汽車驅(qū)動系統(tǒng)樣機(jī)試制業(yè)務(wù)數(shù)字化管理的開發(fā)與應(yīng)用

任淑榮

(泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201)

0 引言

面對日益嚴(yán)苛的汽車競爭環(huán)境和新能源轉(zhuǎn)型的壓力，各大汽車廠商都在加快新車型投入市場的速度，如何在保證產(chǎn)品高質(zhì)量的前提下縮短產(chǎn)品開發(fā)周期 是每個(gè)汽車產(chǎn)商需要解決的難題[1]。樣機(jī)試制業(yè)務(wù)是研發(fā)初期的不可或缺的重要一環(huán)，是將產(chǎn)品從數(shù)模轉(zhuǎn)換成實(shí)物的最后一環(huán)，高效的業(yè)務(wù)管理是樣機(jī)試制工作順利進(jìn)行的重要保證，也是提高試制能力的基石。

車間執(zhí)行管理系統(tǒng)(MES系統(tǒng))在汽車主機(jī)廠已被廣泛運(yùn)用[2]。該系統(tǒng)主要用于加強(qiáng)生產(chǎn)計(jì)劃的現(xiàn)場執(zhí)行能力。但在汽車產(chǎn)品的初期研發(fā)階段，特別是樣機(jī)試制階段，對于如何將計(jì)劃和試制要求準(zhǔn)確無誤的傳遞到現(xiàn)場以及現(xiàn)場試制信息和相關(guān)問題如何及時(shí)收集、上傳、處理等沒有一套完整的管理系統(tǒng)和方法。因此，為了滿足樣機(jī)試制業(yè)務(wù)的多平臺多項(xiàng)目、問題響應(yīng)及時(shí)、數(shù)據(jù)處理方便、現(xiàn)場管理便捷等要求，就需要構(gòu)建高效的管理系統(tǒng)，這也是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必然選擇。

1 試制業(yè)務(wù)管理的現(xiàn)狀

目前大部分公司汽車驅(qū)動系統(tǒng)的試制業(yè)務(wù)主要包含試制計(jì)劃，工藝管理、質(zhì)量管理、現(xiàn)場管理、物料管理等。

1.1 試制計(jì)劃

試制計(jì)劃的發(fā)布主要通過郵件推送各相關(guān)人員，由于試制業(yè)務(wù)一般包含多個(gè)項(xiàng)目同時(shí)進(jìn)行，試制現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)項(xiàng)目擁擠或者等料的極端情況，需要花費(fèi)很長時(shí)間進(jìn)行項(xiàng)目協(xié)調(diào)。由于沒有現(xiàn)場看板，無法了解樣機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，對交樣時(shí)間節(jié)點(diǎn)缺少精確把控，容易出現(xiàn)無法按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)交樣而又沒有提前報(bào)警的情況。

1.2 工藝管理

試制階段有很多樣機(jī)試制數(shù)據(jù)需要記錄，一般都是采用紙質(zhì)記錄，這樣既難以保存也不利于數(shù)據(jù)分析，無法為設(shè)計(jì)提供參考。對于試制BOM，存在很多的設(shè)計(jì)變更，并且一般都是人工維護(hù)和傳遞，高頻次BOM更改率容易導(dǎo)致試制零件不匹配的情況出現(xiàn)，影響試制質(zhì)量[3]。

1.3 質(zhì)量管理

試制階段的質(zhì)量管理多采用現(xiàn)場填寫措施和問題解決，需要問題責(zé)任人到現(xiàn)場后才能進(jìn)行問題評估和解決，效率比較低下。對于問題跟蹤，也采取被動式的線下跟蹤，需要人工把控節(jié)點(diǎn)時(shí)間，影響問題高效解決[4]。

1.4 現(xiàn)場管理

試制現(xiàn)場采用單工位模式，裝配進(jìn)度需要班組長線下查看詢問，項(xiàng)目其他成員不能實(shí)時(shí)獲得樣機(jī)建造進(jìn)度；技師反饋造機(jī)問題，也需要通過線下溝通反饋，不利于問題及時(shí)上報(bào)；技師點(diǎn)料需要人工核對BOM和實(shí)際到料情況，耗時(shí)且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。

1.5 物料管理

試制現(xiàn)場的物料拉動一般采取線下釋放BOM，對于物料需求變動需要人工通知，容易出現(xiàn)紕漏；成品入庫管理一般都是需求人直接現(xiàn)場提取，缺乏統(tǒng)一管理，不利于于樣機(jī)全生命周期管理。

2 試制管理系統(tǒng)的架構(gòu)

基于以上業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，為了提高業(yè)務(wù)溝通效率和試制產(chǎn)品質(zhì)量，并利用數(shù)字化的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)樣機(jī)試制的全生命周期管理。在經(jīng)過業(yè)務(wù)梳理和整合的基礎(chǔ)上，研發(fā)了樣機(jī)試制全生命周期管理系統(tǒng)[5]，具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1試制管理系統(tǒng)架構(gòu)

計(jì)劃管理子模塊，主要用于試制計(jì)劃管理和發(fā)布，并配備試制產(chǎn)能配置和試制報(bào)表功能。

工藝管理子模塊，主要用于工段流配置，試制樣機(jī)記錄文件配置，現(xiàn)場更改文件管理。

現(xiàn)場管理子模塊，主要用于班組長安排工位，現(xiàn)場技師零件掃碼校驗(yàn)和試制產(chǎn)品信息錄入，并配備智能識別問題功能，提醒技師及時(shí)反饋，直接觸發(fā)虛擬暗燈功能。

質(zhì)量管理子模塊，主要用于問題的響應(yīng)和跟蹤，與現(xiàn)場虛擬暗燈功能聯(lián)動，并配備問題報(bào)表功能。

樣機(jī)狀態(tài)子模塊，主要用于樣機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示(看板系統(tǒng))，以及樣機(jī)試制過程重要節(jié)點(diǎn)記錄。

物料管理子模塊，主要用于根據(jù)樣機(jī)試制計(jì)劃和BOM進(jìn)行物料拉動，然后對成品進(jìn)行統(tǒng)一入庫、交付管理。

樣機(jī)試制管理系統(tǒng)的各個(gè)子模塊通過局域網(wǎng)進(jìn)行信息傳遞，現(xiàn)場信息與系統(tǒng)之間的傳遞依靠掃描槍、平板電腦、條碼打印機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)，可以滿足多機(jī)型、多數(shù)量的樣機(jī)試制要求。

2.1 計(jì)劃管理子模塊

如圖2所示，展示了計(jì)劃管理子模塊的計(jì)劃發(fā)布流程。首先，項(xiàng)目啟動工程師在系統(tǒng)上直接點(diǎn)擊“同步”按鈕，上游系統(tǒng)中狀態(tài)為“已合并造機(jī)批次”的造機(jī)數(shù)據(jù)自動同步至試制管理系統(tǒng)，這樣能保證所有信息“一源一出處”；然后，根據(jù)產(chǎn)量計(jì)劃設(shè)定試制產(chǎn)能，由試制項(xiàng)目啟動組長對試制產(chǎn)能進(jìn)行配置，可配置總量并分解至各個(gè)項(xiàng)目中，使現(xiàn)場資源得到最大化利用且不會發(fā)生排隊(duì)等候情況；隨后，項(xiàng)目啟動工程師根據(jù)項(xiàng)目情況進(jìn)行試制計(jì)劃(Build Schedule)信息維護(hù)，支持批量/單條等多種方式進(jìn)行編輯，并且無法對上游的原有信息進(jìn)行修改，以保證數(shù)據(jù)的前后一致性；接下來，項(xiàng)目啟動就可以發(fā)布試制計(jì)劃，系統(tǒng)會在計(jì)劃發(fā)布前根據(jù)產(chǎn)能配置、是否鎖定、必填項(xiàng)這三項(xiàng)進(jìn)行校驗(yàn)，如果校驗(yàn)通過則自動觸發(fā)郵件通知項(xiàng)目成員，并且驅(qū)動物料清單(Bill of Material, BOM)釋放和物料拉動。計(jì)劃發(fā)布流程通過系統(tǒng)進(jìn)行管理，將項(xiàng)目的樣機(jī)需求轉(zhuǎn)化為試制計(jì)劃，并傳遞到現(xiàn)場，保證了信息的一致性也提高了溝通質(zhì)量和效率。

圖2計(jì)劃發(fā)布流程

2.2 工藝管理子模塊

2.2.1數(shù)據(jù)記錄

圖3～圖4，分別展示了系統(tǒng)中試制記錄文件(Build Book)發(fā)布和現(xiàn)場錄入流程。對于Build Book發(fā)布流程，為了權(quán)衡統(tǒng)一管理和自由配置兩方面要求，系統(tǒng)將Build Book分成一級模板和二級模板。一級模板作用在于建立一個(gè)所有項(xiàng)目試制信息記錄和測試的模板庫，方便統(tǒng)一管理；二級模板可以針對某個(gè)具體機(jī)型，從一級模板庫中篩選出該項(xiàng)目需要的記錄和測試項(xiàng)，達(dá)到靈活自由配置的目的。此外，模板配置支持配圖說明、公式計(jì)算、自動校驗(yàn)SPEC和預(yù)覽功能。系統(tǒng)提供了完善的版本管理功能，每個(gè)樣機(jī)機(jī)型的Build Book只會對應(yīng)一個(gè)模板，并且新的正式版本發(fā)布后，舊的版本會自動停用，保證數(shù)據(jù)記錄的一致性。

圖3Build Book發(fā)布流程

圖4Build Book現(xiàn)場錄入流程

對于Build Book錄入流程，錄入終端采用平板電腦錄入，當(dāng)現(xiàn)場操作人員掃描整機(jī)二維碼后，系統(tǒng)會根據(jù)樣機(jī)的唯一識別號自動匹配對應(yīng)的Build Book模板，并展示該臺樣機(jī)的基本信息、試制現(xiàn)場指導(dǎo)書(Build Site Direction, BSD)以及造機(jī)特殊要求，現(xiàn)場操作人員在確認(rèn)查看知曉后方可進(jìn)行裝配和記錄試制信息。采用平板電腦電子錄入的方式能及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超差項(xiàng)，并自動觸發(fā)問題(issue)管理流程，并與虛擬暗燈系統(tǒng)聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場智能化管理，提高樣機(jī)試制質(zhì)量。此外，系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程查看Build Book填寫情況，方便工程師進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和問題處理，大大提高了問題響應(yīng)速度。

2.2.2現(xiàn)場更改

圖5所示是樣機(jī)試制過程中現(xiàn)場更改流程，因?yàn)槠囼?qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品的試制階段，零件更改非常頻繁，系統(tǒng)提供了一種針對現(xiàn)場更改的流程，需求人在電腦端填寫更改需求(可提供圖紙等附件)，得到項(xiàng)目相關(guān)負(fù)責(zé)人審批通過后，該申請正式生效，系統(tǒng)會將該改動同步傳遞至現(xiàn)場平板電腦端，現(xiàn)場操作人員確認(rèn)已讀后才能繼續(xù)操作，保證更改措施得到實(shí)施。并且，更改文件(BSD)會綁定該臺樣機(jī)的Build Book，實(shí)現(xiàn)了試制過程的全紀(jì)錄，提高可追溯性。

2.3 現(xiàn)場管理子模塊

現(xiàn)場管理流程如圖6所示。

圖6現(xiàn)場管理流程

2.3.1班組長管理

當(dāng)試制計(jì)劃傳遞到現(xiàn)場后，班組長可以在現(xiàn)場管理子模塊中進(jìn)行工位安排，當(dāng)物料100%到達(dá)中轉(zhuǎn)區(qū)后，班組長可直接點(diǎn)擊“送料”按鍵通知倉庫配送整機(jī)物料至首工位處；當(dāng)物料到達(dá)現(xiàn)場后，班組長可選擇打印整機(jī)二維碼，該二維碼包含樣機(jī)的基本信息且能被上下游系統(tǒng)識別，將跟隨樣機(jī)全生命周期，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。每個(gè)工位都會配備手持式掃描槍，操作人員掃描整機(jī)二維碼成功后(邏輯：造機(jī)工位和班組長安排一致+工位未被占用+前置造機(jī)工位整機(jī)掃描完成)，標(biāo)志樣機(jī)進(jìn)入該工位；試制/測試過程中如有問題，操作人員可通過掃描槍直接反饋問題，系統(tǒng)支持選擇問題類型和基本描述，支持拍照配圖說明，并與虛擬暗燈系統(tǒng)聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場智能化管理，提高樣機(jī)試制質(zhì)量。當(dāng)該工位完成時(shí)，操作人員點(diǎn)擊“完成”按鍵，系統(tǒng)會校驗(yàn)是否所有issue已經(jīng)解決(對于裝配工位，還需校驗(yàn)BOM裝配情況)，如果校驗(yàn)通過則會觸發(fā)郵件通知下一個(gè)工位的相關(guān)責(zé)任人，實(shí)現(xiàn)智能工位流功能。

2.3.2終端操作

對于需要裝配的工位還需進(jìn)行物料掃描，首先，系統(tǒng)會根據(jù)該工位與BOM中物料工位對應(yīng)關(guān)系獲取該工位的裝配物料BOM，即將整張樣機(jī)BOM根據(jù)工位不同拆分成不同子BOM，實(shí)現(xiàn)智能校驗(yàn)BOM功能；物料出庫時(shí)，每種零件都會帶有二維碼標(biāo)簽，裝配工位技師利用手持式掃描槍掃描裝配物料零件標(biāo)簽，如果掃描的零件不在裝配BOM中，系統(tǒng)自動提示反饋issue，進(jìn)入issue管理流程，需得到工藝工程師認(rèn)可方能繼續(xù)裝配，提高試制質(zhì)量；系統(tǒng)支持自動校驗(yàn)實(shí)際裝配BOM與本工位裝配BOM，檢查錯(cuò)裝、漏裝情況，如有問題自動提示反饋issue，進(jìn)入issue流程。

此外，通過掃描形成的實(shí)際裝配BOM會與該臺樣機(jī)的Build Book綁定，可查看詳細(xì)的零件裝配時(shí)間、裝配工位，以及零件裝配的實(shí)際情況(已裝配，未裝配，超出BOM)，實(shí)現(xiàn)零件裝配的精確追溯；并且，掃描數(shù)據(jù)會實(shí)時(shí)傳遞回系統(tǒng)，并在樣機(jī)狀態(tài)子模塊的狀態(tài)看板中顯示樣機(jī)試制的完成百分比，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.4 質(zhì)量管理子模塊

如圖7所示，樣機(jī)試制質(zhì)量管理流程為：首先，issue產(chǎn)生的途徑有兩個(gè)，一是上文提到的掃描槍、平板電腦終端，二是質(zhì)量工程師的電腦端主動錄入；issue一旦產(chǎn)生，會與虛擬暗燈系統(tǒng)聯(lián)動，狀態(tài)燈變成紅色，現(xiàn)場無法繼續(xù)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)智能管理；接下來，系統(tǒng)會識別該issue對應(yīng)的項(xiàng)目，然后推送至該項(xiàng)目工藝工程師，工藝工程師根據(jù)7顆鉆石原理(7顆鉆石流程是解決很多問題的一種工具[6]。7顆鉆石的前4顆鉆(也稱藍(lán)卡)為生產(chǎn)提供了一種結(jié)構(gòu)化的評估工藝過程的方法，以確定原設(shè)計(jì)是否能夠生產(chǎn)出符合客戶要求的高質(zhì)量產(chǎn)品。)確認(rèn)有非前4鉆的其他問題則不能關(guān)閉issue，可對issue添加備注并提交至對應(yīng)質(zhì)量工程師；確認(rèn)不是問題或前4鉆問題則可直接放行issue，填寫現(xiàn)場措施后，與虛擬暗燈系統(tǒng)聯(lián)動，狀態(tài)燈變?yōu)榫G燈，現(xiàn)場可繼續(xù)進(jìn)行操作，系統(tǒng)保存放行記錄。若issue流轉(zhuǎn)至質(zhì)量工程師處，就進(jìn)入issue解決環(huán)節(jié)，首先，根據(jù)零件號信息和issue描述，指派給具體地責(zé)任人，責(zé)任人需填寫根本原因分析、短期解決措施、短期措施斷點(diǎn)、長期解決措施、長期措施斷點(diǎn)；然后，質(zhì)量工程師需確認(rèn)長、短期措施實(shí)施成功后方可關(guān)閉issue。此外，整個(gè)issue流轉(zhuǎn)過程都會被系統(tǒng)記錄，方便問題追溯。

圖7樣機(jī)試制質(zhì)量管理流程

2.5 樣機(jī)狀態(tài)子模塊

圖8所示為樣機(jī)狀態(tài)子模塊。其主要包括：

1)虛擬暗燈系統(tǒng)，與issue管理聯(lián)動，狀態(tài)燈有紅、綠兩種，無issue為綠燈，操作正常進(jìn)行，當(dāng)issue觸發(fā)紅燈后，系統(tǒng)將限制進(jìn)一步裝配/測試操作，直至對應(yīng)負(fù)責(zé)工程師給出現(xiàn)場解決措施后方能繼續(xù)操作。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場智能管理，提高試制質(zhì)量；

2)狀態(tài)看板，顯示現(xiàn)場正在進(jìn)行試制的樣機(jī)狀態(tài)，如紅、綠燈狀態(tài)，造機(jī)工位、造 機(jī)進(jìn)度(百分比)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程直觀顯示樣機(jī)的試制狀態(tài)，提高溝通效率；

3)現(xiàn)場看板，從現(xiàn)場工位的維度出發(fā)，顯示各個(gè)工位的工作情況：閑置、鎖定、樣機(jī)排隊(duì)情況等，直觀展示現(xiàn)場工位情況，方便班組長進(jìn)行人員和工位分配管理；

4)進(jìn)度看板，展示樣機(jī)從提交需求開始到交付期間所有關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)信息，從時(shí)間維度記錄樣機(jī)的全生命周期情況。

圖8樣機(jī)狀態(tài)子模塊

2.6 物料管理子模塊

如下圖9所示，在物料管理流程整個(gè)過程中，項(xiàng)目啟動工程師發(fā)布試制計(jì)劃后，系統(tǒng)直接觸發(fā)郵件通知項(xiàng)目管理工程師釋放樣機(jī)BOM，然后物料工程師根據(jù)造機(jī)計(jì)劃及最新的BOM直接在系統(tǒng)中生成4.9%和6.0%，仿真與測試結(jié)果誤差在可接受范圍內(nèi)。測試結(jié)果表明增壓器隔熱罩加墊片與否對系統(tǒng)一階模態(tài)提升沒影響，但增加墊片能有效降低系統(tǒng)的振拉動單進(jìn)行物料拉動；當(dāng)試制成品完成后，物料工程師即可在系統(tǒng)中進(jìn)行入庫和交付工作，實(shí)現(xiàn)樣機(jī)統(tǒng)一管理。

圖9物料管理流程

3 總結(jié)

汽車驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品的樣機(jī)試制全生命周期管理方法及系統(tǒng)滿足了試制領(lǐng)域個(gè)性化、靈活化的試制要求，將樣機(jī)試制業(yè)務(wù) 各個(gè)環(huán)節(jié)都納入系統(tǒng)管理，減少了溝通成本，提高了試制產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)樣機(jī)的全生命周期管理；實(shí)現(xiàn)了由智能終端錄入數(shù)據(jù)，避免人工紙質(zhì)保存，方便對產(chǎn)品的試制數(shù)據(jù)進(jìn)行分享和大數(shù)據(jù)分析，提高了樣機(jī)產(chǎn)品的可追溯性。本文提出的驅(qū)動系統(tǒng)樣機(jī)試制業(yè)務(wù)數(shù)字化管理系統(tǒng)已用于泛亞汽車技術(shù)有限公司的試制業(yè)務(wù)，涉及的數(shù)字化改革框架具有一定的通用性，對后續(xù)其他領(lǐng)域的類似應(yīng)用研究有一定的指導(dǎo)意義。