整車試制總裝驗證體系的構(gòu)建及研究

徐嬌瓏　馮昊　石曉峰　王昉　李高

摘 要：通過試制使新產(chǎn)品、新技術(shù)進行充分驗證后，快速地推向市場，以提升自身產(chǎn)品的市場占有率。試制總裝階段是整車試制的重要一環(huán)，本文就試制總裝階段提出了需要開展的7個維度的24項驗證，構(gòu)成了整車總裝試制的驗證體系，得以評估試制環(huán)節(jié)完成的驗證程度。為整車試制驗證體系的發(fā)展和完善提供了相應(yīng)的理論支持。

關(guān)鍵詞：整車試制;試制總裝階段;驗證體系

1 引言

2018年汽車行業(yè)遭遇寒冬，中國汽車市場出現(xiàn)了多年未遇的負增長形勢，2019年的整體形勢不容樂觀，未來行業(yè)低增速將呈現(xiàn)常態(tài)化，各大車企為了面對來臨的行業(yè)寒冬，做著“活下去”的各方準備。通過加速汽車電動化、智能化、互聯(lián)化等新技術(shù)的市場應(yīng)用，以提升汽車的產(chǎn)業(yè)升級，更多的車企都成立了相應(yīng)的試制車間以應(yīng)對全球市場對汽車更新?lián)Q代的新要求。

2 構(gòu)建驗證體系的目的及原則

2.1 驗證體系建立的現(xiàn)狀

隨著市場競爭的加劇，試制驗證在整個新車型產(chǎn)品開發(fā)周期中所起的作用不可替代，對于整車試制的驗證要求和能力也提出了新的挑戰(zhàn)，需要一套完善的試制總裝驗證體系來加速優(yōu)化新產(chǎn)品和新技術(shù)的投產(chǎn)。國內(nèi)的[1]對整車試制的重要性及研究方向進行了探討，[2]介紹了整車試制驗證流程及關(guān)鍵過程，[3]針對新能源汽車的驗證體系的建設(shè)提出了多項提高驗證效率的方法。本文基于產(chǎn)品開發(fā)流程并結(jié)合多年的試制總裝驗證經(jīng)驗，提出了適用于整車試制總裝階段的驗證體系。

2.2 構(gòu)建驗證體系的目的

在整車試制總裝環(huán)節(jié)形成相應(yīng)的驗證體系，是為了更好的規(guī)范和指導試制總裝環(huán)節(jié)的驗證工作，從而對整個試制總裝階段能夠做出系統(tǒng)和全面的評估，提前發(fā)現(xiàn)各類新產(chǎn)品的設(shè)計、工藝、人機工程、節(jié)拍等問題，大幅降低解決問題的成本，加速新車型的順利投產(chǎn)。

2.3 構(gòu)建驗證體系的原則

整車試制總裝階段的驗證體系如同其他體系一樣，需要具備相應(yīng)的合理性、可行性、完備性、可比性，才能在總裝試制環(huán)節(jié)有效地開展相關(guān)驗證工作。

2.4 試制總裝驗證體系結(jié)構(gòu)表

整理和總結(jié)了試制總裝項目開展的各項驗證，形成了如下表1.試制總裝驗證評估體系表，主要將試制總裝分為7個維度的24個驗證項，其中總裝BOM（Bill of Material）就是需要總裝裝配的物料清單。結(jié)合目前整車試制總裝的驗證水平，又考慮了驗證的主導方、驗證程度和權(quán)重這3個方面。

上述表1的驗證評估體系結(jié)構(gòu)表，讓整個試制總裝階段的驗證維度和內(nèi)容形成了一個完整的體系，建立了整體和部分的對應(yīng)關(guān)系，更好地對試制總裝驗證過程起到全面評估的作用。

3 試制總裝驗證體系的評估研究

在形成了整車試制總裝驗證評估體系表后，對整個驗證活動有了系統(tǒng)框架的概念，后續(xù)將對每個驗證項的工作開展進行簡單的說明，從而對試制總裝驗證工作形成一個全面的基于架構(gòu)的拓展和充實。

3.1 設(shè)計

設(shè)計驗證是整個試制環(huán)節(jié)中最重要和最具價值的一個驗證維度，是將產(chǎn)品從圖紙和數(shù)模轉(zhuǎn)化為實物，并在整車上進行集成和分析的驗證過程。

3.1.1 結(jié)構(gòu)性驗證

在試制整車集成過程中，需要對新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性進行驗證。前期根據(jù)新產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)范和要求，在數(shù)模虛擬階段需多角度地對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性的合理性、可靠性、安全性及制造可達性方面進行評估。在實車裝配過程中，再驗證設(shè)計結(jié)構(gòu)可能導致的問題，特別是一些設(shè)計結(jié)構(gòu)無法防錯且易導致錯裝等情況。

3.1.2 功能性驗證

同樣功能性的驗證，也需要從多方面進行評估和判斷，并且此驗證是橫跨多個環(huán)節(jié)的，除了在總裝外，還有電器、質(zhì)量等后續(xù)多個環(huán)節(jié)來驗證產(chǎn)品設(shè)計的功能性。

3.1.3 匹配性驗證

在試制驗證前，所有新設(shè)計的零件都必須提交相關(guān)的尺寸和質(zhì)量報告，才能進行后續(xù)的驗證工作，包括白車身的三坐標尺寸報告。[4]利用整車功能尺寸的設(shè)計理念，將原來相對嚴格的白車身單點要求轉(zhuǎn)換成了三組功能尺寸要求，降低了制造難度和成本。

3.1.4 扭矩值驗證

試制總裝環(huán)節(jié)釋放的產(chǎn)品扭矩值，大多是基于以往使用的經(jīng)驗的數(shù)值，但是對于新產(chǎn)品設(shè)計同樣需要經(jīng)過驗證才能判斷其合理性，特別是針對一些轉(zhuǎn)向、傳動、懸掛、制動和安全器件等的關(guān)鍵扭矩信息，需要在試制時進行扭矩值的數(shù)據(jù)采集和分析，從而判斷扭矩值的合理性。

3.2 工藝

3.2.1 總裝BOM的正確性

整車試制總裝階段的工藝驗證，首先是保證總裝BOM（Bill of Material）的準確性，后續(xù)才能基于準確的BOM開發(fā)和驗證試制的總裝工藝。

3.2.2 總裝工藝文件的驗證

在試制階段的工藝文件是基于正確的總裝BOM開發(fā)的，要求正確地將新產(chǎn)品的工藝要求體現(xiàn)在文件中，并需完全符合制造要求的規(guī)范。同時試制總裝建立了所有涉及特殊工藝要求的數(shù)據(jù)庫，以避免因工藝問題而導致產(chǎn)品的質(zhì)量溢出。

3.2.3 裝配順序的驗證

對于新車型、新技術(shù)和新工藝，前期整車數(shù)模虛擬評估需結(jié)合目標量產(chǎn)工廠現(xiàn)有的裝配順序，對工藝順序的合理性和可達性進行評估，得出某些零件前后的強制裝配順序。

3.2.4 總裝關(guān)鍵工藝

總裝關(guān)鍵工藝驗證是在試制總裝驗證前期識別出適合新產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝，在試制過程中，通過正確實施關(guān)鍵工藝從而達到產(chǎn)品的設(shè)計要求。如果無法滿足時，則需多方專家協(xié)商并評估可用于試制車間開展并能達到產(chǎn)品關(guān)鍵特性的驗證方法。最終對關(guān)鍵工藝偏差性達成一致認可，并形成相關(guān)評估報告用于指導試制總裝的關(guān)鍵工藝驗證工作。

3.3 工裝

工裝驗證作為試制的一項驗證內(nèi)容，通常在滿足工裝設(shè)計定位策略的前提下，還需考慮可調(diào)性、通用性、柔性化和維修便捷性等因素，在整車試制車間盡可能地覆蓋多車型。

3.3.1 工裝定位策略驗證

整車試制所使用的工裝定位策略是由產(chǎn)品部門和尺寸工程師負責提供，在試制環(huán)節(jié)對工裝定位策略的可靠性，可達性進行驗證。

3.3.2 工裝設(shè)計驗證

在遵循工裝定位策略的前提下，試制階段設(shè)計的工裝需保證裝配設(shè)計要求的同時，還需考慮工裝使用的可靠性、通用性及便捷性等。

3.3.3 工裝共線性驗證

在試制階段對量產(chǎn)車間的新工裝進行共線性驗證，特別是大工裝的驗證難度相對較大。前期準備需要花費較大的人力、物力和財力，工廠備用工裝的缺失會對量產(chǎn)的平穩(wěn)性產(chǎn)生一定沖擊。因此，目前工裝共線性的試制驗證主要還是處在前期的虛擬評估階段。

3.4 工具

試制工具通常具有更高的通用性，相比工廠專用工具的成本較低。但在試制過程還需關(guān)注高風險工具、工具可達性和共線性的驗證。

3.4.1 高風險工具驗證

新設(shè)計需要通過新工具實現(xiàn)時，會在試制前形成高風險工具的驗證需求及計劃。在試制驗證過程需考慮工具的使用工位、與周邊零件的相對位置、失效模式以及工具的標定等內(nèi)容，才能確保新工具在量產(chǎn)時的正常使用。新車型的此類工具不多，通常要求在試制階段完成驗證。

3.4.2 工具的共線性

工具共線性的驗證是指在裝配過程中相同工具在不同車型上共線使用的能力。通常在前期的虛擬評估過程中進行驗證，試制階段只會驗證一些小型專用工具的共線情況。

3.4.3 工具的可達性

工具可達性是指工具滿足裝配、人機和設(shè)計要求的能力。與共線性的驗證方法類似，多數(shù)工具的可達性能在前期虛擬評估階段已得到了較為充分的驗證，因此試制驗證的相對較少。

3.5 節(jié)拍

由于環(huán)境、設(shè)施和設(shè)備等方面的差異，節(jié)拍是一個在試制環(huán)節(jié)較難充分驗證的一個維度，它主要包括：基本工程工時、線平衡、安裝路徑和零件集成四個方面。

3.5.1 基本工程工時

基本工程工時指的是在整車廠內(nèi)，用于安裝緊固零件的時間（單位=分鐘/車），即有效的操作時間，可從優(yōu)化制造要求、優(yōu)化工藝清單、總成外包這3方面入手，降低的主要方法有：合并零件、刪減不必要的零件、設(shè)計能夠自定位的零件、優(yōu)化零件的機構(gòu)等。

3.5.2 生產(chǎn)線平衡

基于試制總裝對目前量產(chǎn)車型線平衡的掌握，通過虛擬評估橫向比較新車型和現(xiàn)有車型的零件特性差異，可提前分析出需要評估線平衡的新零件，以供工廠考慮和驗證。

3.5.3 安裝路徑

安裝路徑是評估在零件裝配過程中的便捷性，是否存在干涉。通常安裝路徑問題大多在虛擬評估階段已識別，試制過程發(fā)現(xiàn)的安裝路徑問題相對較少，可通過調(diào)整裝配順序得到解決。

3.5.4 零件集成

零件集成是提高節(jié)拍直接有效的方法之一，但是需要評估相應(yīng)的成本方案，對于裝配時間長、空間限制高、復雜連接或是運輸途中易掉落的零件，都是提出零件集成驗證需求的對象。

3.6 人機工程

人機工程驗證是對于不符合人體工程學要求的各類工況進行分析評估的過程，為了對作業(yè)負擔能夠進行客觀的評價。主要從：操作空間、盲裝、安裝力、人機可達性這四方面進行系統(tǒng)評估。這四方面除了安裝力之外，其他及方面都能夠在前期虛擬階段進行驗證。

3.6.1 操作空間

在裝配試制總裝零件時，需評估手部操作空間是否滿足95%以上人群的要求。通常將整車的總裝零件分為：飾板飾條類、悶頭螺母類、線束拉索類、模塊管路類、超重盲裝類這五種類。針對每類零件都有相應(yīng)的空間規(guī)范要求?？傊?，操作空間在試制階段可以較為充分的驗證。

3.6.2 盲裝

總裝試制過程中需識別存在盲裝的零件及其風險，在滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求的前提下，充分驗證盲裝零件裝配到位方法的可靠性和可行性，從而解決零件容易安裝不到位的質(zhì)量問題。

3.6.3 安裝力

在安裝某個零件過程中所需安裝力較大時，可通過測力儀并結(jié)合人機線性安裝力標準矩陣圖，評估安裝力是否超過了人機工程的標準。對于超出人機安裝力標準的零件，可通過改進產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)、增加輔助工具或是設(shè)備等方法進行改善。通?？傃b零件的安裝力可在試制環(huán)節(jié)得到全面的實車評估和驗證。

3.6.4 人機可達性

人機的可達性是指多數(shù)50%人群以上可以達到并完成裝配的總裝零件，避免因裝配距離過大而產(chǎn)生無法安裝或是裝配不到位的情況。例如，在車頭安裝一些穿越前艙的操作，安裝鯊魚鰭時的高度，生產(chǎn)線的高度對可達性也會產(chǎn)生影響。通常前期虛擬評估對于可達性已經(jīng)做了充分的驗證評估，在實車階段發(fā)現(xiàn)嚴重可達性問題的概率相對較低。

3.7 設(shè)備和設(shè)施

試制車間設(shè)備和設(shè)施的專用性與工廠產(chǎn)線存在較大差距，工廠更多的是考慮設(shè)備和設(shè)施在量產(chǎn)環(huán)節(jié)的快速、精準、防錯、靈活切換等方面，因此試制車間的設(shè)備和設(shè)施在節(jié)拍、隨行、防錯、響應(yīng)方面的驗證及差距，應(yīng)由工廠主導，試制車間協(xié)同支持驗證，才能更好的服務(wù)于量產(chǎn)。

4 總結(jié)

本文總結(jié)形成的整車試制總裝驗證評估體系，從7個維度的24條驗證項對整車試制總裝環(huán)節(jié)做了全面的剖析。設(shè)計、工藝、工裝、工具、節(jié)拍、人機工程和設(shè)施設(shè)備的這7個維度已基本涵蓋了試制總裝過程的主要驗證工作。再從驗證主導方、權(quán)重和驗證程度三方面，對7個維度的24項驗證的內(nèi)容進行了說明，介紹了每個驗證項在現(xiàn)有整車試制總裝階段所處的程度和狀態(tài)。為國內(nèi)開展整車總裝試制的車企提供了建立驗證體系的參考標準和依據(jù)，使得國內(nèi)整車試制的驗證工作能夠更加規(guī)范化和系統(tǒng)化。本文總結(jié)的整車試制總裝驗證評估體系可以避免試制驗證工作的遺漏，更系統(tǒng)地對試制的驗證程度和結(jié)果做出客觀的判斷，確保了新產(chǎn)品、新技術(shù)在量產(chǎn)階段的順利投產(chǎn)。整車試制驗證能力的不斷提升，加速了新車型投發(fā)市場的速度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和品牌效益，讓企業(yè)在激烈的市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢、贏得用戶。

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