电动汽车的技术状态管理

1 引言

    电动汽车作为新兴产业，其生命力不断得到展现。由于其结构较为复杂，涉及行业面广，技术尚不够成熟，因此，在纯电动汽车的设计、采购、生产等过程中，有大量的技术调整。为管理这种技术调整，减少其对产品系统总体影响，各个电动汽车生产企业都采用了一些管理方法对其进行控制。但在我国一些汽车企业仍会由于技术调整、变更、传递过程中的控制不严密，给电动汽车的设计、生产过程造成影响，甚至直接影响到产品的质量和成本，给企业带来极大的困惑。技术状态管理作为一项成熟的管理技术可以帮助企业改善这种状况。

2 技术状态管理概述

    技术状态管理最早成功应用于波音公司的747飞机项目，在20世纪50年代初期军备竞赛过程中，美国将其应用于宇航运载工具和武器而发展起来形成一门工程管理、质量控制技术。随着时间的推移，不仅在宇航工业和其他国防工业中得到广泛应用与发展，而且也应用到民用工程项目的研制与生产中。美国空间和航空技术在世界保持领先地位，其重要原因之一就是他们在管理上发展推行了技术状态管理技术。

    技术状态是在产品技术状态信息中规定的产品相互关联的功能特性和物理特性，是产品(硬件、软件)达到的或预期达到的特性的综合，并用全套技术文件来表征。技术状态管理是一门单独的管理学科，也是系统工程的一个重要组成部分。技术状态管理技术是指应用技术和行政管理手段对产品技术状态进行标识、控制、审核和纪实的活动。实行技术状态管理的主要目标是全面反映出产品当前的技术状态及其满足物理的和功能的要求的状况并形成文件。技术状态管理的另一个目标是确保参与项目工作的所有人员在项目寿命周期内的任何时候都能够使用正确的和准确的文件。

    技术状态管理包括如图1所示的4项相互关联的活动。

    图1 技术状态管理活动相互关联图

    2.1 技术状态标识

    在确定产品结构的基础上，选择技术状态项目，确定所需的技术状态文件，并指定标识号进行标识，为技术状态控制、技术状态记实和技术状态审核建立并保持一个确定的文件依据。

    (1)选择技术状态项目，确保技术状态项目对工作分解结构单元的可追溯性；

    (2)根据技术状态项目在工作分解结构中所处的位置，确定每一个技术状态项目所需的技术状态文件；

    (3)制定用以标识技术状态项目、技术状态文件、工程更改建议以及偏离与超差申请等的标识号编号制度，发布每一技术状态文件标识号；

    (4)正式确认有关技术状态文件，建立技术状态基线，建立正式技术状态控制的起点；

    (5)发放经正式确认的技术状态文件。

    2.2 技术状态控制

    在已批准的技术状态基线的基础上，控制技术状态项目的工程更改、偏离和超差等更改，记载更改造成的所有影响，并将已批准的技术状态更改纳入技术状态项目及其相关的技术状态文件。

    (1)有效地控制对所有技术状态项目及其技术状态文件的更改；

    (2)制定有效控制工程更改、偏离和超差的程序与方法；

    (3)确保已批准的更改得到实施。

    2.3 技术状态记实

    对已确定的技术状态文件及其更改状态和已批准更改的执行状况作正式记录和报告，以保证技术状态项目的可追溯性。

    (1)记录各技术状态项目已批准的现行技术状态文件和标识号；

    (2)记录并报告工程更改建议提出与审批过程的情况；

    (3)记录并报告技术状态审核的结果，包括不符合的状况和最终处理情况；

    (4)记录并报告技术状态项目的所有关键的、重要的偏离和超差的状况；

    (5)记录并报告已批准更改的实施状况；

    (6)提供每一技术状态项目的所有更改对初始确定的基线的可追溯性。

    2.4 技术状态审核

    确定产品或系统的技术状态是否符合合同、设计任务书、技术文件的要求而进行验证和检查，包括功能技术状态审核和物理技术状态审核。

    (1)功能技术状态审核：为证实技术状态项目是否达到了功能技术状态文件和分配技术状态文件中规定的功能特I生而进行的正式检查。

    (2)物理技术状态审核：为证实已制出的技术状态项目的技术状态是否符合产品技术状态文件要求而进行的正式检查。

    (3)技术状态审核可与定型(或鉴定)结合进行。

    2.5 技术状态基线

    技术状态管理应明确的重点是技术状态基线。技术状态管理的各项内容都是以确定的基线为基础进行的。技术状态基线是技术状态项目在研制过程中的某一特定时刻，被正式确认、并被以后作为基准的技术状态文件。一般产品研制过程中可以设立3条基线：

    一是产品论证阶段结束后形成的功能基线，其内容与产品研制任务书或技术协议书要求的内容协调一致。

    二是总体方案评审通过后形成的分配基线，其内容与分系统任务书的内容协调一致。

    三是产品经设计确认(鉴定、定型)后确定的产品基线。

    功能基线FBL形成于研发论证阶段编制的系统级规范为主的功能技术状态文件。描述系统的特性：包括功能要求、系统技术要求、接口要求及相关验证要求等，经使用方确认后，建立功能基线。

    分配基线ABL形成于方案阶段，是按《研发任务书》和合同要求等编制的分系统和设备级规范为主的研制技术文件。主要描述技术状态项目的功能特性和接口要求、附加的技术约束条件及相关的验证要求。各技术状态项目分配基线的总合形成满足产品功能基线总目标的途径。

    产品基线PBL形成于产品设计阶段，是经过初样和试样设计、试制、试验、验证迭代后的产品技术状态文件。用来描述所有技术项目的功能特性、物理特性及生产、试验、验收的方法和要求等。产品技术状态文件经过产品定型阶段进行的技术状态审核后建立产品基线。产品基线是进行产品生产的依据。基线与产品寿命周期的关系，见图2。

    图2 技术状态基线与产品寿命周期

3 技术状态管理的关键实现技术

    3.1 产品结构管理

    产品结构体现了零部件之间的转配关系，用于描述各种零部件如何组成产品的结构。根据技术状态管理的需要，对零部件进行分类，如机加件、钣金件、非金属件、管路件、焊接件、成件、标准件、PCB、元器件、电子控制单元、软件等，并对不同类别的零部件进行属性规划。

    为满足技术状态管理的要求，根据产品或系统的功能特性和物理特性，进行产品结构的层次规划，建立包括标准件、耗材、对称件等在内的完整产品结构。从产品结构的创建环境和数据类型的角度来看，一个复杂产品或系统的产品结构包括由机械CAD、电子CAD、软件开发工具等创建的所有结构化的数据。

    3.2 结构化的图文档管理

    在技术状态管理中，将产品、零部件等产品数据抽象为不同类型的技术状态项目。技术状态项目间的结构关系是对实际产品结构的映射，由此构成了不同的BOM结构图表。对于每一个技术状态项目，采用版本对其技术状态的变更进行标识，以保留对技术状态历史的可追溯性。

    对于每一个特定版本的技术状态项目，由一组数量不定的图文档数据进行描述。这里的图文档数据包括数模、图样文件、技术文件、可视化数据等所有以该技术状态项目为中心的数据，同时每一类技术状态项目由一组特定的属性对其技术特性和管理特性进行统一描述，如图3所示。采用这种方式对图文档数据进行结构化的组织和管理，将会克服产品结构数据与图文档数据隔离、数据一致性难以保证等企业通常所面临的共性问题。

    图3 结构化图文档管理示意图

    3.3 数据的标识

    在技术状态管理中有如下几种方式可用于实现对复杂技术状态数据的标识。

    ID号：诸如流水码、结构码、分类码和组合码等编码方式。当零部件发生更改时，若更改前后的零部件不满足互换性，通常采用新的ID号进行标识。当然，不同行业、不同企业对互换性的定义和界定会有不同的考虑。

    版本：版本用以标识技术状态数据的演变过程。如前所述，采用结构化图文档管理方式，以零部件版本作为主要的版本标识手段。当零部件发生更改时，若更改前后的零部件满足互换性，通常采用新的版本号进行标识。

    状态：通过工作中、修改中、审批中、已发布、已作废等状态标识数据的生命周期。对于复杂产品或系统的技术状态管理而言，需要根据不同的研制阶段对发布的数据进行不同的状态标识。

    基线：基线是在技术状态项目研制过程中的某一特定时刻，被正式确认、并被作为今后研制、生产活动基准的技术状态文件。通过基线的建立、数据的投放和移除、数据的更新、冻结等手段，实现对技术状态基线的管理。

    3.4 有效性配置管理

    一个产品的装配关系上并不是在所有的时间、所有的生产批次下都保持完全相同，采用有效性配置技术来管理技术状态数据的有效性限制，从而控制产品结构各种可能的技术状态。常见的有效性控制手段有以下两种。

    3.4.1 结构有效性配置

    结构有效性配置管理是为了控制某个零部件的选择和使用。通过结构有效性的配置，产品将不允许使用不在有效期、有效批次内的零部件；使用者可以指定之前某个日期或某个批次的特定的产品结构，如维护工程师可以查阅过去某个时间的精确的产品结构。

    3.4.2 版本有效性配置

    版本有效性配置管理是为了控制零部件某个版本的选择和使用。技术状态数据通过审批流程发布后，各零部件版本将被标识不同的状态标签。对于产品在其生命周期内经历的不同研制阶段(如策划、初步设计、详细设计、设计定型、批产等)，设置相应的电子数据发布状态进行标识。在版本有效性配置管理下，使用者能够随时查阅各研制阶段的技术状态数据，以便设计概念的保存，及旧资料的调用。上述的结构有效性配置和版本有效性配置不是互斥的，而是互补的关系，从而可以满足复杂的技术状态有效性配置的要求。

 

4 电动汽车项目中技术状态管理技术的应用

    4.1 电动汽车采用技术状态管理技术的作用

    电动汽车研发是一个复杂的系统工程，它涉及到多个学科和多个专业，每辆汽车的零件数量约为2万个，准确地掌握和控制每个零件的功能特性和物理特性，以及所依据的技术文件(设计图样，设计/试验文件，工艺文件，更改文件等)的状态，是电动汽车技术状态管理的重要内容。清晰的技术状态不仅可以为技术决策提供依据，而且还可提高电动汽车的设计，制造及售后服务质量，保证电动汽车的性能和安全，同时还可大大降低研发成本。因此，推广应用技术状态管理技术，不仅是现代化管理和需要，而且也是研发具有国际先进水平电动汽车产品和参与国际合作的需要。

    采用技术状态管理技术在电动汽车生命周期的各个阶段都起着不同的作用。

    研发阶段主要起到4个作用：有效转化产品使用要求的技术状态；保证零部件组件的配合和互换性；验证已经制造出来的产品与技术文件的符合性；提高产品的批量化生产的可行性。

    生产阶段主要起到3个作用：有效控制技术更改，防止性能退化；控制暂时的更改；保证现场使用的产品能用以维修的零备件。

    使用阶段主要起到3个作用：保证维修零备件的互换性；产品质量信息反馈的正确性和及时性；有效提高顾客的满意度。

    技术状态管理技术在电动汽车产品生命周期中，与各阶段质量控制的关系如图4所示。

    图4 技术状态管理与产品各阶段质量控制关系

    4.2 电动汽车的技术状态标识

    做好电动汽车的技术状态标识，首先要把电动汽车整车作为一个完整的系统来划分技术状态项目，然后根据技术状态项目的选择，对技术状态项目实施技术状态标识。

    显然，技术状态项目划分多，会增加管理工作量，增加成本；反之，技术状态项目划分少，则可能会使技术状态管理失控，导致产品质量不稳定，从而使售后服务维修量增大。所以，技术状态项目的选择是实施技术状态管理的一个重要决策。

    现行电动汽车系统结构分解图如图5所示，图中的系统分解划分为电动汽车的生产提供了一个基础的技术状态项目分解方向，可以作为技术状态项目决策选择的参考。

    电动汽车的技术状态项目一旦确定就应将产品整车生命周期内的技术状态进行标识，即从产品的开发、设计、制造、包装、发运、使用、维修，一直到用后处置。分段技术状态标识就是要描述技术状态项目的功能特性和物理特性，并以技术文件的形式下发，提出产品的技术要求，它包括产品的技术参数，外购零部件的型号、规格等，以明确产品及零部件功能的实现。具体的标识可从每一个采购项目人手，从每一个工艺步骤的实现人手，对产品实现过程中涉及的任何一个项目，都应该作为一个技术状态项目进行适当的标识。

    图5 电动汽车系统结构分解图

    技术状态标识可采用现行有效的各种文件，有代表性的文件种类有：标准，图样，设计文件，技术规范，材料规范，技术协议，工艺规程，采购要求，验收准则及方法和使用维护手册等。

    为验证这些所形成的文件项目内容，相当部分的项目内容还需进行各项试验和评审。例如：设计评审、工艺评审和产品质量评审等。因此，这些文件还应表述有关技术状态项目之间的接口特征等。

    4.3 电动汽车的技术状态控制

    任何一个复杂产品在其研发过程中，为完善产品的性能提高产品质量等目的，会发生不断的技术更改，甚至于在产品交付使用后仍有可能发生更改。当然更改不能太多、太乱，否则，说明基线确定得不正确，或是该型号的产品不成熟。即使已获得生产许可证，但企业的实际生产尚不能满足稳定生产的要求。技术状态控制就是要对更改进行控制。控制的目的是为了防止不必要的或可有可无的更改，同时落实对有价值的更改的批准和贯彻。控制要达到的目的是使所有的更改都是在增值的条件下得到实施。也就是说，在不增加成本，提高或保证产品质量，降低消耗的前提，这个更改的实施才是有意义的。

    技术状态的控制包括对技术更改建议进行评价、批准或否定，审批不符合技术要求的偏离或超差。

    技术状态控制的具体活动可以概括为5个方面：文件和版本的更改；评价更改的影响；更改的批准和拒绝；更改的执行和验证；加工的偏离和超差。

    由于技术状态更改的严肃性，尤其是在批量生产过程中的涉及产品性能方面的技术状态更改要严格控制，以防止由于实施不必要地更改而造成生产过程中产品功能的退化。也正是为此目的，技术状态地更改必须要以技术文件的有效形式下发并实施，任何口头的说法都不具备更改和实施的权利。技术状态更改控制的过程如图6所示。

    图6 技术状态更改控制过程

    根据电动汽车产品需求，技术状态更改控制可以定义不同的更改管理对象。更改管理对象(如问题报告、更改建议、更改通知等)作为整个更改信息的载体，集中管理了在其生命周期中的所有与之相关的过程和信息，包括每个更改对象自身的属性、各更改对象间的关联关系(如更改通知与更改建议的关系)、更改之前的数据、更改之后的数据、更改前后的产品结构比对、更改所造成影响的评估、更改的审批流程、更改的生效性(生效日期或批次)等，从而维护更改的完整性。从而通过将更改对象与相关的文档、BOM等资料相关联，来记录每一次变更的历史，以便查询全部更改的过程，而一旦更改发生，都应通知受影响的部门，确保更改后的产品对象和文档可以得到最快的应用。

    4.4 电动汽车的技术状态记实

    技术状态记实是为有效地管理技术状态而必需的记录和报告资料，其中包括已批准技术状态清单，也包括对那些偏离规定的技术状态的实施情况加以记录，以使标识产品技术状态的文件及其更改具有追溯性。技术状态记实包括记录和报告，记录企业内部使用报告是向使用方提供信息，表明生产的产品是按批准的技术状态标识文件制造的，所有的更改是经过审查、批准的，并且在产品中得到贯彻记实的目的不是为了积累文件，而是为了提供信息，保持现行技术文件的协调一致，使技术状态管理更为有效。

    4.5 电动汽车的技术状态审核

    技术状态审核的目的是验证技术状态项目是否符合规范和合同的需求。审核的作用是通过技术状态项目文件证实项目已实现研制要求，并达到确立产品基线的要求。技术状态审核包括以下两个方面的内容。

    4.5.1 功能技术状态审核

    在设计定型前，首先对设计资料进行审查，然后通过分析试验数据，以验证产品的功能特性是否符合其设计资料的规定，并确保试验和分析数据能验证技术状态项目已达到功能基线和分配基线中所规定的性能，它将督促技术状态项目按进度保质保量地进行。它是进行物理技术状态审核的先决条件。

    4.5.2 物理技术状态审核

    在生产定型前，对生产出的首件产品技术状态项目进行审核，使用对其检验出的数据，核对是否全面符合技术状态文件规定的要求，以确立产品基线。它要确保技术状态项目组件的工艺文件与产品基线一致或差别得以协调，质量验收项目的要求与文件一致，保证项目的物理特性和功能特性相一致。

    物理技术状态审核的内容包括：对产品技术状态项目再生产过程中使用的图纸、规范、技术数据和试验进行详细审核，对软件的技术状态项目的技术状态标识，流程图、清单、手册和说明书进行详细审核，对为生产发放的计划和制造资料以及质量记录进行审核。

    技术状态审核是在全面研发阶段后期进行，它的完成标志着全面研发阶段的结束，产品基线的确立。电动汽车生产是一个新兴的行业，研发阶段可能会相对长一些，但是对某一个型号的产品而言，一旦成批投放市场，也就标志着全面研发阶段的结束。整个行业的成熟就是靠一代又一代产品的淘汰更新来实现的。

5 结论

    技术状态管理是产品技术管理的重要部分，与产品质量管理不可分隔。以市场为导向，以效益为中心实施技术状态管理将提高设计与生产效率，密切设计与生产的关系。电动汽车的生产过程中实施技术状态管理的水平高低，直接影响产品质量的稳定程度，也将直接关乎产品的市场占有率和顾客满意度，应引起相关企业和技术人员的足够重视。

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