǎn)品數(shù)據(jù)問題前饋

產(chǎn)品數(shù)據(jù)包括零件信息以及零件圖紙/數(shù)模，是指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)以及零件供應(yīng)的最重要的信息基礎(chǔ)之一。因此，產(chǎn)品數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性在整個(gè)車型產(chǎn)品的生命周期過程中都起到至關(guān)重要的作用。

在整車總裝工藝開發(fā)工作實(shí)踐中，項(xiàng)目前期直至工藝驗(yàn)證階段，產(chǎn)品數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性直接影響到總裝工藝文件的開發(fā)及釋放。例如，緊固件零件數(shù)量及扭矩信息完整性和準(zhǔn)確性，零件數(shù)模的完整性等等，將直接影響總裝工藝文件的準(zhǔn)確性和完整性。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)問題根據(jù)數(shù)據(jù)類型可以分為數(shù)模/圖紙類和零件信息類。按照問題具體表現(xiàn)又可以細(xì)分為如下10種類型（圖4）：

圖4 典型產(chǎn)品數(shù)據(jù)問題分類

前文提到典型的產(chǎn)品釋放及變更數(shù)據(jù)流中，上游產(chǎn)品數(shù)據(jù)在自上而下的流轉(zhuǎn)過程中主要經(jīng)過兩個(gè)重要的分支，數(shù)據(jù)經(jīng)過工藝文件開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)由總裝工藝開發(fā)人員基于工藝完整性和正確性的原則進(jìn)行系統(tǒng)性地檢驗(yàn)；數(shù)據(jù)經(jīng)過物流管理系統(tǒng)時(shí)，會(huì)由物流的產(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)工程師基于BOM完整性的和正確性的原則進(jìn)行系統(tǒng)性地檢驗(yàn)。在此過程中識(shí)別出的任何問題，都會(huì)被及時(shí)反饋到產(chǎn)品數(shù)據(jù)的責(zé)任人即產(chǎn)品工程師，從而確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性和正確性。

4 總結(jié)與展望

長久以來，一款全新車型的研發(fā)到正式量產(chǎn)的周期一般在4-5年左右，而在如今汽車行業(yè)的新形式下，縮短新車型研發(fā)及投產(chǎn)周期，加快產(chǎn)品迭代速度已經(jīng)成為了不可阻擋的趨勢。目前已有新能源汽車企業(yè)實(shí)現(xiàn)了從新車型立項(xiàng)到正式量產(chǎn)周期壓縮至24個(gè)月。

筆者經(jīng)過調(diào)研和比較發(fā)現(xiàn)，工藝文件開發(fā)方面，傳統(tǒng)整車制造廠多使用總裝工藝文件和車間工位級(jí)操作指導(dǎo)書相互獨(dú)立、先后銜接的開發(fā)模式，而新能源企業(yè)，國內(nèi)自主品牌多使用總裝工藝文件和車間工位級(jí)操作指導(dǎo)書結(jié)合的開發(fā)模式。后者在開發(fā)周期及人力成本上明顯要優(yōu)于前者，但在產(chǎn)品數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性方面，由于減少了總裝工藝文件開發(fā)這一中間環(huán)節(jié)的核查，產(chǎn)品數(shù)據(jù)完整性和準(zhǔn)確性完全依賴產(chǎn)品信息初始釋放環(huán)節(jié)；產(chǎn)品開發(fā)及變更數(shù)據(jù)管理方面，傳統(tǒng)模式的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)流平行存在于工藝開發(fā)系統(tǒng)及物流管理系統(tǒng)中，且體現(xiàn)于不同的文件載體。對于總裝車間工位級(jí)的操作指導(dǎo)書來說形成了多重?cái)?shù)據(jù)源輸入。而目前一些整車制造企業(yè)采用單一數(shù)據(jù)源的模式來開發(fā)工位級(jí)的操作指導(dǎo)書，即所有的零件信息均來自生產(chǎn)物料清單BOM。單一數(shù)據(jù)源的模式無疑能夠保證工位級(jí)操作指導(dǎo)書中獲取零件信息的一致性，但與此同時(shí)，也對產(chǎn)品信息初始發(fā)布正確性提出了更高的要求。

筆者認(rèn)為，如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和工藝數(shù)據(jù)資源管理一體化，并且通過系統(tǒng)化、自動(dòng)化的方式進(jìn)行產(chǎn)品和工藝數(shù)據(jù)的定期校核，從而達(dá)到數(shù)據(jù)高效運(yùn)作以及上下游全業(yè)務(wù)鏈的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和工藝信息的準(zhǔn)確性、一致性及完整性，成為了總裝工藝開發(fā)及數(shù)據(jù)管理向高效化智能化邁進(jìn)的重要研究方向。