基于可維修性設計的汽車總裝工藝分析*

陳平 陳勝謨

（1.廣州汽車集團有限公司汽車工程研究院；2.廣西柳州方盛實業有限公司）

目前，隨著乘用車保有量的不斷增長和市場競爭的日益激烈，人們越來越關注汽車產品在其整個生命周期中的性能變化。汽車的維修性及維修成本對于客戶影響很大，汽車制造商對于汽車的維修合理性設計越來越重視。合理的維修性設計可以減少客戶的維修成本及主機廠的售后索賠，提高汽車商的品牌效益和整車附加值的提升。可維修性設計是完善汽車開發結構化方法的重要一環，也是汽車可靠性的重要維度之一。在產品設計開發階段就對產品的可靠性、維修性進行全面的分析，可以有效的降低制造和售后維修費用。

1 可維修性設計因素

1.1 維修性

維修性定義為：“在規定的條件下并按規定的程序和手段實施維修時，產品在規定的使用條件下，保持或恢復能執行規定功能狀態的能力”。目前，對于汽車產品設計維修性的定性要求基本有以下7點：1）具有良好的維修可達性；2）較高的標準化和互換性程度；3）具有完善的防錯措施及識別標記；4）有保證維修安全的設置；5）重要等級零部件的可修復性；6）檢測故障準確、快速、簡便；7）符合維修中的人機及安全性要求等[1]。

1.2 維修頻率等級

綜合考慮汽車售后保養原則，零部件生命周期及潛在的使用損壞情況對零部件的維修頻率等級進行劃分，如表1所示。對于A/B類高頻發生的零部件，需要重點關注零部件的可維修或互換性的結構設計。對于C類的低速碰撞造成損壞的零部件，適當放寬維修性要求，滿足基本的拆解性。對于D類的高速碰撞的損壞零部件，基本不需要考慮維修性，具備可更換性即可。這個過程中，人員的安全性能保證是結構設計最重要的技術要求。

表1 汽車零部件維修頻率等級定義

1.3 潛在故障失效模式及后果分析（FMEA）

潛在失效模式及后果分析是一種系統化的可靠性定性分析方法。通過對產品/過程各組成部分進行事前分析，發現、評價產品/過程中潛在的失效模式及起因/機理。查明其發生的可能性及對系統的影響程度，以便采取措施進行預防。主要通過嚴重度等級（S）、發生頻度（O）及探測度（D）3個指標來評估設計的風險優先系數（RPN）值。

如圖1所示，通過FMEA進行分析，盡早發現并消除失效原因是減少損失的最佳選擇。根據FMEA評價原則對零部件的潛在失效模式、潛在失效后果及潛在失效起因進行解析，對嚴重度（S）、發生頻度（O）及探測度（D）進行定性分析。通過設計優化來給出預防控制措施。

圖1 FMEA的糾正成本優勢

2 汽車可維修性設計原則要點分析

可維修性設計原則是為了將產品的維修性要求及約束轉化為具體的產品設計而確定的通用或專用設計準則，設計人員在產品設計時應遵循和采納該準則。根據產品的維修性定量要求和設計約束進行維修性分析，才能恰當地確定維修性設計原則。同時，綜合考慮產品的互換性、標準化程度、可達性程度及操作空間等，在此基礎上確定需要的維修性設計特征[2]。

2.1 維修可達性

可達性是維修時接近產品不同組成單元的相對難易程度，也就是接近維修部位的難易程度。維修部位看得見，夠得著，不需要拆裝其他單元或拆裝簡便，同時具有為檢查，修理或更換所需要的空間就是可達性好。因此，良好的可達性是維修性的首要要求。可達性主要有3個評價指標，即視線可達性、實體可達性及操作空間。

2.2 維修標準化

汽車設計過程中，應運用標準化技術和方法，合理簡化產品與零部件規格，進行產品通用化、系列化及模塊化設計，提高易損件的互換性和通用性。模塊化可以簡化結構，減少零部件種類，降低產品開發、制造及售后費用。標準化、互換性及通用性，不僅利于產品設計和生產，而且也使產品維修簡便，能顯著減少維修備件的品種、數量，降低維修人員技術要求，縮短工時，提高保障。標準化是產品維修性的重要要求。

2.3 識別防錯標示

維修中，對那些外形相似、大小相近的零部件，防錯作用很大。維修時，常發生裝錯、裝反及漏裝的情況，避免制造過程中的裝錯頻次，就要加強防錯設計特征，從設計層面降低FMEA的探測度（D），所以它也是產品可維修性的重要要求。

2.4 便利/簡易性

減少維修項目，降低故障率。將產品設計成不需要或很少需要預防性維修的結構，如設置自動檢測，主動預警提示裝置，設計免維護的潤滑/密封結構等，以減少維修工作量，減少操作步驟和修理工藝要求，這些都是產品設計時應該考慮的，也是產品可維修性的重要要求。

2.5 維修安全/人機性

維修過程中，必須確保維修人員的作業安全，同時，對零部件的維修應具有良好的人機工程，如方便接近，舒適的作業姿勢及維修工時合理等。

2.6 仿真維修分析

基于并行工程下的汽車總裝工藝同步工程分析，對整車設計開發階段的全程參與，確保整車的設計具有良好的可維修性。通過虛擬維修流程，考察維修對象的可達性、可視性、維修人員的人機性、操作便利性、維修時間及環境因素等維修參數，提前發現設計缺陷并優化改進。

3 可維修性設計案例

我們認識到：不是汽車上所有零部件部分的維修方便性都要好，車型開發過程中，在做可維修性設計工藝分析時，需要明確汽車哪些區域的零部件在布置和設計時需要重點考慮維修方便性，以便有針對性地開展維修性工藝分析[3]，讓客戶直觀清晰地體會到維修便利性。車輛維修性區域分布，如圖2所示。

圖2 車輛維修性區域分布

3.1 日常保養件維修性設計的工藝分析

對于維修等級A級的日常保養零部件的維修性設計，一定要重點關注，因為這些是客戶最能直觀清晰的體會和感受到的。如圖3所示，機艙內的制動液①、冷卻液②、冷媒液③、機油④、風窗清洗液⑤的加注口都需要具有良好的操作性。各種油液的加注都要求具有足夠的加注便利空間，無需拆卸其他零部件；空氣濾清器⑥、保險絲盒的保險絲檢查/更換⑦、蓄電池的檢查⑧都要求具有良好的可拆卸性，盡量設計成無需拆卸其他零部件就可完成維修。

圖3 維修等級A級零部件的工藝分析

3.2 短壽命周期的易損件可拆卸性的工藝分析

在維修等級B級零部件的短壽命周期內，需要進行檢查或更換的易損件，如圖4所示。在保證性能的情況下，要盡量提高零部件的維修拆卸性。特別對于底盤下的易損件，要重點考慮其維修的安全性和人機工程性。車身底部的炭罐（如圖4a所示）、汽油濾清器（如圖4b所示）及機油放油口（如圖4c所示）的拆卸，要重點關注拆卸工具的使用空間，方便人機的維修舒適性，如四輪定位的前束調整和剎車片的更換等。

圖4 維修等級B級零部件的工藝分析

3.3 防錯標示的工藝分析

如圖5所示，對于部分線束外觀相似的接插件，建議利用顏色進行防錯標示，如圖5a所示；對于2根平行布置的管路，在管路連接接頭處設計成錯開一定距離，避免裝配連接時發生管路連接錯誤，如圖5b所示；對于其他的冷卻系統管路、進氣系統的膠管/塑料管的連接處，要增加連接的對位及限位標示，保證實際裝配狀態滿足設計要求，避免管路扭曲及與其他零部件干涉，如圖5c所示。

圖5 防錯標示的工藝分析

3.4 結構優化的工藝分析

零部件的維修性是由產品結構特征決定的。只有對產品的結構進行更高層次的創新設計，才能對其維修性帶來革命性的提高。圖6a示出：車門裝配/拆卸方式受到車門內板與車輛側圍的空間約束，在如此狹小的空間里，無法使用常規的擰緊工具，只能采用特殊的可偏置式的彎頭工具；圖6b示出：車門裝配/拆卸方式優化為從Z向擰緊，減少了空間約束，一般的彎頭擰緊工具即可滿足維修要求；圖6c示出，車門裝配/拆卸方式優化為：繞著車門鉸鏈的水平方向擰緊，不受空間約束的影響，緊固件也從之前的M8螺栓簡化為M6螺栓，扭矩降低，可以用普通的手槍式擰緊工具。裝配/拆卸便利性、操作人機性、工具成本、工藝難度系數、維修工時等，都是逐級優化，如圖6a、圖6b及圖6c所示。圖6a所示的方式最差，也是目前最常見的；圖6b所示的方式較好，普遍應用在合資品牌車型上；圖6c所示的方式最好，目前在模塊化平臺上得到較好的運用。由此可見，零部件結構的創新對于制造成本和產品競爭力起著決定性的作用[4]。

圖6 結構優化的工藝分析

4 結語

可維修性工程分析是以全系統、全壽命的觀點和整體優化思想為基本理念，以現代管理和分析權衡的手段，影響和干預產品的設計，使之獲得良好的維修保障系統。對于維修性評價，不能單純地驗證各個分系統或零部件的維修性，而應從系統的角度驗證整機的維修性，從零部件的角度驗證分系統的維修性。

我們也應該客觀地認識到：車輛維修便利性設計與造型、車輛性能、制造成本及零部件結構設計之間相互制約，應根據市場定位來確定維修性在整車開發中的地位，維修性設計不是決定市場表現的唯一因素，如果在設計中夸大其比重，將會制約車輛造型及性能等因素，反而會影響整車應有的市場定位。