價(jià)值工程在汽車零部件成本優(yōu)化中的應(yīng)用

羅遠(yuǎn)根LUO Yuan-gen；魏菊英WEI Ju-ying

（江鈴汽車股份有限公司，南昌 330000）

0 引言

汽車產(chǎn)業(yè)作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈涉及鋼鐵、冶金、塑料、陶瓷等原材料工業(yè)，以及電子、電器等其他十多個(gè)產(chǎn)業(yè)部門，由于產(chǎn)業(yè)鏈涉及面非常廣，并且市場(chǎng)競爭激烈，汽車整車制造和零部件行業(yè)面臨的成本優(yōu)化需求異常強(qiáng)烈。而價(jià)值工程作為一門系統(tǒng)性的降本方法論被廣泛運(yùn)用于汽車零部件的設(shè)計(jì)、制造。

1 價(jià)值工程的發(fā)展：從簡單到復(fù)雜，從單一到系統(tǒng)

①20世紀(jì)40年代二戰(zhàn)期間，市場(chǎng)原材料供應(yīng)十分緊張，給采購和尋找物資帶來巨大困難。美國通用電氣的工程師麥爾斯為了解決噴涂車間石棉板采購問題，采用最早期的價(jià)值工程思想，找到替代產(chǎn)品，不僅解決實(shí)際問題，而且實(shí)現(xiàn)了大幅的降本。這就是價(jià)值工程的雛形：通過改變產(chǎn)品尺寸、形式、材質(zhì)達(dá)到自己想要的功能。然而隨著價(jià)值工程的不斷發(fā)展，其運(yùn)用和功能從簡單到復(fù)雜，從單一到系統(tǒng)。如圖1。

圖1 價(jià)值工程的發(fā)展

②第二階段，價(jià)值工程的思想影響到量產(chǎn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)優(yōu)化，改變產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工方法是這階段的主要運(yùn)用。比如某制造商發(fā)現(xiàn)某產(chǎn)品在制造階段特別困難，廢品率高等，那這時(shí)候往往會(huì)運(yùn)用價(jià)值工程的思想給產(chǎn)品做設(shè)計(jì)優(yōu)化。五年前的汽車中冷器設(shè)計(jì)中，進(jìn)出水室都是鋁制材料，不僅重量大，壓鑄成本也比較高。隨著工業(yè)塑料的性能加強(qiáng)和輕量化的趨勢(shì)，很多零部件逐漸有塑料取代傳統(tǒng)金屬件，如圖2和圖3，汽車中冷器進(jìn)氣室由PPA6+30%GF替代鋁制氣室。

圖2 中冷器進(jìn)氣室（鋁）

圖3 中冷器進(jìn)氣室（塑料）

③到了三階段，價(jià)值工程的思想開始影響新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和加工。

早期的工業(yè)化狀況是原始的產(chǎn)品開發(fā)模式：產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造都由同一個(gè)人來完成，比如我們熟知的打鐵匠，自己設(shè)計(jì)鐵器的形狀，自己鍛打。然而隨著社會(huì)的發(fā)展，產(chǎn)品變得越來越復(fù)雜，制造工藝也越來越復(fù)雜，產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造都需要很強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)，無法由同一個(gè)人完成，因此，打鐵匠的產(chǎn)品開發(fā)模式逐漸遠(yuǎn)離。于是，產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)生了設(shè)計(jì)和制造的社會(huì)分工，產(chǎn)品開發(fā)分為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造兩個(gè)階段，分別由設(shè)計(jì)工程師和制造工程師負(fù)責(zé)。設(shè)計(jì)工程師關(guān)心產(chǎn)品的外觀、功能和可靠性，卻不會(huì)關(guān)心產(chǎn)品是如何制造、裝配的。因此導(dǎo)致了設(shè)計(jì)和制造脫節(jié)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)完后制造困難廢品率高，制造成本高居不下，甚至不得不返回重新設(shè)計(jì)，使得項(xiàng)目開發(fā)周期長，開發(fā)成本高。

原始產(chǎn)品開發(fā)模式，到現(xiàn)在的傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)模式，都已經(jīng)不再適應(yīng)信息化、數(shù)字化時(shí)代，轉(zhuǎn)而需要的是新產(chǎn)品開發(fā)模式，文章稱之為面向生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)。

1）零件設(shè)計(jì)應(yīng)避免鋒利的邊、角，除了防止工傷外，還可以提升材料利用率。

2）零件設(shè)計(jì)應(yīng)該易于抓取，如圖4，原始的設(shè)計(jì)由于產(chǎn)品太薄，工人在抓取時(shí)比較費(fèi)力，這就會(huì)浪費(fèi)生產(chǎn)工時(shí)，導(dǎo)致效率低，從而造成成本的浪費(fèi)；合理的設(shè)計(jì)應(yīng)該是適合抓取。

圖4 零件設(shè)計(jì)應(yīng)該易于抓取

3）零件應(yīng)避免把大的零件置于小的零件上裝配，這樣可以避免由于下盤不穩(wěn)導(dǎo)致的零件磕碰，造成質(zhì)量成本，如圖5所示。

圖5 避免大零件置于小零件上面

4）零件裝配方向越少越好。最理想的產(chǎn)品裝配只有一個(gè)裝配方向。裝配方向過多造成在裝配過程中對(duì)零件進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作，降低零件裝配效率，使得操作人員容易產(chǎn)生疲憊，同時(shí)零件的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作容易造成零件與操作臺(tái)上的設(shè)備碰撞而發(fā)生質(zhì)量問題。如圖6，原始的設(shè)計(jì)中具有兩個(gè)裝配方向，當(dāng)下面兩個(gè)零件固定好后，兩個(gè)零件必須翻轉(zhuǎn)180°，再固定最上面的零件；改進(jìn)的設(shè)計(jì)中只有一個(gè)裝配方向，零件不需要翻轉(zhuǎn)就可以把三個(gè)零件裝配在一起，裝配過程簡單。

圖6 避免多個(gè)方向裝配

5）導(dǎo)向特征的設(shè)計(jì)。常用的導(dǎo)向特征包括斜角、圓角、導(dǎo)向柱和導(dǎo)向槽等，斜角的例子如圖7所示。

圖7 導(dǎo)向特征的設(shè)計(jì)

導(dǎo)向特征應(yīng)該是裝配最先接觸點(diǎn)，需要注意的是導(dǎo)向柱的長度不能太短，需要保證導(dǎo)向柱是兩個(gè)零件最先接觸點(diǎn)，導(dǎo)向柱才具有導(dǎo)向效果。在裝配時(shí)，導(dǎo)向特征應(yīng)該先于零件的其他部分與對(duì)應(yīng)的裝配件接觸，否則，不能起到導(dǎo)向作用，如圖8所示，而應(yīng)該設(shè)計(jì)成如圖9。

圖8 無法起到導(dǎo)向作用的設(shè)計(jì)

圖9 優(yōu)化后的設(shè)計(jì)

6）避免零件過約束：原始的設(shè)計(jì)由于零件A和零件B都完全對(duì)應(yīng)，屬于過度約束，導(dǎo)致裝配是叫困難，要嚴(yán)絲合縫，如圖10；而優(yōu)化后的設(shè)計(jì)是零件A其中一個(gè)空位加大，這樣裝配時(shí)只需要其中一個(gè)空對(duì)應(yīng)上即可，另外一個(gè)很容易對(duì)上，如圖11。

圖10 過約束的設(shè)計(jì)

圖11 優(yōu)化后的設(shè)計(jì)

7）避免裝配干涉，如圖12。

圖12 電插座干涉案例

8）為輔助工具提供空間：原始的設(shè)計(jì)沒有留出大螺栓的空間，導(dǎo)致裝配困難，如圖13，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)如圖14。

圖13 無法裝配的設(shè)計(jì)

圖14 優(yōu)化后的設(shè)計(jì)

2 材料優(yōu)化

2.1 考慮國產(chǎn)材料替代進(jìn)口材料

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，中國制造的水準(zhǔn)已經(jīng)完全可以滿足汽車產(chǎn)業(yè)鏈的要求，這時(shí)候我們要聚焦適當(dāng)?shù)牟牧蠂a(chǎn)化工作，比如硅膠，進(jìn)口硅膠單價(jià)至少120元/kg，而國產(chǎn)目前可以做到50元/kg，并且性能通過各種實(shí)驗(yàn)要求。既然國產(chǎn)硅膠可以滿足功能要求，就該推進(jìn)國產(chǎn)化。

2.2 用常規(guī)材料替代特殊材料

在很多的零件設(shè)計(jì)中，依然會(huì)采用市場(chǎng)不常規(guī)用到的材料，這部分材料因?yàn)槭袌?chǎng)用量很少，導(dǎo)致固定成本分?jǐn)倶O其高，因此能找到這部分材料的替代品對(duì)降本有極大助益。比如在汽車零部件中冷器中，偶爾會(huì)出現(xiàn)使用PPA6+50GF的材料，這種材料在市場(chǎng)比較罕見，單價(jià)55元/kg，而通過CAE和搭載測(cè)試，PPA6+35%在多數(shù)情況下很替代PPA6+50GF，單價(jià)卻只要26元/kg。

2.3 低牌號(hào)的材料替代

關(guān)于材料的牌號(hào)選擇對(duì)成本的影響也很大，比如經(jīng)常發(fā)現(xiàn)汽車鈑金件材料牌號(hào)過高，對(duì)于沒有震動(dòng)要求的支架，還選用Q345的原材料。Q345相比Q235，材料單價(jià)至少高出1元/kg，其用于支架的多數(shù)情況是有震動(dòng)，因?yàn)樾枰€(wěn)定的性能。而對(duì)于完全沒有震動(dòng)的安裝環(huán)境，Q235完全可以滿足。

2.4 材料利用率提升

材料利用率的提升，直接影響了整體材料費(fèi)，因此，能提升材料利用率，就能降低成本。材料利用的案例在鈑金件尤其適用，鈑金件在排布時(shí)，不同方案將對(duì)應(yīng)不同的材料利用率。

2.5 邊角料、尾料再利用

鈑金件的邊角料很多都可以在利用，比如大型沖壓件，一般邊角料都比較大，可以用來沖壓一些較小的零件；較長的金屬管的尾料很多情況也可以用來制作其他較短的金屬管。

3 結(jié)論

價(jià)值工程的運(yùn)用和實(shí)施，已經(jīng)變得系統(tǒng)，不再是早期的通過改變產(chǎn)品尺寸、形式、材質(zhì)達(dá)到自己想要的功能，而是已經(jīng)深入到設(shè)計(jì)、制造、包裝和物流整個(gè)供應(yīng)鏈。未來的價(jià)值工程還將繼續(xù)在制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)不同的價(jià)值和功能。數(shù)字化時(shí)代即將到來，價(jià)值工程也將在數(shù)字化領(lǐng)域綻放其應(yīng)有的價(jià)值。