車身鈑金研發(fā)階段成本控制研究

關(guān)鍵詞：車身鈑金；成本控制；降本；研發(fā)階段

0引言

當(dāng)今汽車市場競爭十分激烈，各細(xì)分市場越來越同質(zhì)化，各車型性能、質(zhì)量、配置、造型都很難脫穎而出。隨著市場競爭白熱化，價(jià)格戰(zhàn)將不可避免，而價(jià)格戰(zhàn)的本質(zhì)就是成本競爭，先進(jìn)的、科學(xué)的成本控制可以為企業(yè)在價(jià)格戰(zhàn)獲得優(yōu)勢[1]。企業(yè)成本控制會(huì)貫穿汽車整個(gè)生命周期，其中研發(fā)階段（產(chǎn)品策劃階段、概念設(shè)計(jì)階段、工程設(shè)計(jì)階段）成本控制將決定70%～80%產(chǎn)品成本，即產(chǎn)品一旦定型，后期降本空間將會(huì)很小[2]。而在這過程中進(jìn)行成本控制所投入的人力、物力和財(cái)力相對(duì)較小，周期也較短，能起到四兩撥千斤的效果。

車身鈑金包含白車門與白車身，是車輛其他零部件安裝的載體，其成本約占整車成本10%～15%，是整車成本中比較大的模塊[3]。基于以上分析，本文主要研究車身鈑金研發(fā)階段，如何多角度、多維度控制成本，為企業(yè)、供應(yīng)商降本增效，提升產(chǎn)品競爭力。

1車身鈑金成本模型

詳細(xì)了解具體成本模型有助于我們深入地研究成本結(jié)構(gòu)，以便全方位無死角地進(jìn)行成本控制。對(duì)汽車車身鈑金成本模型進(jìn)行具體分解（表1），其中材料成本大約占車身鈑金成本60%，制造成本大約占車身鈑金成本20%，其他成本約占車身鈑金成本20%。

2車身鈑金降本方法

了解鈑金成本模型后，對(duì)各成本模型進(jìn)行分解，就可以進(jìn)行針對(duì)性降本。

2.1材料成本優(yōu)化

由車身鈑金成本模型可知，材料成本占車身成本比重最大，所以降本重點(diǎn)也應(yīng)在零件本身想辦法，即盡量降低材料使用成本。其中材料成本優(yōu)化方法可歸納為以下幾種。

2.1.1零件數(shù)量優(yōu)化

一個(gè)零件只要設(shè)計(jì)出來，就會(huì)產(chǎn)生材料費(fèi)、模具費(fèi)、沖壓費(fèi)和焊接費(fèi)等各種成本，所以車身設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)構(gòu)想至最終設(shè)計(jì)完成，均要嚴(yán)格把控每個(gè)零件的有無問題。如某車型對(duì)零件數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，新車型比老車型零件數(shù)量減少約29%，車身降本≥4.5%。當(dāng)然，零件數(shù)量優(yōu)化不是通過簡單粗暴地取消某個(gè)功能而減少零件，而是通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化、新工藝代替、優(yōu)化冗余結(jié)構(gòu)、優(yōu)化過剩設(shè)計(jì)以及優(yōu)化零件成型性等手段進(jìn)行零件精簡。

如圖1所示，老車型排氣管后部安裝點(diǎn)都布置一根縱梁和吊鉤來保證排氣管動(dòng)剛度，而新車型將安裝點(diǎn)適當(dāng)往車前移，將吊鉤布置在地板橫梁上，即可優(yōu)化掉一根縱梁，新結(jié)構(gòu)對(duì)性能無影響，實(shí)現(xiàn)減重降本，得到較高收益。

2.1.2質(zhì)量優(yōu)化

一般情況下，質(zhì)量與成本成正比關(guān)系。對(duì)于新能源汽車，同續(xù)航里程，整備質(zhì)量越大，對(duì)電池容量要求越多，而電池成本又是整車成本最大也最敏感的一部分，質(zhì)量越大成本越高。質(zhì)量還對(duì)能耗有影響，整備質(zhì)量越大，后期油耗越高、耗電越多，社會(huì)成本越高。如整車質(zhì)量每減少10%，燃油車減少6%～8%燃油消耗量，電車?yán)m(xù)航可增加6%[4]。

減少質(zhì)量最常用辦法是厚度減薄。以某MPV側(cè)圍外板為例，新車型比老車型減薄18%，可實(shí)現(xiàn)可觀的成本降低。但有時(shí)質(zhì)量減少成本反而增加。為滿足輕量化要求，有時(shí)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)引入高強(qiáng)鋼和新型材料。而高強(qiáng)鋼和新型材料一般成本比較高。圖2所示為某車型防撞梁用鋁合金代替高強(qiáng)鋼，質(zhì)量減少26%，但成本卻增加14%。由此可知，更高比例的高強(qiáng)鋼和新材料也是影響成本的重要因素之一，在設(shè)計(jì)階段需在質(zhì)量和成本之間作出取舍。

2.1.3車身性能優(yōu)化

車身結(jié)構(gòu)性能包括強(qiáng)度、剛度、模態(tài)、碰撞安全、NVH、密封和防腐等，性能的提升一般都會(huì)導(dǎo)致成本增加。在項(xiàng)目啟動(dòng)階段，就需做好市場定位，定義產(chǎn)品車與競品車近似的性能參數(shù)，避免過高性能導(dǎo)致成本大幅度增加。例如某車型全景天窗模態(tài)為32Hz，但大多數(shù)競品車全景天窗模態(tài)為25Hz，過剩設(shè)計(jì)代價(jià)是車身增重及成本增加。

2.1.4車身尺寸優(yōu)化

車身尺寸直接決定車身框架結(jié)構(gòu)及外覆蓋件的尺寸，間接決定了與這些零件相關(guān)的材料費(fèi)、沖壓費(fèi)、焊接費(fèi)和模具費(fèi)等，因此車身尺寸也是影響車身成本的重要因素之一。對(duì)于具體零件，嚴(yán)格控制零件尺寸往往也能得到不錯(cuò)的降本效果，以前風(fēng)擋安裝面為例（圖3），每縮一點(diǎn)焊接邊，都可以實(shí)現(xiàn)3層板減重降本，還能改善A柱視野。這就是各主機(jī)廠盡可能改善焊鉗、涂膠面以及壓縮焊接邊的原因所在。

2.1.5平臺(tái)化設(shè)計(jì)

平臺(tái)化設(shè)計(jì)是指基于整車平臺(tái)化戰(zhàn)略框架，結(jié)合平臺(tái)內(nèi)各項(xiàng)目布置、性能、成本及輕量化要求等，規(guī)劃設(shè)計(jì)出具有兼容性、拓展性、安全性且輕量化的平臺(tái)結(jié)構(gòu)。達(dá)到框架一致性和最大化零件共用，且同時(shí)滿足生產(chǎn)線共線生產(chǎn)要求。

平臺(tái)化設(shè)計(jì)后，共用的零件可節(jié)約大量模具、夾具和檢具開發(fā)費(fèi)用，同時(shí)還能減少驗(yàn)證費(fèi)用和周期，從而減少整車開發(fā)成本。

對(duì)于不能共用的零件，平臺(tái)化設(shè)計(jì)也可以使得零件結(jié)構(gòu)相似、工藝相似。制造系統(tǒng)及零部件生產(chǎn)商只需以相同工藝生產(chǎn)開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)過程的共享，并通過工程方案共用、工藝共用以及工裝設(shè)備共用等柔性化制造，有效降低人工、設(shè)備和工裝投資進(jìn)而降低零件成本[5]。

2.1.6結(jié)構(gòu)優(yōu)化

車身設(shè)計(jì)合理的框架結(jié)構(gòu)、截面和連接件，使最優(yōu)材料、結(jié)構(gòu)形式、形狀用在最合適的位置，可避免不合理結(jié)構(gòu)、冗余結(jié)構(gòu)造成的成本。可見，結(jié)構(gòu)合理性也是影響車身成本的重要因素。如圖4所示，同樣的性能指標(biāo)，合理的截面優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)減重降本。

2.1.7材料單價(jià)優(yōu)化

同一種材料，不同的材料供應(yīng)商報(bào)價(jià)會(huì)有一定差異，所以多引進(jìn)一些材料供應(yīng)商進(jìn)行報(bào)價(jià)對(duì)比，在項(xiàng)目開發(fā)中成本控制會(huì)更靈活。如同樣的熱成型材料，不同的供應(yīng)商報(bào)價(jià)有20%～30%差異，隨著輕量化要求越來越高，熱成型零件使用越來越多，20%～30%材料價(jià)格差異可能會(huì)產(chǎn)生幾十甚至上百元的單車成本差異。

2.1.8材料種類及規(guī)格優(yōu)化

一般情況下，單種材料采購量越大，采購單價(jià)越低。而材料種類及規(guī)格精簡就可以增加單種材料采購量，從而實(shí)現(xiàn)降本。另外，車身材料種類及規(guī)格過多，還會(huì)導(dǎo)致車間倉庫和供應(yīng)商管理成本過高。如表2所示，某主機(jī)廠將零件由7種精簡至2種，主機(jī)廠和供應(yīng)商都可以實(shí)現(xiàn)較大幅度降本。

2.1.9鈑金材料利用率提升

提升材料利用率的方法如圖5所示。在項(xiàng)目早期，需定義合理的材料利用率開發(fā)目標(biāo)，如材料利用率≥62%，以便開發(fā)過程中更好地約束零件工程師和同步工程工程師。在項(xiàng)目開發(fā)過程中，成本工程師作為獨(dú)立第三方，要聯(lián)合零件工程師和同步工程工程師，以提升材料利用率為目的，多維度、多角度降本。某車型的后側(cè)圍內(nèi)板總成開發(fā)過程中，為提高零件材料利用率，采用如圖6所示調(diào)整分件線的優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)可觀降本。

2.2制造成本優(yōu)化

2.2.1沖壓優(yōu)化

與材料利用率提升策略相似，成本工程師在項(xiàng)目開發(fā)過程中，在充分對(duì)標(biāo)及結(jié)構(gòu)分析后，聯(lián)合零件工程師、同步工程工程師對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖壓工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)減重降本。如圖7所示，對(duì)斷面進(jìn)行優(yōu)化，新車型取消沖壓負(fù)角，即可減少一道沖壓工序。

對(duì)碰撞安全、強(qiáng)度性能要求高的零件，不同車型定位可以選擇不同的工藝類型，如同樣碰撞性能要求的門檻加強(qiáng)板，可選用的沖壓工藝為熱成型、輥壓成型、冷沖壓，各種工藝會(huì)對(duì)應(yīng)不同料厚，成本工程師在方案評(píng)估時(shí)需平衡重量、成本、制造周期、平臺(tái)化等各種因素作出決策，以滿足不同車型開發(fā)定位和降本需求。

人工成本不斷增長，零件設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮是否滿足自動(dòng)沖壓需求（如級(jí)進(jìn)模），避免因零件設(shè)計(jì)太復(fù)雜而必須使用人工制造。

2.2.2焊接優(yōu)化

如前所述，常用的焊接包括點(diǎn)焊、代替焊點(diǎn)的緊固件連接、MIG焊、CO2焊和激光焊，其成本為：點(diǎn)焊＜MIG焊和CO2焊接＜緊固件連接＜激光焊。其中MIG焊、CO2焊會(huì)釋放有毒氣體，激光焊還可能需要改造生產(chǎn)線，所以需對(duì)零部件連接方法進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)先選擇點(diǎn)焊。如圖8所示，將緊固件改為點(diǎn)焊，可明顯減少連接成本。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮焊點(diǎn)間距優(yōu)化，不同區(qū)域?qū)更c(diǎn)間距要求不一樣。與碰撞安全相關(guān)、對(duì)強(qiáng)度要求高的區(qū)域?qū)嵤┬『更c(diǎn)間距，而對(duì)剛度、強(qiáng)度、碰撞安全要求低的地方（如后側(cè)窗位置）則可適當(dāng)加寬焊點(diǎn)間距。

所有總成焊接工序應(yīng)盡量精簡。過多的工序，意味著占用更多的車間場地、使用更多焊接工裝、投入更多的人力物力財(cái)力。

同樣，隨著人工成本的不斷增長，焊接也盡量滿足自動(dòng)焊接生產(chǎn)要求，盡量避免出現(xiàn)過多焊接角度、焊接角度差異過大等結(jié)構(gòu)。

2.2.3涂裝優(yōu)化

不同車型防腐等級(jí)要求不一樣，在項(xiàng)目開發(fā)初期就要定義合適的防腐等級(jí)。如越野車型用車工況惡劣，防腐等級(jí)高，可多使用高成本的鍍鋅板，而短續(xù)航電動(dòng)車一般在市區(qū)工況使用，防腐等級(jí)要求略低，應(yīng)適當(dāng)減少鍍鋅板使用量。另外，需識(shí)別車身濕區(qū)和干區(qū)，濕區(qū)為保證防腐性能，需重點(diǎn)管控漆膜厚度，甚至要增加其他工藝保證其防腐性能，如門檻增加空腔噴蠟來提高防腐性能，而干區(qū)因腐蝕概率小，保證常規(guī)漆膜厚度即可，應(yīng)減少使用鍍鋅板以節(jié)約成本。

同理，不同車型定位應(yīng)對(duì)應(yīng)不同密封等級(jí)，各車型點(diǎn)焊密封膠和焊縫密封膠使用量應(yīng)不一樣。如中高端電動(dòng)車，不僅需按照最高等級(jí)密封標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，還要滿足地方性涉水法規(guī)，該類型車涂膠量最大、涂膠制造成本最高。而低端車或者貨車，則可按較低等級(jí)密封標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，適當(dāng)減少成本。

2.2.4總裝優(yōu)化

一般情況下，車身自身總裝件（黑漆件）都是委外制造及涂裝，黑漆件成本較高、防腐性能較差、總裝工時(shí)較多，還需要成本較高的緊固件連接車身，應(yīng)盡量避免使用此類型結(jié)構(gòu)。

其他安裝在車身上的零件，首先要考慮零件是否容易安裝。如某車型扶手安裝支架布置在上A柱內(nèi)板與B柱內(nèi)板兩個(gè)大總成上，其尺寸鏈過長，導(dǎo)致扶手安裝困難或難以回位。其次，要考慮售后維修是否方便，應(yīng)避免出現(xiàn)售后維修某個(gè)易損件而拆卸一大堆零件的現(xiàn)象，該問題通常出現(xiàn)在前艙空間狹小的車型上。

2.3其他成本控制

2.3.1輔料成本優(yōu)化

表1中提到，輔料包括緊固件、膠塞、結(jié)構(gòu)膠、密封膠、堵蓋、貼片及標(biāo)準(zhǔn)件。其中部分輔料控制方法在上述闡述過，還有一些輔料是設(shè)計(jì)過剩、設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致，應(yīng)該嚴(yán)格控制其數(shù)量。比如門檻漏液孔數(shù)量應(yīng)該是根據(jù)防腐性能布置，避免因設(shè)計(jì)過多漏液孔而增加膠塞。再比如開閉件上布置補(bǔ)強(qiáng)膠片，應(yīng)根據(jù)抗凹性能要求、競品車對(duì)標(biāo)等來布置，在后期實(shí)車驗(yàn)證再做適當(dāng)增減，形成一個(gè)完整的成本控制閉環(huán)，把成本控制到極致。

2.3.2其他成本優(yōu)化

產(chǎn)品開發(fā)過程中，設(shè)計(jì)變更的原因大概有兩種，第一種是工程師經(jīng)驗(yàn)不足，第二種是項(xiàng)目前期CAE分析無法完全暴露問題。成本工程師在項(xiàng)目開發(fā)過程中，應(yīng)認(rèn)真校核結(jié)構(gòu)及對(duì)標(biāo)分析，并結(jié)合以往造車經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，聯(lián)合各區(qū)域?qū)＜艺撟C各個(gè)方案可行性，將潛在風(fēng)險(xiǎn)扼殺在搖籃中。如某車型因布置問題，在D柱上部較長距離僅用結(jié)構(gòu)膠連接，但以往車型出現(xiàn)過結(jié)構(gòu)膠連接不可靠問題，成本工程師推動(dòng)結(jié)構(gòu)更改為點(diǎn)焊+結(jié)構(gòu)膠，有效避免后期設(shè)計(jì)變更帶來成本問題。

包裝、物流和管理方面成本優(yōu)化可通過供應(yīng)商專業(yè)化生產(chǎn)、外購總成固化、零件尺寸基本固化來實(shí)現(xiàn)[6]。如B柱內(nèi)板總成供應(yīng)商專業(yè)化生產(chǎn)后，因供應(yīng)商對(duì)B柱內(nèi)板總成結(jié)構(gòu)、工藝和制造都很熟悉，其制造的零件質(zhì)量好、周期短、成本低。如控制每個(gè)車型B柱內(nèi)板總成尺寸基本一致，供應(yīng)商料框就能平臺(tái)化，從而降低包裝成本和管理成本。

3結(jié)束語

綜合上述，在車身開發(fā)階段，成本工程師基于車身鈑金成本模型和成本控制方法，與各區(qū)域制定合理的性能目標(biāo)，聯(lián)合零件工程師、同步工程工程師從各個(gè)細(xì)節(jié)深度挖掘降本方案。在滿足整車性能開發(fā)的前提下，從源頭把成本做到極致，為企業(yè)、供應(yīng)商提升競爭力。