徐嬌瓏　馮昊　王昉　李高　周揚

摘 要：樣車試制是整車研發(fā)體系中承上啟下的一個環(huán)節(jié)，不僅需要按時按質交付試驗實體，而且也為產(chǎn)品設計提供了充分驗證的平臺。需在試制階段將產(chǎn)品設計問題充分發(fā)現(xiàn)并形成有效的解決方法，以減少量產(chǎn)環(huán)節(jié)的設計變更成本和客戶抱怨。試制總裝作為由虛擬評估轉向實體整車產(chǎn)品的首個環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品設計的驗證和新車型的快速量產(chǎn)起到了關鍵性作用。本文主要針對整車總裝試制階段的產(chǎn)品設計驗證問題和方法進行了初步的分析和研究。

關鍵詞：整車試制;產(chǎn)品設計驗證;總裝試制

1 引言

樣車試制是指新車型在工廠量產(chǎn)前的所有物理造車活動的總稱。隨著汽車市場競爭日益激烈，各大整車制造商在提升自身產(chǎn)品質量的同時，不斷壓縮新產(chǎn)品的設計和研發(fā)周期，以達到提高市場占有率的目的。樣車試制作為由虛轉實的首個階段，除了需要按時按質交付符合各項試驗要求的實體資源外，還需對產(chǎn)品設計進行充分驗證，通過實體造車過程識別產(chǎn)品的設計問題并推動有效的解決措施，減少后期的設計變更成本，實現(xiàn)高品質的快速量產(chǎn)，避免嚴重的設計缺陷遺漏至量產(chǎn)階段，導致批量性的質量溢出，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失[1]。

2 試制階段的設計驗證

所謂設計驗證，就是在設計輸出的適當階段，對設計結果進行的驗證活動，以評估設計滿足輸入要求的程度。在試制階段，重點從產(chǎn)品設計的結構、功能、匹配等多方面進行驗證，主要包括產(chǎn)品結構的安全可靠性、人機性能、節(jié)拍、維修便利性、功能可達性、防錯、匹配性等維度去驗證產(chǎn)品設計。試制總裝是所有整車零件集成的環(huán)節(jié)，是零部集成設計驗證的最佳平臺，從零部件本身的設計驗證到零部件之間匹配的設計驗證，多角度發(fā)現(xiàn)設計問題并推動形成有效的解決方案，確保新產(chǎn)品符合生產(chǎn)制造的要求。

3 試制階段的產(chǎn)品設計驗證維度

基于目前整車試制驗證活動開展的程度和主要關注點，總裝階段的產(chǎn)品設計驗證主要從這四個維度進行：結構、功能、匹配和扭矩。相應地主要產(chǎn)品設計驗證活動也是圍繞這四個維度展開的。

3.1 設計的結構性驗證

在試制總裝環(huán)節(jié)驗證產(chǎn)品設計的結構合理性時，主要考慮其可達性、人機性能、節(jié)拍、售后便捷性這些方面，以確保新產(chǎn)品的設計滿足量產(chǎn)的要求。

3.1.1 設計結構的可達性

在試制裝配環(huán)節(jié)驗證產(chǎn)品設計結構的可達性，就是通過實車裝配識別和發(fā)現(xiàn)在前期虛擬評估中較難辨別的設計結構問題，確認零部件本身以及與周邊零件在結構設計上的符合程度和可達性。是否存在裝配容易松脫或是存在安全隱患等情況。以線束為例，發(fā)動機線束與前艙線束在數(shù)模中的設計狀態(tài)看似符合要求，但是有時會忽略了汽車在行駛過程中因發(fā)動機抖動而造成的相對運動，使得線束長期處于受力拉伸狀態(tài)而造成線束斷裂的失效風險。

3.1.2 設計結構的人機性能

從滿足人機性能的角度驗證產(chǎn)品結構的設計問題，不僅能提高裝配效率降低單車成本，還能降低工人錯裝的概率，同時為產(chǎn)線工人提供了更舒適的裝車體驗。所謂裝配過程中的人機性能，主要是考核零件安裝時的操作空間和安裝力的大小是否符合人機工程的要求。

對于產(chǎn)品結構的安裝操作空間的評估，主要分為如下表1的4類手部安裝通過性尺寸要求。

對于零件安裝力的評估主要針對不借用工具的手動安裝情況，主要從5個方面對產(chǎn)品設計結構對手部安裝力的基本要求進行評估，如下表2。

在整車總裝試制過程中，對于手部空間小或者安裝力大的問題都應作為設計結構的人機問題提出，通過前期的設計結構優(yōu)化來改善后續(xù)量產(chǎn)的人機性能。人機性能的提升，同時也確保了產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性。

3.1.3 設計結構的節(jié)拍

生產(chǎn)節(jié)拍可解釋為用于安裝的有效操作時間。一個好的產(chǎn)品結構設計同時也需要符合生產(chǎn)節(jié)拍的要求。例如自定位，預掛，零件再集成，避免過定位，同位置的緊固件統(tǒng)一，不同配置同類零件的裝配方式統(tǒng)一等，都是設計結構需要考慮的節(jié)拍要求。舉例，某車型在試制過程中發(fā)現(xiàn)1.3T和1.0T發(fā)動機的前氧傳感器固定于增壓中冷器出氣道上的方向不一致：1.0T正向安裝，1.3T反向安裝，如下圖1所示。對于反向安裝的設計結構不僅所需時間較長，而且容易導致錯裝。通過對設計結構變更的綜合評估后，將1.3T和1.0T的安裝方式進行了統(tǒng)一，在避免了盲裝的同時提高了3s的單車節(jié)拍。

3.1.3 產(chǎn)品結構的維修便捷性

售后是一個產(chǎn)品銷售的重要構成部分，好的設計同時需考慮零件的維修便利性，能夠簡化維修人員的工作，降低對使用和維護人員的技能要求[2]?；诋a(chǎn)品售后維修的概率，在前期產(chǎn)品結構設計時，就需要考慮維修的便捷性，從而降低售后的維修成本。這也是一個好的產(chǎn)品結構設計的考核標準之一。例如，線束的插接件應布置在手可以觸及的位置，或簡單拆卸一些零件件后，可以觸及插接件;對于開關端的線束，建議預留80-100mm的長度;對于儀表，音響，空調(diào)面板等維修率比較高的電器件，其后端線束預留至容易插拔的長度;對于管路，管路上的壓力開關、加注閥等部件的緊固位置布置，同樣需考慮維修裝拆作業(yè)的便捷性。

3.2 產(chǎn)品設計的功能驗證

試制總裝環(huán)節(jié)進行的產(chǎn)品設計驗證的另一個維度就是其功能的驗證，目前通常集中在產(chǎn)品設計功能的沿用性和防錯這2方面。

3.2.1 設計功能的沿用性

目前整車都是采取平臺化開發(fā)，同平臺不同車型的改型項目會涉及到較多沿用零件。新車型設計集成評估過程中，一些產(chǎn)品功能的沿用性會有所遺漏，而造成多余設計的結果。例如，某改型項目在首次整車總裝試制環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)車身右前減震塔上的支架未被使用，如圖2所示。通過分析對比發(fā)現(xiàn)此支架是用于固定1.5L發(fā)動機空濾，而在改款的1.35T發(fā)動機項目中，固定空濾的設計方案變更至了前艙左側，此支架不再起到相應的作用。因此，在改型新項目量產(chǎn)前取消了此多余支架，節(jié)約了相關成本。

3.2.2 設計功能的防錯性

防錯分為設計防錯和制造防錯兩個方面，產(chǎn)品設計的防錯更為重要。汽車作為批量生產(chǎn)的典型代表，好的設計防錯可以減少制造防錯、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質量。在試制總裝過程中，發(fā)現(xiàn)容易錯裝的問題都可以作為設計功能的防錯性不足提出，以推動進一步優(yōu)化設計功能。設計防錯主要從3方面進行驗證：左右件防錯，接插件防錯，緊固位置防錯。例如，正負極電纜的連接，為避免電纜正負級連接錯誤，都會設計相應結構以達到防錯目的。

3.3 產(chǎn)品設計的匹配

產(chǎn)品設計的匹配性通常從基準和公差兩方面進行審核，包括：基準的合理性、一致性和可達性;公差的完整性、合理性和可達性。產(chǎn)品設計的匹配，需要考慮產(chǎn)品設計尺寸鏈的可靠性，才能保證裝配的匹配結果到達最終整車DTS （Dimension Technical Specification ）的要求。產(chǎn)品設計的匹配性是試制驗證環(huán)節(jié)占比較高的一類問題。

試制總裝環(huán)節(jié)驗證產(chǎn)品設計的匹配性，通常是以正式發(fā)布的整車DTS 要求為依據(jù)進行評估。當發(fā)現(xiàn)最終裝配結果不滿足DTS要求時，需拉動各方專家進行分析和評估問題的根本原因。例如，在某項目的試制過程中發(fā)現(xiàn)油門踏板與地毯鼓包存在間隙過小問題，數(shù)模設計狀態(tài)最小間隙為3.5mm，實車試制時因為地毯的制造公差和安裝的尺寸偏差進一步縮短了裝配間隙，加劇了油門踏板和地毯間的干涉風險，從而影響油門踏板的回彈而導致行車安全。各方評估并確認了此設計風險，將地毯處的鼓包向車后方向移動5mm，并考慮了制造公差，以確保踏板與地毯的設計同時滿足了制造和安全法規(guī)要求，如圖3所示。

3.4 產(chǎn)品設計的扭矩可達性

由于緊固件的設計和裝配會直接影響整車的質量和耐久性，而試制階段往往就是針對零件和緊固件的扭矩可達性進行全面實驗和驗證的過程。因此產(chǎn)品設計的扭矩可達性是試制環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)。據(jù)不完全統(tǒng)計，40%-50%釋放的整車零件是緊固件，60%-70%的裝配操作是緊固件，30-50%的整車問題和緊固相關，20-30%的維修問題是由緊固件松脫引起的。因此，在試制總裝環(huán)節(jié)需要對每個緊固件的扭矩進行記錄，如果在后續(xù)的整車實驗中發(fā)生緊固件問題，可以追溯和提供數(shù)據(jù)支撐。如下圖4，在一個項目的側氣簾緊固過程中，發(fā)現(xiàn)末端的最后一個螺栓的扭矩無法達到規(guī)定數(shù)值，通過扭矩曲線分析發(fā)現(xiàn)，是由于末端的螺栓有效長度不滿足車身支架的間隙，因此無法達到規(guī)定扭矩要求，可能導致側氣簾點爆失效風險。最后通過設計變更，選取了合適的螺栓尺寸規(guī)格，確保扭矩值達到了設計的要求。

4 試制階段的設計驗證方法

整車試制階段負責了所有新車型的第一次實車集成工作，因此，相關的設計驗證方法通常采取的都是從基礎到具體、由面及點的驗證方法?？偨Y目前試制總裝階段的設計驗證方法，主要有：基礎工藝驗證、產(chǎn)品設計驗證數(shù)據(jù)庫、新項目變化點培訓和設計變更及實施驗證。在整個試制驗證過程中，這四種驗證方法是相互結合實施的。

4.1 試制總裝基礎工藝

通過將重要零部件的設計標準和規(guī)范要求融入到試制總裝基礎工藝文檔中，用于指導和培訓技師的試制裝配，在基礎工藝中包含了較多的設計要求信息。通過新車型的試制驗證，不斷更新和充實基礎工藝，并根據(jù)工藝中說明的裝配要求對比新產(chǎn)品的最終裝配狀態(tài)，從而發(fā)現(xiàn)更多較為隱蔽的產(chǎn)品設計問題。

以管路為例，包括空調(diào)管路、燃油管路、進氣管路、轉向管路、制動管路、排氣管路及冷卻管路，所有的管路要求布置合理，固定安全可靠，間隙設定恰當[3]。通常管路布置有如下要求需要滿足：

（1）布置要求：鋼管、軟管的結構均須保證合適的裝配空間，多根管路并列時，接頭的布置應適當錯開;

（2）固定防護要求：管路的固定點一定要合理可靠，固定點的位置要在平面上，不要在弧面上，在特殊環(huán)境和特殊位置采用特殊的固定防護方式，例如，有相對運動之處應使用橡膠管吸收振動。

（3）設計間隙要求：與周圍部件需留有適當間隙，保證一定的安全距離。如空調(diào)軟管應遠離熱源、旋轉、振動及尖角部件，距離高溫部件應大于100mm，如無法滿足此要求，則最短距離必須大于40mm，且表面需包裹隔熱鋁箔。

4.2 試制產(chǎn)品驗證數(shù)據(jù)庫

收集并分類歷年試制項目發(fā)現(xiàn)的各類設計問題，建立了相應的產(chǎn)品驗證數(shù)據(jù)庫。該驗證數(shù)據(jù)庫包括了所有平臺所有車型的零件信息，通過對比各平臺各車型相同零件的設計方案和歷史問題。在整車試制階段中，為設計驗證提供重要的信息數(shù)據(jù)支撐，在發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計問題的同時，能夠提出有效的設計改進參考方案。從而實現(xiàn)試制驗證廣度和深度的不斷提升，確保所有產(chǎn)品設計問題都能在試制乃至是設計階段都得到了規(guī)避和解決。

4.3 試制項目變化點培訓

可通過對新車型和新產(chǎn)品試制項目的變化點進行針對性的分析和培訓，讓試制技師在深刻了解變化點后，能在試制裝配過程中針對變化點，從多角度評估產(chǎn)品新設計的滿足度，從而實現(xiàn)具體新產(chǎn)品設計在試制階段得到充分評估和驗證。

4.4 設計驗證變更及實施

在試制階段發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品設計問題經(jīng)評估后，通常設計工程師會發(fā)布設計變更的臨時措施至試制車間，以滿足試制驗證的要求。因此，試制總裝工程師需要確保，正確實施臨時發(fā)布的設計變更措施，確保實施的斷點及變更的產(chǎn)品狀態(tài)滿足要求。因此，在試制環(huán)節(jié)確保設計變更被正確執(zhí)行和實施是十分重要的一環(huán)，它不僅保證了整車試驗數(shù)據(jù)的真實性、合理性，同時也是作為后續(xù)量產(chǎn)實施的一個重要依據(jù)。

5 總結

本文針對整車試制總裝階段的設計驗證環(huán)節(jié)，從設計的結構、功能、匹配性和扭矩有效性這四個主要方面總結了在試制過程中需要前期識別的設計問題。同時，在設計結構驗證方面細化評估了結構的可達性、安全性、人機性能、節(jié)拍和維修便捷性的要求。通過舉例試制總裝階段發(fā)現(xiàn)的一些設計問題實例，進一步說明了前期設計驗證的重要性。目前，主要通過試制總裝的基礎工藝、產(chǎn)品驗證數(shù)據(jù)庫、新項目變化點培訓以及設計變更驗證和實施等方法開展試制總裝階段的設計驗證。通過不斷地更新和完善試制的各類知識庫和驗證方法，以提升有效的產(chǎn)品設計驗證能力，推動實施更優(yōu)的產(chǎn)品設計方案。

根據(jù)試制階段的問題統(tǒng)計分析，設計問題大約占所有試制問題的30%-40%左右，除去試制階段零件狀態(tài)不穩(wěn)定因素所導致的試制問題，設計問題占比還是較高的。另外，據(jù)不完全統(tǒng)計在工廠量產(chǎn)前的小批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)，再發(fā)現(xiàn)新增的設計問題大約不到10%，并呈現(xiàn)逐步下降的趨勢，大多數(shù)的設計問題都已在試制環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)并實施了有效解決措施。從而也說明了試制在整個汽車新產(chǎn)品開發(fā)周期中的重要性，目前，整車試制車間正在通過不斷提升自身驗證的水平和能力，努力達到花 80%的精力和時間在試制上，從而實現(xiàn)只要花20%的時間就可以輕松管理量產(chǎn)的目標。通過樣車試制驗證活動，減少后期的設計變更成本，實現(xiàn)高品質的快速量產(chǎn)，從而快速提升車企的市場占有率，讓試制在整個產(chǎn)品生命周期中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

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