轿车整车产品开发流程的优化与工程管理

l 前言

轿车工业发展水平在很大程度上反映一个国家的基础工业的实力。在加强自主创新、建设创新型国家的进程中，坚持走拥有完全自主知识产权的创新开发之路，是我国轿车工业发展的时代要求。轿车整车产品的自主开发能力是轿车企业的核心竞争力。

随着全球经济一体化进程不断加快，轿车产业所处环境发生了深刻变化，市场竞争日趋激烈。这就要求我国轿车企业必须研究开发过程中的流程优化与工程管理问题，创建具有特色的轿车整车产品开发系统平台，快速开发出高质量的整车产品，以满足瞬息万变的市场需求。

轿车整车产品开发具有多阶段、多层次、多部门和多合作单位、多类型任务、多工具方法等特征，是一项高维度的综合集成的系统工程。本文以某汽车公司轿车整车产品开发为研究对象，优化设计了具有共性的轿车整车产品研发主流程以及分阶段流程；提出了轿车整车产品开发协同管理方法与体系架构，探讨了产品开发平台和基于开发平台的柔性化开发方法。

2 轿车整车产品开发流程优化租设计

2．1流程优化方法

轿车整车产品开发流程是一个综合集成的过程，流程优化是分级进行的：一方面需要对主流程进行优化设计，另一方面必须针对具体的二级流程进行优化设计。在轿车整车产品开发流程优化过程中可采用并行工程方法、项目管理方法、装配尺寸偏差源快速诊断法、相似系统工程方法、知识管理方法等优化方法，下面重点阐述轿车整车产品开发主流程优化的基本思路和两种主要优化方法。

2．1．1主流程优化的基本思路

并行工程是对产品及其相关过程进行并行的一体化设计的一种系统化工作模式，轿车整车产品主流程优化的基本思路是：根据轿车整车产品开发过程的内在规律，综合考虑轿车整车产品全生命周期中的各种因素，例如市场需求、进度、质量、风险、成本等，运用并行工程的思想和优化方法，设计轿车整车产品开发的主流程。图1是某公司轿车整车产品开发的一般模式。

2．1．2基于关键链项目管理的优化调度方法

关键链项目管理(Critical Chain Project Marm—gement，简称CCPM)是约束理论的创始人、以色列物理学家高德拉特博士于1997年提出的。在进行整车产品开发过程中的任务安排或调度时，以缩短开发周期为优化目标，建立了基于关键链的优化模型：


    目标函数是项目工期；约束条件分别代表紧前关系约束、资源约柬和保证项目按计划完工概率大于事先给定的期望完工概率。

对上述模型应用启发式算法求解，应用基于优先规则的并行调度算法对任务进行反向调度，获得最小化任务周期的近优调度计划；然后在近优调度计划中识别关键链和非关键链，并设置任务缓冲区以保证任务计划在执行过程中的稳定性。

2．1．3考虑时问及风险因素的并行度决策方法

(1)并行度的定义

2．2主流程的优化设计

通过对某公司现有开发流程和管理的总结和提炼，应用上述有关优化理论和方法，对整车开发的主流程进行分析，优化设计出主流程各主要阶段和主要节点。主流程阶段和节点如图2所示。

轿车产品设计主流程经历产品规划阶段、先期整车产品开发阶段和整车产品开发阶段，其中产品规划阶段包括产品型谱规划和项目立项论证活动；先期整车产品开发阶段包括项目预研究活动，以项目工程启动为终点；整车产品开发阶段包括数字化样车设计、代表样车(PR)试制、标准样车(vP)试制、试生产(PVS)i零批量(os)、批量生产(SOP)、市场投放(SE)等子阶段。对上述设计主流程所包含任务活动可以按概念设计、数字化工程设计、试制、实验、生产制造等二级流程进行分类细化。

   2．3二级流程的优化设计

下面对概念设计、数字化工程设计、试制、实验等二级流程的优化设计作简单阐述。

2．3．1概念设计优化与决策

概念设计是指整车开发项目从项目预研究到整车造型冻结这个阶段的工作。是一个从顾客语言、设计主题出发，通过概念草图设计、效果图设计等不断具体化的过程，最终形成一款车型。车型造型设计的决策过程是隐性目标决策问题。在某轿车整车产品开发系统中，有两种车型造型设
计方法：基于整车的造型设计方法，基于造型件的设计方法。为了支持于整车的造型设计方法，建立了车型造型设计方案库；为了支持基于造型件的设计方法，建立了造型件库和约束库。在车型造型设计方案库的支持下。运用基于交互式进化计算的造型优化与决策程序，实现基于整车的造型设计；在造型件库和约束库的支持下，运用基于交互式进化计算的造型优化与决策程序，实现基于造型件的造型设计。

 2．3．2数字化工程设计优化设计

数字化工程设计阶段是指整车项目从油泥冻结开始到数字化样车冻结结束的设计过程，数字化工程设计阶段的工作比较多、层次复杂，分别及到前期分析、工作准备、结构设计和发动机、底盘设计等环节。

在数字化工程设计流程中，通过对任务进行分解，绘制轿车整车产品数字化工程设计网络图．找出关键路线，进行各节点、各项工作的参数计算，并在此基础上进行相关工程进度优化、成本优化和资源优化。

2．3．3试制流程优化

数字化工程设计的数字车能否满足预期功能和性能指标，能否具有可生产性，必须通过试制流程，试制出样车。

应用全面质量管理思想和方法，对试制过程中多辆样车的质量进行持续改进，每生产一辆样车就完成了一个质量管理的PDCA循环。在试制流程中。采用直方图、控制图、散点图、鱼刺图、三坐标质量符合度检测法、白车身制造质量连续改进指数评价法、基于知识的车身装配尺寸偏差源快速诊断法等方法，不断监控试制流程，提高试制质量，缩短试制周期，降低试制成本。

2．3．4实验流程优化设计

实验贯穿轿车开发的全过程，对于缩短开发周期、提高轿车设计质量起着非常重要的作用。一般轿车开发过程的实验工作分为标杆车(Benchmark)、骡子车(Mudecar)、代表样车(Prototype)和领航车(Pih)等四个阶段，每个阶段都有各种各样的功能和性能实验，有零部件、总成、系统、整车等多个级别实验，实验工作的管理和安排对实验工作的效率和质量具有很大的影响。

在实验流程中，应用知识管理的方法，建立实验数据库和数据仓库，一方面对实验项目和实验过程进行管理，另一方面挖掘提炼有关实验知识，优化实验流程和实验项目，从而提高实验的质量和效率。并应用上述优化方法，对实验日常工作进行优化，建立科学的实验工作日程，有效避免重复实验，提高实验的效率。

3轿车整车产品开发过程协同管理

3．1 轿车整车产品开发协同管理思想

针对轿车整车产品开发的复杂度，在协同开发的基础上，总结提炼了轿车整车产品开发协同管理思想。轿车整车产品开发协同管理思想是指利用计算机技术、网络通信技术等信息技术手段，建立规范的流程和程序，设置节点和确定节点交付物及完成标准，建立过程责任矩阵图以及协同的工作机制，支持工作群体成员在共享环境下的协同工作、交互协商、分工合作、共同完成开发任务。它支持多个时间上分离、空间上分布，而工作又相互依赖的协作成员进行协同工作。协同管理要求参与人员按照规定的流程、程序、职责分工和交互接口进行工作，要求明确自己工作在整体工作的作用和影响，要求产品开发人员在设计一开始就考虑整个生命周期中从概念形成到报废处理的所有因素，包括用户要求、设计制造、质量控制、成本核算等。使产品在开发的早期就能及时发现产品开发全过程的问题，从而缩短了产品开发周期，提高产品质量，降低成本，增强企业在市场上的竞争能力。

3．2轿车整车产品开发协同管理体系

针对某汽车公司的具体情况，总结整车开发过程中存在的协同问题，探讨整车开发过程中各环节的协同机制，提出了基于开发阶段、工作流程、组织方法三维结构的协同工程管理体系结构框架，如图3所示。

在图3中，开发阶段维、工作流程维和组织方法维组成一个立体结构，即在整车设计开发每一个阶段的工作都有相应的工作流程和组织管理方法支持。在实际运作过程中，设计了项目门及其考核体系、各部门的责任矩阵、标准工作流程规范及协同管理机制等，实现项目评审和部门考核的有机统一，体现整车产品开发的协同管理思想。

4轿车整车产品柔1生化开发方法

4．1 轿车整车产品设计开发平台

轿车整车产品设计开发平台由组织管理、开发流程、技术工具、资源库、信息系统和开发设备等几大要素构成，组织管理要素由研发团队、管理规范、管理流程、管理软件组成，开发流程要素由概念设计、数字化工程设计、试制、试验等流程组成，技术工具要素由CAX、DFX、建模工具、辅助工具等构成，资源库由数据库、模型库、方法库、知识库、特征库、构件库组成。信息系统主要由产品数据管理系统和项目管理信息系统构成，开发设备主要由设计设备、试制设备和试验设备组成。

轿车整车产品开发平台体系结构如图4所示。在整车产品开发平台中，资源库是开发平台的核心。一方面，通过不断积累、提炼轿车整车产品开发过程中的信息，形成相关数据库、模型库、方法库和知识库；另一方面，从设计需求出发，应用协同设计、并行工程的思想，不断规范和优化设计流程，建立有关数据库、模型库、方法库、知识库、特征库、构件库，使得轿车整车产品开发建立在统一、共享的资源库中。

在共享的资源库基础上，通过项目管理流程、设计开发阶段控制流程、开发技术与设备有机组合，能根据不同产品和项目的特征，建立不同的产品开发平台，实现开放式的设计架构，以提高轿车整车产品开发的协同设计水平。

4．2基于开发平台的柔性化开发方法

在上述开发系统平台基础上．提出知识驱动的柔性化开发方法，即将在轿车开发过程中获得的经验和最佳流程等知识积累起来，形成相应的数据库、模型库、特征库、构件库和知识库，并且在统一的环境下进行管理和利用，为提高新产品的开发质量和效率，缩短开发周期．降低开发成本，减少对个别专家的依赖创造了有利条件，同时为实现整车产品的柔性化开发奠定了基础。

以概念设计为例说明柔性化开发方法。利用知识库，概念设计的具体步骤可以调整为：(1)概念草图设计；(2)通过对概念草图的研究，建立车型配置表；(3)利用知识库，创建多种概念车；对概念车进行评估，根据评估结果可能修改配置表。进而修改概念车，直至满意为止：(4)利用知识库，进行总体布置设计。

5 结论

轿车整车产品开发流程与工程管理是轿车生产企业核心能力组成部分，本文探讨了流程优化方法和协同管理思想，对开发流程进行了优化设计，构建了轿车整车开发工程管理体系框架，并分析了如何在开发平台中进行柔性化产品开发。在某汽车公司的实际应用表明，通过优化整车开发流程，建立有效的协同管理机制，整车产品开发周期缩短了3—6个月，开发成本降低了10％一15％。通过项目门和并行度对产品质量和风险进行有效控制，从而提高了整车产品的开发质量，降低了开发风险。

(本文不涉密)
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