虛擬評(píng)審系統(tǒng)在整車開發(fā)中的投入產(chǎn)出比分析

杜曾宇 黃曉延 田傳印

中國汽車技術(shù)研究中心 天津市 300380

1 引言

2016年被稱為VR元年，VR技術(shù)開始慢慢被大眾了解，電影、游戲、動(dòng)畫等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的VR產(chǎn)品也接踵而至，那么，當(dāng)火熱的VR技術(shù)遇上汽車產(chǎn)業(yè)又會(huì)產(chǎn)生什么奇妙的化學(xué)反應(yīng)呢？對(duì)于汽車主機(jī)廠研發(fā)中心而言，在項(xiàng)目開發(fā)階段有效地識(shí)別問題、判斷問題和驗(yàn)證問題，是幫助產(chǎn)品提升質(zhì)量表現(xiàn)的重要途徑。

2 整車開發(fā)流程概述

GVDP是Global Vehicle Development Process的縮寫，GVDP整車開發(fā)流程是界定一輛汽車從概念設(shè)計(jì)經(jīng)過產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)到制造，最后轉(zhuǎn)化為商品的整個(gè)過程中各業(yè)務(wù)部門責(zé)任和活動(dòng)的描述。整車產(chǎn)品開發(fā)流程也是構(gòu)建汽車研發(fā)體系的核心，它直接體現(xiàn)了研發(fā)模式的思想。

整車開發(fā)全過程分為5個(gè)階段，9個(gè)里程碑節(jié)點(diǎn)，如下表1所示：

（1）概念開發(fā)是在產(chǎn)品戰(zhàn)略明確并且可行性得到批準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，完成產(chǎn)品項(xiàng)目方案的開發(fā)。這些方案包括動(dòng)力總成的方案、整車的 VTS 目標(biāo)、全尺寸主題模型、關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)、整車的物料成本、制造規(guī)劃方案、產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)等等。

（2）設(shè)計(jì)開發(fā)是產(chǎn)品概念的實(shí)現(xiàn)階段，通過產(chǎn)品工程、制造工程、前期質(zhì)保和采購的同步工作完成產(chǎn)品概念的早期驗(yàn)證，最終完成產(chǎn)品圖紙的設(shè)計(jì)工作。

（3）試制試驗(yàn)主要是完成產(chǎn)品本身的設(shè)計(jì)有效性驗(yàn)證，同時(shí)推動(dòng)零部件和整車達(dá)到制造質(zhì)量成熟的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)制造，包括開發(fā)和制造批量生產(chǎn)工裝模具；驗(yàn)證產(chǎn)品是否符合 VTS/SSTS 中所有的規(guī)定項(xiàng)目。

（4）生產(chǎn)導(dǎo)入階段是生產(chǎn)樣車制造和驗(yàn)證，進(jìn)行 100%零部件和工藝的驗(yàn)證；確認(rèn)工藝裝備、檢驗(yàn)生產(chǎn)制造的過程能力，制造符合相關(guān)階段要求的產(chǎn)品，正式啟動(dòng)啟動(dòng)生產(chǎn)線對(duì)車輛的制造，審核產(chǎn)品的開發(fā)成熟度和PPV車輛的成熟度是否實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的連續(xù)生產(chǎn)，并檢驗(yàn)工藝能力和產(chǎn)品質(zhì)量，確定是否可銷售。

（5）項(xiàng)目總結(jié)階段是對(duì)項(xiàng)目總體情況進(jìn)行總結(jié)，包括開發(fā)，設(shè)計(jì)，制造，采購財(cái)務(wù)和項(xiàng)目效益的分析，并驗(yàn)證團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)水平，收集項(xiàng)目開發(fā)過程中的難點(diǎn)，為下一個(gè)產(chǎn)品平臺(tái)開發(fā)或改款做準(zhǔn)備。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的應(yīng)用

在汽車設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，由于反復(fù)的方案設(shè)計(jì)、制作油泥模型及多方案展示等原因，極大地限制了新車研發(fā)的效率，并增加了研發(fā)成本，阻礙車企的進(jìn)一步發(fā)展。

整車虛擬評(píng)審普遍被定義為幫助工程師提前發(fā)現(xiàn)整車工程問題，減少物理樣件的修改次數(shù)，節(jié)約研發(fā)成本、提高研發(fā)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。虛擬評(píng)審從造型階段開始，到試制試驗(yàn)階段結(jié)束，見圖1。

表1

圖1

4 造型階段

造型階段的造型需求調(diào)研，目標(biāo)市場關(guān)注點(diǎn)分析，前期造型設(shè)計(jì)費(fèi)用，油泥模型制作等步驟都是要有的，開發(fā)節(jié)省點(diǎn)在于：

4.1 時(shí)間

節(jié)省在于多輪評(píng)審所造成的油泥模型制作時(shí)間，使用虛擬造型評(píng)審后可以省略中間評(píng)審時(shí)的油泥模型制作，內(nèi)外飾評(píng)審共節(jié)省約四次，一次油泥模型制作需要36天，總節(jié)約時(shí)間144天，占造型周期的比例為17.3%（144/831）。

色彩外觀品質(zhì)這一塊，步驟都是要有的，節(jié)省在于，渲染完成后，虛擬樣機(jī)能夠直接更改替換，并且能夠繼承之前所做的工作，色彩紋理共用228工作日，按照節(jié)省比例70%計(jì)算，占造型周期的比例為19.2%（228*0.7/831）

制作模型需要100天，按照評(píng)審三次，修改兩次，節(jié)省兩次模型制作時(shí)間計(jì)算，算上局部精修半次的時(shí)間，能夠節(jié)省30%（1.5次/5次）。

同樣，關(guān)于造型的評(píng)審時(shí)間也有節(jié)省，傳統(tǒng)的開發(fā)過程，造型確定需要層層審批，層層修改，關(guān)鍵就在于評(píng)審時(shí)間不同步。效果圖開始至鎖定約240天，其中分3次評(píng)審，每次通過VR形式將重點(diǎn)問題與老板意見結(jié)合評(píng)審，平均每輪次節(jié)省約1-2周時(shí)間。

4.2 費(fèi)用

油泥模型或硬質(zhì)BUCK車平均價(jià)格約100萬元左右，視供應(yīng)商水平和主機(jī)廠需求而定。而油泥模型的修改和單件BUCK的制作將整車的驗(yàn)證提高到160萬左右。虛擬評(píng)審的介入，使得設(shè)計(jì)師在前期，將問題審核出來，并完成在數(shù)據(jù)上的修改。按照最優(yōu)評(píng)審效果設(shè)定，節(jié)省約40萬，占比25%。

4.3 提升

虛擬評(píng)審提升對(duì)于色彩、配置、外觀、姿態(tài)和定位的評(píng)審效果是顯著提升的，關(guān)鍵在于虛擬評(píng)審軟件具有以下功能：

● 多種場景一鍵切換

● 照片級(jí)的實(shí)時(shí)渲染能力

● 外觀及內(nèi)飾配置切換

● 后視鏡實(shí)時(shí)調(diào)整

● 燈光效果變換

● 多種天氣實(shí)時(shí)切換

5 設(shè)計(jì)開發(fā)階段

設(shè)計(jì)開發(fā)階段主要集中在G6-G5閥點(diǎn)，而其中虛擬評(píng)審系統(tǒng)的應(yīng)用也集中在人機(jī)設(shè)計(jì)驗(yàn)證板塊，VR技術(shù)通過動(dòng)捕設(shè)備對(duì)虛擬人體實(shí)時(shí)操控，實(shí)現(xiàn)不同尺寸人體，不用觸及方式下對(duì)目標(biāo)操作方便性分析，可通過人機(jī)工程判定基準(zhǔn)定制輸入，分析人體作業(yè)姿勢、作業(yè)周期、作業(yè)頻率以及恢復(fù)時(shí)間等，見圖2。

總布置或者人機(jī)這一塊，所有步驟都無法節(jié)省，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起到的作用為使效果更直觀，而且為了使想過更直觀，相比于桌面式的平審，VR需要做更多的準(zhǔn)備，還增加了工作量。

另外，國內(nèi)的人機(jī)目前基本是對(duì)標(biāo)競品車型的設(shè)計(jì)尺寸，參考相似車型的最優(yōu)設(shè)計(jì)尺寸，能用就行。VR應(yīng)用于總布置校核重點(diǎn)在提升效果和驗(yàn)證合理性。這里的價(jià)值是無法估量的。

6 設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段

設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段主要講G4-G3閥點(diǎn)階段，此階段主要交付物包括《第一輛工程樣車EP評(píng)估報(bào)告》、《制造可行性報(bào)告及評(píng)審》、《樣車及零部件質(zhì)量目標(biāo)和評(píng)審報(bào)告》、《EP車BIR/TIR問題關(guān)閉報(bào)告》等。

圖2

6.1 時(shí)間

主觀評(píng)審時(shí)間可以縮短，生產(chǎn)樣車是必須的，可以先在虛擬模型中進(jìn)行靜態(tài)感知質(zhì)量評(píng)審來決定現(xiàn)有設(shè)計(jì)是否適合制作物理樣車，這里靜態(tài)感知質(zhì)量占總的感知質(zhì)量時(shí)間按28.3%計(jì)算，然后因靜態(tài)感知問題導(dǎo)致的迭代概率設(shè)為40%（駕乘舒適性很重要，眾口難調(diào)，所以將概率設(shè)計(jì)的高一些），那就是節(jié)省28.3%*40%=11.32%的時(shí)間，再次迭代的話就是40%*40%*28.3%=4.53%，之后是40%*40%*40%*28.3%=1.81%，再往后的迭代概率可以忽略，那么按17.66%計(jì)算，感知質(zhì)量分為靜態(tài)（觀察并感受）和動(dòng)態(tài)（操作并感受），靜態(tài)包括387項(xiàng)，動(dòng)態(tài)包括49小項(xiàng)，按照觀察與操作所用時(shí)間1：20計(jì)算，靜態(tài)所占感知質(zhì)量時(shí)間應(yīng)該是28.3%。

試生產(chǎn)裝配驗(yàn)證時(shí)間可以縮短，試生產(chǎn)驗(yàn)證階段樣車裝配驗(yàn)證普遍在300臺(tái)左右，時(shí)間按輪次分可分為五次甚至更多。問題數(shù)大概在350項(xiàng)左右.如果按照整改問題的難易程度劃分，整改驗(yàn)證時(shí)間約在4到5個(gè)月。保守估計(jì)125天。虛擬評(píng)審對(duì)于前期裝配的驗(yàn)證問題數(shù)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)能減少35%（通過問題點(diǎn)的屬性和軟件可實(shí)現(xiàn)的功能設(shè)定分析得出），相應(yīng)的驗(yàn)證時(shí)間（整改時(shí)間）減少35%。

6.2 費(fèi)用

主觀評(píng)審減少的樣車生產(chǎn)（后續(xù)報(bào)廢），數(shù)量減少，按一輛5萬算，至少減少90臺(tái)的樣車?yán)速M(fèi)，節(jié)省約450萬費(fèi)用。

整改問題的開發(fā)費(fèi)用按平均可接受的50萬以內(nèi)，平均30萬整改問題，在減少35%問題數(shù)的情況下節(jié)省約1800萬費(fèi)用。

6.3 提升

驗(yàn)證裝配性能，前期模擬真實(shí)裝配順序，對(duì)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，裝配崗位設(shè)定有著重要的作用，第一次試生產(chǎn)大部分車型都是無法裝配完全的，通過研究，通過使用最新的人體工學(xué)研究，減少了70%的工人受傷概率，而且由于減少受傷概率，降低了75%的工傷缺勤概率這其中的停線、工人培訓(xùn)過程造成的經(jīng)濟(jì)損失是無法估量的。

7 研究結(jié)論與啟示

通過虛擬樣車評(píng)審，設(shè)計(jì)及仿真分析技術(shù)分析，減少了設(shè)計(jì)更改，整車的重量也達(dá)到了很有競爭力的水平，材料的利用率大大提高，減少了原材料的使用。所以設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率大大提高，減少了模具更改的次數(shù)以及耗材，節(jié)約了能源，通過虛擬樣車評(píng)審，為企業(yè)的新車型開發(fā)設(shè)計(jì)提供技術(shù)積累和技術(shù)基礎(chǔ)，虛擬評(píng)價(jià)體系的實(shí)施和深化，有效提高產(chǎn)品的自主開發(fā)能力，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高自主品牌產(chǎn)品的市場競爭力。