汽车产品开发的“四维并行工程”研究

作者：秦远建 房海鹏

欢迎访问e展厅 展厅 8 CAD硬件/先进制造技术展厅 图形工作站, 绘图仪/大幅面打印机, 3D控制器/3D鼠标, ... “四维并行工程”综合集成化与模块化的优点，使采购、设计、制造、营销等参与到整个产品开发流程中，是汽车制造企业缩短开发周期、提高竞争力的新途径。 对于汽车制造企业来说，汽车产品的开发是一项复杂的系统工程，它的基本流程包括创意、造型、设计、工程分析、样车实验、工装设计及调试、生产等工作，具体操作过程中也需要大量的变型设计和工艺设计。如果不能很好地协调各环节，汽车开发必然是费时费力的浩大工程。目前，许多汽车企业在进行产品开发时，往往先由汽车制造厂或主机厂确定详细的新车型设计方案，甚至作出注明规格要求的零件图后，才允许零部件供应商介入。这样的后果大大延长了开发时间和成本，因此传统上开发一个车型平台需要长达48个月的时间，面对激烈的市场竞争，如何缩短产品开发周期，提高产品创新效率己经成为各汽车制造企业降低成本、提高企业竞争力的当务之急。 一、汽车制造企业产品开发现行模式分析 经过四十多年的发展，我国汽车产业已取得了长足的进步，但从整体上来看，其创新能力与国际先进水平还有着很大的差距。这已经成为制约我国汽车产业发展的“瓶颈”，尤其是在产品自主创新方面，从生产流程的组织方式到核心技术的研发都远远落后于发达国家。就目前情况分析，我国汽车制造企业的产品开发主要采取两类模式：集成化与模块化。两者各有其特点：集成化致力于提高集成系统内相互发生作用的组织、个体及系统之间的协调能力和协同效果，它通过信息、制造和现代管理技术，将企业生产经营过程中有关的人、技术、经营管理3要素有机地结合并优化运行，实现不同阶段的信息交流与协调，但灵活性较差，对处于集成链上的企业有着地域上要相近的要求；模块化则强调把整个系统分为若干子模块，各子模块在遵守固定的标准下内部开展独立设计，各子模块以良好的延展性和可变性来适应各种变化，使开发在每个模块的层面内得以进行，具有很强的柔性，但较少考虑整体效果。 有人称，开展模块化的设计是企业不断创新的有效途径。其实，现代汽车制造企业在产品开发过程中，必须把模块化与集成化综合应用才能更加有效的进行组织创新并参与竞争。这需要在产品设计的同时就要考虑到多方面因素，比如产品是不是符合市场需求，是不是有相应的原材料供应商以及供应商本身的运营情况与之匹配等等。由于模块化能较好的适应汽车制造业的特点，其本身的优点使同步操作成为可能。这样，原本需要从头到尾顺次串行操作的复杂工程，被模块化分解后可以达到并行操作，最后再进行组装就可以了。这种并行工程已经超越了传统方式，它既包含各个子模块进行独立设计和创新的同步性，又引入了集成化的优点，可以有效的减少重复设计、降低产品开发和生产成本。一个车型的开发，一般来讲，整个开发周期需2~3年。采用并行工程，车型的开发就能做到在产品数据冻结1个月内完成工艺工装的设计，6个月完成工装制造，整个开发周期仅需14个月。克莱斯勒汽车公司采用这种并行工程后，大大缩短了设计和开发周期，仅为原来的50%。 二、“四维并行工程”运行方式研究 1.“四维并行工程”的涵义 “四维并行工程”是将营销、采购、设计等同时参与市场开发、产品开发、工艺开发、供应链开发。“四维并行工程”作为现代汽车制造企业产品创新的新途径，是采用集成、并行的设计产品及其相关过程的系统化方法。其核心在于面向产品的整个生命周期的产品流程设计。在这一工程的开始就要考虑到产品的市场情况、原材料的采购情况、生产流程的组合、供应商的选择以及下游的其他各种因素甚至整个产品生命周期中从概含形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求等等。并且在各个项目节点的运作进程中，通过参与交叉的职能团队相互作用的结果，可以避免质量问题的产生。企业着手点在于“四维”，运作重心在于“并行”，从而使整个产品开发过程快速、简洁、高效，并且产成品适销对路，达到降低成本、缩短产品开发周期、增强企业竞争力等效果。 2．“四维并行工程”的运行过程 传统的汽车产品制造过程是串行的、流水线式的，它以产品需求为第一步，以此顺序展开，直到最终开发产品的输出。即先进行市场调研，然后进行产品设计、原材料购入、加工装配等。各阶段的工作按顺序进行，一个阶段的工作完成后，下一个阶段的工作才开始，各个阶段都有自己的输人和输出，由于汽车开发耗时较长，外部环境中变化的因素较多，不仅市场情况千变万化，而且供应商自身的情况也存在诸多变数，所以设计过程一般都存在大量的设计修改。在串行设计产品开发流程中，越是在设计后期发现的缺陷（如市场需求变化、原材料供应情况、装配和检测时发现的缺陷），其修改周期比产品设计时发现的缺陷的修改周期要长，因为其反馈修改结果依然是依原来的执行路线顺序执行，所以最终必然造成的修改成本及总设计成本升高。 “四维并行工程”充分考虑到外界因素的变化，让市场分析、供应商分析从形成产品概念时就参与进来，并贯穿整个设计过程。其核心是根据最终市场上的需求情况进行工艺和产品在设计方面的技术改造，“四维并行”使产品从一开始就以适合最终市场为目标并且随市场需求的变化而及时修改、调整。这样大大降低了产品生产周期和上市时间，进人市场的产品能迅速被消费者所接受，提高了市场占有率。具体运作流程如图1所示。 三、“四维并行工程”的特点及作用 “四维并行工程”把产品开发的各个环节作为一个集成的、并行的产品开发过程，强调下游过程的产品开发及外部市场状况尽早地参与设计过程，对产品开发过程进行管理和控制，不断改善产品开发流程。“四维”体现了集成化的思想，“并行工程”体现了模块化的思想，集成化与模块化优势互补，有着独到的特点及作用。 其一，增强了业务模式的灵活性。即对于复杂的界面和相互作用的产品子系统，按照集成化的供应链管理模式，运用各种技术手段，加强同供应商的联系和协作，而对于所供应是标准的、界面界定很明确的零部件，可以按照模块化方式经营，做好模块的分解与整合工作。这样可以使得汽车零部件能及时获得供应，汽车制造及时进行，减少设计变更和再设计的频次，达到供应链系统整体利益和子系统利益的“双赢”效果。 其二，提高了工作的即时性，增强了产品开发的目的性。汽车制造企业应根据用户要求确定开发产品的设计目标。汽车制造企业要确保提供用户满意的产品，就必须时时以用户关注的项目开发周期、成本和预定的最优效果为开发产品的设计目标。由于在产品设计过程伊始就考虑到市场需求及原材料的供应，并与之并行开展，那么在产品设计过程中可以根据消费者的爱好、需求和供应商情况的变动及时调整设计内容，缩短设计周期，保证最终产品能迅速占领市场。 其三，产业集群中的竞争出现了新的模式。由于实施了“四维并行工程”，既体现了集成化的精髓，又体现了模块化的理念，相互共同作用的结果，使得整车企业可以自主的选择不同的模块供应商来满足整车装配的需要。而处于生产同一模块的产业集群内的零部件企业则在相同的界面下为争取被选择权而不断改进技术、降低成本、提高模块质量，即在“看得见”的信息下实行“背对背”的竞争。各模块供应商也必须实施“四维并行”，才能保证所生产的模块与整车装配企业无缝对接。这样，整车与零部件企业互动，有利于汽车行业整体水平的提高。 四、“四维并行工程”实施中应注意的问题 实施“四维并行工程”，必须是全方位的，涉及到整个企业组织结构、工艺流程等一系列变革。企业要真正推行“四维并行工程”，必须做到以下几点： 第一，产品创新的流程设计是重点。产品的设计周期在整个生产周期中占百分之六十一以上，并且产品设计阶段决定了产品成本的百分之七十以上，因此，流程设计状况直接决定了产品创新的成败。传统的汽车产品开发过程通常是顺序进行，后一阶段的工作必须在前一阶段的工作完成之后才能进行。这样造成信息流通缓慢、单向，万一有缺陷需要修改时，耗费的周期往往很长。实施“四维并行工程”，其产品设计过程简化如图2所示： 如图所示，在这种模型中，面向“四维并行”设计的知识库中存储着市场、工艺、产品、供应链的相关信息，包含汽车市场需求分析组件、汽车产品分析组件、汽车工艺分析组件以及汽车零部件与工艺特性的并行考虑及评析组件等。由于产品设计在这个知识库中进行，因此在进行产品创新设计时可以随时掌握最新动态并及时调整设计内容，提高了信息流动速度。 第二，建立与“四维并行工程”相匹配的、以互惠互利为原则的集成——模块产品开发团队。即把产品开发由传统的部门运行制或专业组制变成以产品为主线的、围绕产品这个中心的包括市场人员、采购人员、设计专家、供应商等在内的工作团队。团队中成员组成要有合理的知识结构，各部分并行展开工作，在同一平台上互通信息。整车企业与零部件企业要以互惠互利为原则，不断创新并行工程实施方法，综合利用集成化和模块化的优点，加快产品投放市场的速度。团队设计的思想基础是系统思考，即整体来考虑团队的运行状况和相关管理措施。 第三，运用先进的管理工具。先进的管理工具是“四维并行工程”的技术支撑平台。在“四维并行”的环境下，各企业所处的地域不一定相临或相近，所以应建立基于Client/Server结构的计算机系统和网络环境，使产品开发团队能够通过PDM和群组协同工作系统，进行并行协作的产品开发。并且要注意产品数据管理技术、并行工程集成框架技术等等的运用，实现系统的信息集成、功能集成、数据集成、过程集成，保证“并行”工作的有序开展。 由于“四维并行工程”是一项系统工程，因此要时刻建立系统精益理念。汽车结构复杂，往往由上千个零部件组成，每种产品从设计开发到投放市场都是一项复杂的工作，因此要杜绝各种形式的浪费，加强监控力度，不仅要保证产品开发设计目标按期完成，以最低成本、最少消耗来加快产品开发速度，更重要的是要协调四维中各维的工作步伐，真正做到并行工程的开展。(end)

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