某汽車企業(yè)產(chǎn)品可制造性基線建設(shè)與應(yīng)用研究

李晶 徐明琦 富壯 嚴(yán)學(xué)峰 李朋

摘要：為提升產(chǎn)品設(shè)計成熟度，解決可制造性分析過程中發(fā)現(xiàn)的問題，建立產(chǎn)品可制造性基線及運作機制。通過明確建設(shè)范圍、制定模板、識別來源、確認(rèn)維度、提煉內(nèi)容、工藝確認(rèn)、設(shè)計確認(rèn)及發(fā)布與維護等步驟完成了第一版基線的建立。在產(chǎn)品開發(fā)流程中融入識別、分析、評估及積累的相關(guān)活動，保證基線在項目中的流程化應(yīng)用。結(jié)合產(chǎn)品開發(fā)項目，驗證了基線建立與應(yīng)用效果，提高了可制造性分析的規(guī)范性、準(zhǔn)確性與全面性，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率提升以及制造成本降低，同時提出未來對于基線數(shù)字化應(yīng)用的期望。

關(guān)鍵詞：汽車 可制造性 基線 運作機制 數(shù)字化

中圖分類號：U466????文獻標(biāo)識碼：B ???DOI：?10.19710/J.cnki.1003–8817.20220371

Research on the Establishment and Application of Manufacturability Baseline of An Automobile Manufacturer

Li Jing， Xu Mingqi， Fu Zhuang， Yan Xuefeng， Li Peng

（FAW Jiefang Automobile Co.， Ltd.， Changchun 130000）

Abstract： To enhance the product maturity and solve the problem found in manufacturability analysis， product manufacturability baseline and mechanism were established. The first version of baseline was established through clarifying the scope， developing template， identifying source， confirming dimension， refining content， process confirmation， design confirmation， release and maintenance. Relevant activities such as identification， analysis， evaluation， and accumulation were integrated with the product development process to ensure the procedural application of baseline in the project. Combined with the product development project， the effect of baseline establishment and application were verified， improving the standardization， accuracy， and comprehensiveness of manufacturability analysis， improving product quality and production efficiency， as well as reducing manufacturing costs. At the same time， future expectations for the digital application of baselines were proposed.

Keywords： Automobile，?Manufacturability， Baseline， Mechanism， Digital

1 前言

隨著行業(yè)競爭加劇，越來越多汽車企業(yè)意識到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低整車制造成本的重要性，產(chǎn)品可制造性分析有著重要意義和作用。

產(chǎn)品可制造性是一門設(shè)計出易于制造的產(chǎn)品的科學(xué)技術(shù)，是在現(xiàn)有或規(guī)劃的制造資源下，滿足客戶要求的產(chǎn)品設(shè)計，面向于制造資源的一種優(yōu)化^[1]。在考慮產(chǎn)品的制造可能性、功效性、經(jīng)濟性和安全性，保障產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低制造成本、提升加工效率^[2-3]。

過去的產(chǎn)品開發(fā)過程中，產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計與生產(chǎn)制造是獨立開展、順次實施的串行模式。這種“接力棒式”的開發(fā)模式容易造成產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)環(huán)節(jié)脫節(jié)，導(dǎo)致后期制造難度大、風(fēng)險高，帶來設(shè)計變更多等問題，造成巨大的人力、物力和時間浪費。

而在現(xiàn)有的產(chǎn)品開發(fā)中，多采用并行模式^[4]，通常也稱為同步工程。該方法是在產(chǎn)品設(shè)計過程中，同步分析產(chǎn)品可制造性，開展工藝設(shè)計。分析得到的建議或結(jié)論及時反饋給設(shè)計師，避免帶來后期設(shè)計反復(fù)的問題。該種產(chǎn)品開發(fā)模式已廣泛應(yīng)用于汽車、飛機、計算機、軍事等領(lǐng)域^[5]。過去產(chǎn)品開發(fā)模式與目前開發(fā)模式對比如圖1所示，僅從開發(fā)周期方面，就可以看出該種模式的優(yōu)勢。

得益于并行開發(fā)模式，瑞士ABB公司貨車運輸系統(tǒng)交付周期由3～4年減少為3～18個月；民用飛機在設(shè)計初始階段考慮可制造性，從而降低大量修改的時間和費用^[6]；中車集團某車型產(chǎn)品制造質(zhì)量得到較大提高^[7]；吉利汽車通過虛擬的可制造性分析流程優(yōu)化，實現(xiàn)了過程問題閉環(huán)與量化管理，提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量^[8]。

2 可制造性分析存在的問題

某汽車企業(yè)屬于獨立式^[9]的組織結(jié)構(gòu)，即負(fù)責(zé)產(chǎn)品可制造性分析的工藝部門，獨立于設(shè)計部門和制造部門。在該種模式下，工藝部門的職責(zé)清晰，保證了工藝員可制造性分析過程的獨立性和中立性。既可快速將生產(chǎn)現(xiàn)場及操作者層面的問題反饋至研發(fā)端，又可以高效的配合研發(fā)完成產(chǎn)品設(shè)計。

在工藝員可制造性分析過程中，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

a. 工藝部門制定了關(guān)于產(chǎn)品可制造性的工藝性規(guī)范，并統(tǒng)一發(fā)布，設(shè)計師在產(chǎn)品設(shè)計過程中應(yīng)考慮規(guī)范的應(yīng)用。但實際上，由于規(guī)范較多且碎片化，導(dǎo)致很多產(chǎn)品設(shè)計未遵從工藝性規(guī)范的要求；

b. 工藝部門分析能力不足，經(jīng)驗沒有很好的傳承下來，新任工藝員分析時準(zhǔn)確性低；

c.?各工藝間溝通不足，經(jīng)常出現(xiàn)類似沖壓反饋意見。設(shè)計師修改產(chǎn)品方案后，焊接卻又發(fā)現(xiàn)問題；

d.?更多關(guān)注產(chǎn)品的制造質(zhì)量，對于產(chǎn)品制造成本方面考慮有所欠缺。

如果能夠建立一種新的工作方法與機制，解決以上問題，產(chǎn)品可制造性分析的效果將得到更好的發(fā)揮。

3 基線概念的引入

在計算機行業(yè)，基線指項目儲存庫中每個工件版本在特定時期的一個快照，首先建立一個標(biāo)準(zhǔn)版本，隨后的工作基于此版本不斷更新、迭代，直到建成下一個版本^[10]。

某企業(yè)工藝部門引入該概念，建立全專業(yè)的產(chǎn)品可制造性基線，并應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)全過程。通過建立基線內(nèi)容和制定基線運作機制，并在產(chǎn)品開發(fā)項目中應(yīng)用，提升產(chǎn)品可制造性分析的規(guī)范性、準(zhǔn)確性與全面性。

4?產(chǎn)品可制造性基線建設(shè)

基線建設(shè)包括明確建設(shè)范圍、制定模板、識別來源、確認(rèn)維度、提煉內(nèi)容、評審確認(rèn)、發(fā)布與維護。

4.1 明確建設(shè)范圍

本文面向汽車工藝設(shè)計，將沖壓、焊接、涂裝、總裝專業(yè)作為基礎(chǔ)范圍，支撐產(chǎn)品開發(fā)，引入標(biāo)準(zhǔn)化與物料清單（Bill?of?Material，BOM）專業(yè)；面向生產(chǎn)制造過程，引入工業(yè)工程專業(yè)、物流專業(yè)、安全專業(yè)，并結(jié)合該工藝部門特色，引入匹配專業(yè)和電氣專業(yè)。

為便于產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、制造成本找到業(yè)務(wù)落腳點，需要將其歸入不同專業(yè)，并在專業(yè)下展開。同時，匹配作為產(chǎn)品質(zhì)量的統(tǒng)籌管理，而工業(yè)工程作為生產(chǎn)效率與制造成本的統(tǒng)籌管理。

4.2?制定模板

借鑒行業(yè)先進經(jīng)驗，制定可應(yīng)用于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的模板。該模板包含的字段有編號、專業(yè)、維度、描述、適用產(chǎn)品系列、重要程度、面向?qū)I(yè)、定量/定性、檢查手段、自動化工具、來源及圖示說明，如表1所示。

4.2.1 編號

利用有序符號按順序編定的號數(shù)。主要用于基線管理與應(yīng)用，為后續(xù)數(shù)字化手段的實現(xiàn)提供支撐。編號的字符包括基線代號、專業(yè)代號、年月號及流水號，如圖2所示。

4.2.2?專業(yè)

專業(yè)門類，即工藝員所在專業(yè)，用以確定建設(shè)及維護的責(zé)任主體。專業(yè)按照沖壓、焊接、涂裝、總裝、匹配、電氣、工業(yè)工程、物流、標(biāo)準(zhǔn)化與BOM等進行劃分。

4.2.3?維度

獨立的參數(shù)項目。根據(jù)專業(yè)特點，制定所屬維度，包括但不限于產(chǎn)品通過性、加工安全性、操作便捷性、新技術(shù)、新材料、新工藝。沖壓、焊接、涂裝、總裝專業(yè)增加產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、制造成本的固定維度。

4.2.4?描述

運用詳細(xì)、專業(yè)的語言對內(nèi)容進行形象化的闡述。根據(jù)專業(yè)與維度，清晰、準(zhǔn)確、簡潔地描述基線內(nèi)容，要通過具體描述，讓設(shè)計師掌握基線的具體內(nèi)容、提出原因、應(yīng)用優(yōu)勢等信息。

4.2.5?適用產(chǎn)品系列

適用的產(chǎn)品范圍?？紤]到在公司不同產(chǎn)品上，基線適用范圍會有差異，增加適用產(chǎn)品系列字段以描述基線的適用范圍。該字段可以是通用、專用或特有；也可直接描述適用的單一車型號。

4.2.6?重要程度

對生產(chǎn)制造的影響程度或后果的嚴(yán)重程度。包括A、B、C 3個等級。其中A為必要項，是強制的產(chǎn)品可制造性要求，以滿足基本的制造條件；B為可選項，可依據(jù)實際產(chǎn)品或制造情況，選用的產(chǎn)品可制造性要求；C為建議項，是非必須有的、可以改進制造需求。實施C類基線，通常可提升產(chǎn)品的競爭力。

4.2.7?面向?qū)I(yè)

面向的專業(yè)門類。這里主要指設(shè)計領(lǐng)域的專業(yè)，如發(fā)動機、變速箱、車橋、駕駛室、底盤、電氣電控、造型、整車總布置。

4.2.8?定量/定性

量化或非量化的描述。規(guī)定凡以數(shù)量形式存在的、有具體規(guī)定或固定界限的描述稱之為定量；而對于非量化的、描述性的內(nèi)容稱之為定性。本文推薦提煉定量的基線內(nèi)容進行研究分析。

4.2.9?檢查手段

檢查的方法。描述產(chǎn)品設(shè)計后，工藝員檢查其達成情況的方法。包括自動檢查、人工檢查和不必檢查。當(dāng)選擇為不必檢查時，須在研發(fā)端有切實可行的監(jiān)控方式。

4.2.10?自動化工具

在自動化系統(tǒng)中完成執(zhí)行功能的工具。凡采取自動檢查作為手段的，需要描述檢查所用的工具，如AutoCAD、CATIA等。自動檢查主要針對定量基線，檢查過程應(yīng)在設(shè)計前端進行，以提升產(chǎn)品數(shù)據(jù)的成熟度，避免后端變更。

4.2.11?來源

指所來的根源，可見4.3識別來源。

4.2.12?圖示說明

實際產(chǎn)品或歷代產(chǎn)品的圖示。增加圖示說明，便于設(shè)計師、評審人員理解。

4.3?識別來源

為解決傳統(tǒng)問題，首先將工藝性規(guī)范內(nèi)容、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容作為第一來源，以確保過去的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范納入基線管理。

現(xiàn)場生產(chǎn)問題、市場反饋問題也是主要來源之一。除歷代/歷年的產(chǎn)品質(zhì)量問題，還應(yīng)包括加工制造過程中的人員、設(shè)備、材料、工藝方法、環(huán)境、檢測六要素中（以下簡稱六要素）識別的問題。

其它來源還包括歷年/歷代產(chǎn)品可制造性分析經(jīng)驗、重大設(shè)計變更、日常設(shè)計變更。

此外，可考慮工藝技術(shù)對標(biāo)的成果及同行業(yè)優(yōu)秀工藝設(shè)計實踐。

如焊接基線建立過程中，梳理了近5年解放J6L、解放J7、解放JH6等車型的市場問題、生產(chǎn)問題、數(shù)據(jù)問題；參考了歷年產(chǎn)品工藝性評審中提出的ECR；借鑒了戴姆勒、世界汽車用鋼聯(lián)盟的手冊；實車對標(biāo)了斯堪尼亞、沃爾沃等工程結(jié)構(gòu)。

4.4?確認(rèn)維度

宋玉銀等^[11]探索了產(chǎn)品可制造性評價體系。本文中的維度以結(jié)果為目標(biāo)進行劃分，主要包括技術(shù)與經(jīng)濟2個方面，如圖3所示。

4.4.1?技術(shù)維度

主要指產(chǎn)品設(shè)計方案是否滿足制造技術(shù)和制造質(zhì)量相關(guān)需求。如通過性、安全性、便捷性、工藝性、裝配性、可裝夾性。

4.4.2?經(jīng)濟維度

主要指產(chǎn)品設(shè)計方案是否能促進制造成本最優(yōu)。如材料成本、人工成本（人工工時）、設(shè)備工裝投資、時間等。這里的時間包括加工準(zhǔn)備時間、加工制造時間、裝配時間、工裝準(zhǔn)備時間^[11]。

如焊接基線最終維度包括數(shù)據(jù)指示需求、可裝配性需求、點焊工藝性、弧焊工藝性、凸焊工藝性、涂膠工藝性、定位系統(tǒng)需求、外觀需求、焊點數(shù)量需求。

4.5?提煉內(nèi)容

提煉過程可從“六要素”展開。某工藝部門第一版產(chǎn)品可制造性基線共提煉出496條，各專業(yè)基線分布情況如圖4所示。

基線中被劃分為重要程度為A級占比46%、B級占比45%、C級占比9%。定量占比85%，定性占比15%。

如焊接提煉63條，其中A類20條，B類33條，C類10條。定量21條，定性42條。

4.6?評審確認(rèn)

評審確認(rèn)是基線建立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，也是確?；€內(nèi)容規(guī)范、準(zhǔn)確的主要環(huán)節(jié)。評審代表對基線的認(rèn)可與接納程度。

采用四級評審原則，包括本專業(yè)評審、跨專業(yè)評審、設(shè)計專業(yè)評審、跨設(shè)計專業(yè)評審。以沖壓專業(yè)基線評審為例，本專業(yè)評審指沖壓專業(yè)內(nèi)部的各零部件子組間的評審；跨專業(yè)評審指涉及焊接、涂裝、總裝等其余8個專業(yè)間的評審；設(shè)計專業(yè)評審指模板中“面向?qū)I(yè)”部分中的設(shè)計專業(yè)評審；跨設(shè)計專業(yè)評審指模板中非“面向?qū)I(yè)”部分中的設(shè)計專業(yè)評審。

通過四層評審把關(guān)，可以保證高質(zhì)量交付，避免各專業(yè)可制造性分析出現(xiàn)反復(fù)的問題。

如焊接基線需要評審把關(guān)的專業(yè)，至少包括沖壓、匹配、裝配以及研發(fā)的車身、總布置。

4.7 發(fā)布

工藝部門成立基線管理委員會，該委員會由各專業(yè)專家和設(shè)計專業(yè)專家組成，工藝部門部長任委員會主任。委員會負(fù)責(zé)組織基線建立、運行監(jiān)督、狀態(tài)評估及發(fā)布。

運行監(jiān)督是對產(chǎn)品開發(fā)項目中的應(yīng)用過程進行跟蹤與評價。

狀態(tài)評估是指對當(dāng)前版本基線的水平進行評估，主要通過與同行業(yè)對比分析，得到基線狀態(tài)的評估結(jié)果。這些基線狀態(tài)包括：初始、業(yè)界基礎(chǔ)、業(yè)界平均、業(yè)界最佳。通過狀態(tài)評估，工藝部門能夠不斷提升基線水平，提高自身工藝能力。

經(jīng)過四層評審后，委員會對基線進行發(fā)布，確保其有效性、可獲得性和版本受控?；€的發(fā)布應(yīng)按照委員會運作機制中的規(guī)定執(zhí)行，即定期發(fā)布。該工藝部門規(guī)定每年組織1次基線發(fā)布。

4.8 維護

第一版基線建成后，應(yīng)按照小版本進行迭代更新。本文提出“隨時提煉、隨時評審、統(tǒng)一發(fā)布、迭代應(yīng)用”的方式，以開展后續(xù)的基線維護工作。

任何人在任意時間都可以提煉基線，并通過系統(tǒng)發(fā)出評審邀請，評審?fù)ㄟ^后等待委員會統(tǒng)一發(fā)布。

委員會運作機制中規(guī)定，當(dāng)有緊急狀況時，可臨時提出基線發(fā)布需求，但每年臨時發(fā)布的次數(shù)不可超過2次。

此外，委員會還應(yīng)對基線模板進行版本管理，以確保建設(shè)人員和應(yīng)用人員所用版本一致。

5?產(chǎn)品可制造性基線應(yīng)用

5.1 運作機制

為保證在產(chǎn)品開發(fā)項目中的應(yīng)用效果，將基線內(nèi)容融入公司產(chǎn)品開發(fā)流程中，如圖5所示。

a. 策劃階段，設(shè)計師開展產(chǎn)品策劃，工藝員根據(jù)策劃范圍與內(nèi)容識別適用的基線，并提供反饋給設(shè)計師。

b. 產(chǎn)品設(shè)計、過程設(shè)計階段，設(shè)計師在設(shè)計產(chǎn)品方案、開發(fā)產(chǎn)品圖紙過程中應(yīng)考慮基線內(nèi)容；工藝員負(fù)責(zé)開展產(chǎn)品可制造性分析。

c. 產(chǎn)品和過程確認(rèn)階段，設(shè)計師工藝員跟蹤產(chǎn)品制造實物狀態(tài)，評估基線達成情況。

d. 爬坡階段，工藝員根據(jù)本產(chǎn)品開發(fā)項目的過程，積累新的基線內(nèi)容。

5.2 應(yīng)用效果

為評價產(chǎn)品可制造性基線的建設(shè)效果，利用某車型項目開展基線驗證。以該項目中焊接專業(yè)為例，工藝員在本項目共提出14項基線。在應(yīng)用這些基線于產(chǎn)品開發(fā)過程中后，該車型的定位孔與原車型定位孔保持一致，實現(xiàn)了焊接夾具共用，從而降低制造成本。此外，減少了曲面連接點，避免了焊點壓痕過深或者焊點扭曲，提升了駕駛室外觀質(zhì)量，降低了產(chǎn)品翻邊面高度，保證焊槍與零件在焊接過程中無干涉，零件與零件在焊接過程中也無干涉，提高了工藝通過性。通過改善焊點間距，在滿足連接強度的基礎(chǔ)上減少了不必要的焊點，提升了焊接效率，降低了制造成本。最后，還解決了焊鉗操作空間問題，減少了焊鉗干涉以及焊點位置不準(zhǔn)確問題，從而提高產(chǎn)品制造質(zhì)量。

6?結(jié)束語

通過基線的建立與應(yīng)用，很好地解決了可制造性分析過程中不規(guī)范、不準(zhǔn)確，溝通不及時、能力不足等問題，在產(chǎn)品開發(fā)項目中應(yīng)用效果顯著。

結(jié)合未來數(shù)字化轉(zhuǎn)型趨勢，計劃逐步將全部定量類基線以及部分定性類基線融入數(shù)字化工具中，實現(xiàn)自動化產(chǎn)品的可制造性檢查，這將大大提升分析效率與準(zhǔn)確性。

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