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汽车产品开发有话要说之车身设计与开发(下篇)

 EgoFU 2017-01-02



结合体系建设网前面两篇文章,笔者按照上、中、下三篇对轿车车身设计与开发的三个主要阶段进行了讨论:

第一阶段:造型可研、工程可研、功能样车设计(上篇,7月23日已发布)

第二阶段:工程设计(中篇,8月4日已发布)

第三阶段:工程开发和质量培育(下篇,本期发布)

在上一篇文章中,笔者对工程设计阶段的管理工作重点及难点进行了一些总结,接下来将对第三阶段《工程开发和质量培育》的过程进行展开和交流(如图1所示)。


图1 整车产品开发过程

一般意义上说,到了工程开发阶段时,主体工作已经转移到制造系统了,由制造部门主导这个阶段的工作(供应商是外挂的制造部门,对他们的管理是工程开发的一部分),作为设计部门在这个阶段对内是做好产品定义的解释和跟踪改善工作,对外则参与供应商的开发管理,因此工作也是很繁重的。

不经历这个过程,不能处理好此阶段发生的各类质量问题不可能成为一个成熟的产品设计工程师。这也可能是有些设计公司逐步被淘汰出局的原因。

现在仍有很多企业将工程开发称为生产准备,这仅仅是一个叫法问题。关键是高的接收标准的拉动,一系列新技术、新方法的有应用,生产准备的内涵不仅仅是工艺设计和生产线布置,它必须体现先期质量计划的策划(APQP),保证过程对质量的充分满足,和还需要做好各个阶段输出物的质量控制和培育,最终通过样件的认可程序(PPAP)。也就是说这个阶段的目标不只是能生产出产品,而是要保证生产出符合质量标准的产品。

尽管此时整个产品开发工作已经全面回归到整车层面了,但我们仍然从车身开发的角度来讨论这个阶段的工作和常遇到的一些问题。如图2所示,车身工程开发和质量培育阶段工作主要有:工装开发、工程样车试制、生产样车试制。


图2 工程开发阶段流程框图

一、工装开发

这里是指狭义的工装开发。实际上制造技术部门(含供应商)在同步过程中已经将工艺基本方案、可行性问题分析完成。在功能样车设计文件发出时,大的工装模具供应商的选择,其开发计划、零部件供应商的工装模具先期设计已经进行了。此处就是根据工程设计的最终定义,审定和启动工装模具的制作(含供应商零件的工装模具)。

对于零部件供应商,大体分可为三类:

● 技术实力强的供应商,其保证体系和交付时间都不用担心,主机厂的工作主要是保证设计定义明确,设计变更及时通报交流;

● 基本供应商,除以上两点外,对其先期质量计划需要认可、开发过程过程需要跟踪、做好后期验收认可;

● 较弱的供应商,不排除我们有一批这样的供应商,他们的体系和开发控制需要主机厂指导和监控,也就是需要主机厂帮助其提升。

因而主机厂的设计、质量和采购部门都需要安排足够的人力资源来管理后两类特别是第三类供应商,保证各阶段工作不会拖后腿。

厂内自制件的开发,由制造部门主导,模具工装外委给有资质的供应商制造。车身制造质量的控制重点是:

● 对大型和高强度材料件的冲压,主要是控制成型质量,不能有拉伤、起皱、反弹等;

● 对焊接则必须控制好分总成和总成几何质量,对分总成和总成要选择好夹具的定位、支撑、压紧的一致性,保证最终的几何精度。

通常金属车身的骨架精度和安装点精度目标都在开发前期确定好,这也是之后外观质量、间隙面差的保证。

二、工程样车试制(ET)

工程样车试制(也有叫线外工装样车试制)。该试制过程能考核和推动零部件开发品质、提升整车集成质量,同时也为整车的开发提供可以用于精度更高的标定、调校、可靠性和耐久性试验的样车。由于该阶段还会发现许多设计质量问题,因此还会调整优化设计(局部的),根据项目的难度和质量状况,工程试制也可能不止一轮。由于样车验证的需要,中间的设计更改要在后一轮样车上体现出来,因此样车的组装计划依赖新样件的提供时间,样件的定义也必须认真跟踪好。

和功能(FT)样车一样,根据验证需求工程样车(ET)试制也有周密的计划。因为此时基本是工装样件,试制车辆的成本低很多,样车的质量状态也较功能样车时的好(在调整相对成熟时),因此,工程样车的试制台数比较多。大量用于被动安全标定、动力总成和底盘调校、电气试验(包括抗干扰)、整车耐久性等。

和所有质量问题一样,工程样车的质量一个取决于开发控制,一个取决于设计和技术标准。

涉及到供应商部件,当几何和功能问题处理好后,很多问题出在技术标准和接收条件上。对于成熟的主机厂和成熟的供应商,对零部件都应有完整的技术标准,能够全面控制其功能和性能;对于不同的目标销售区域,这些标准还需进行补充和调整,使其更切合使用地区的条件和用户习惯,因而形成接收条件。这些技术标准是一个长期积累的过程,同时还需要在各系统、部件之间进行平衡。因而这也是后起步的企业包括自主品牌需要花大气力做的基础工作。

对样件的制作和提交,则需要严格执行管理程序。供应商首先是按主机厂认可的APQP先期质量计划实施开发,在样件交付阶段则按PPQP样件认可程序进行工作。

样件的几何检查、验证试验、外观鉴定都需要严格按标准进行,要有原始记录,例如:在标准和协定的技术条件中应规定几何测量的设备和检具,测量控制重点;试验的方法、设备和加载的量值;鉴定外观的条件和比对样板等等。

提交的样件必须有验证合格的记录伴随。在汽车行业整体高速发展的阶段,不排除少数供应商开始对技术条件未做细致分析,后期验证未全面达到技术条件,不做申明照常送样,看主机厂的试验能否鉴定出问题来,这常常是导致后期质量频发的问题所在(当然不排除主机厂自身经验积累不足的因素)。因此,主机厂需要投入较多的工程师对供应商的开发过程进行跟踪,共同分析一些质量问题和应对措施,推动供应商的零部件质量较快成熟。

对识别出的质量问题也应按《车身设计与开发(中篇)》介绍的设计更改流程进行管理。

三、生产样车试制(PT)

生产样车的试制是在生产线上试制开发的。这个阶段主机厂和供应商的零部件单件生产品质应该都没有问题了,主要考核和提升的是连续生产过程的质量稳定、节奏(生产能力)同步、相关包装、运输和物流管理等诸方面问题,以及和制造有关人员的熟练程度。同时此阶段仍有整车的集成质量问题和单个部件问题,有些是设计缺陷需要优化。

生产样车一般具有商品化条件,可以销售了。但前几批车辆还是大量用于各种试验,其中包括试乘试驾试验,这种试验由企业内部一些非专业驾驶员和外部的用户来做,从用户的角度识别和提出他们的驾乘体验和不满意问题,作为进一步改进的依据和投放前商品竞争力的评估。

四、工程开发阶段的质量培育

工程开发阶段车辆的质量是一个连续的改善过程。

过去一些企业习惯将此阶段出现的问题和处理谓之“质量攻关”。那时从开发理念到开发方式都比较陈旧,前期设计人力投入不够,工作没有做到位,到了快要投产时大量暴露质量问题,有些甚至是些致命问题,于是组织专门队伍进行紧急攻关,力图快速达到销售条件。由此不但人力花费多,成本高,投放一推再推,质量问题不一定解决到位。

现代的开发理念完全不一样了。

首先认为整车产品的质量是一个逐步提升和成熟的过程,于是采取各种手段,把大的问题和风险在前期开发阶段处理掉,包括用对标、仿真、骡子车开发、风险评估和对策处理、新技术新部件的跟踪控制等等。

后期则主要从事:

● 各系统的调校、完善、达标验收;

● 顾客可感知的质量缺陷和不满意问题连续整改。

在工程试制样车上需要进行的系统调校很多,比如:NVH、被动安全、操稳、动力总成及排放、主动安全性等等。以被动安全为例:

● 在功能样车上通过碰撞基础条件(加速度曲线和侵入量)测量后,供应商将对安全约束系统进行全面开发,包括:气囊起爆时间、气囊展开方向和时间、气囊排气控制;安全带收紧时间,安全带限力检测等。

● 在得到工程试制样车后,则进行所有相关碰撞测试和防误爆测试,对试验结果汇集后进行星级(NCAP)评价,并调校直至达到预设标准(比如碰撞安全5星)为止。

针对不能达标的部分,需要局部调整设计,并在下一轮样车中再行验证。

对于这些性能标定,主机厂要有具备评价和验收能 力的专业团队,才能保证企业内部能够确认性能是否达标了,而不是听供应商说OK就结束。

对于顾客可感知的质量缺陷和不满意问题,大部分企业采取样车评价、扣分形式来确定当前批次样车质量状况和接收标准间的差距,然后分阶段达成目标,如表1所示:


表1 各阶段质量目标和实际状况

表1中假设工程试制和生产试制都有两轮(第二阶段的生产试制同SOP),每轮的样车扣分目标及最终接收目标预先给出。每一轮可能样车不止一个,将其缺陷和扣分的均值记录下来,当分值偏离目标值大于某一程度(如:+-3%)时该阶段节点不能通过,试制工作需要停下来进行整改。不排除有少量不严重问题可以留待下一阶段一起改善(不含最后的SOP样车)。

所有开启件、内外饰的间隙面差,各操纵件的操纵手感,行驶中操作和乘坐的不适感,都将在这个阶段解决。

建立质量培育体系要点可以概括如下:

● 有一整套操作性好的评价方法和一支人员相对稳定水平高的评价师团队;

● 先期制定各阶段的质量达成目标;

● 有节奏的分段改善产品质量,提升产品质量的成熟度;

● 必要时质量部门有行使否决权,项目停顿整改;

● 质量记录对本车型有可追溯的作用,对后续车型有再发防止的作用。

工程开发(亦即生产准备)阶段设计团队工作控制要点:

● 除了图形文件外,所有技术条件也要完整;

● 涉及到定义变更时,必须和各方面(含供应商)确认到位;

● 每轮样车的目的、定义文件和样件状态要对齐;

● 所有进入装车的零部件质量状态必须清楚并且阶段合格,最后阶段的装车零件完全达标;

● 和供应商保持良好交流(不主张用过于严苛的态度对待供应商,高压下只会产生弄虚作假并养成主机厂部分部门的低能)。对第三类供应商的质量问题要共同分析,力求一次性解决,不留疑点。

结束语

车身设计与开发的整个过程是贯穿整车新产品开发的主线,对整车产品和项目的最终结果有决定性影响:

1、由于承载式车身的特殊性,其他系统零部件都需要装在车身上面,所以车身质量是整车集成质量的基础;

2、车身的零部件数量非常多,因而车身模具开发的投资占整车投资比重非常大;

3、车身开发的技术集成度非常高,设计工作量很大,开发过程中涉及的专业及人员最多,对内对外的接口最为复杂,对并行工程的要求非常高,故新车型的车身设计和开发周期通常处在整车开发项目计划的关键路径上,车身开发范围很大程度上决定了整车产品开发周期的长短。

因此把车身设计与开发的整个过程管理好,将对实现整车产品开发项目QCD目标起到至关重要的作用。

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