精益設計在方向盤開發過程中的應用

顏四平

摘 要：汽車企業競爭日趨激勵，提高產品設計效率及質量，并降低產品設計開發及生產制造的綜合成本顯得尤為重要，而產品的精益設計是最有效的方法之一。文章以方向盤總成精益設計為例，從方向盤總成需求分析開始，分八個步驟詳細闡述了零部件精益設計開發基本流程，并收集29條可行性成本優化提案，已實現方向盤總成單車成本優化280元。建立了對標拆解方向盤總成精益設計數據庫，并針對54個要素提出了精益設計方案，為新產品開發方向盤總成方案精益設計及成本優化提供有效參考。

關鍵詞：精益設計;成本優化;方向盤

中圖分類號：U461.99 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）09-102-03

Application of Lean Design in the Development of Steering Wheel

Yan Siping

（?Beijing Automobile Group Off-road Vehicle Co.， Ltd，?Beijing 101300?）

Abstract：?It is very important for automobile enterprises to improve the efficiency and quality of product design and reduce the comprehensive cost of product design， development and manufacturing. Lean design is one of the most effective methods. Taking lean design of steering wheel assembly as an example， starting from the demand analysis of steering wheel assembly， this paper elaborates the basic process of lean design and development of spare parts in eight steps， and collects 29 feasible cost optimization proposals， which has achieved 280 yuan of steering wheel assembly single vehicle cost optimization. The lean design database of the standard disassembly steering wheel assembly is established， and the lean design scheme is proposed for 54 elements， which provides effective reference for the lean design and cost optimiza?-tion of the new product development steering wheel assembly scheme.

Keywords： Lean Design; Cost Optimization;?Steering Wheel

CLC NO.： U461.99 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）09-102-03

1 前言

產品設計是整個過程中最重要的一個環節，決定了產品的結構，裝配方式，材料和制造方法，著名的影子理論表示，雖然產品設計只占產品總成本的5%，但卻影響產品整個成本的70%-80%，因此，從設計的源頭著手來控制產品質量和降低產品的成本是非常重要，而且是效果最為顯著的。

產品設計模式總共經歷了三個階段^[1]，即原始產品設計模式，傳統產品設計模式和基于制造和裝配的設計模式（精益設計模式）。目前大部分汽車企業處在第二階段傳統產品設計模式，在保證產品的質量的同時還要降低成本，無疑是非常困難的。因此，需要在產品設計的每一個環節、步驟、流程中都盡可能地使用精益設計的方案，同時又能夠在設計活動中對產品設計的流程和狀態進行精確控制和優化，實現設計產品價值最高，成本最低，即必須在產品設計階段開展精益設計。

2 產品精益設計開發流程

從產品需求階段即介入，充分開展產品設計前期輸入分析是減少后期設計變更、開發出滿足客戶需求產品的必要前期。將產品技術要素與產品需求相匹配，通過技術對標分析、頭腦風暴分析及不斷方案優化，同時結合DFMA軟件進行詳細成本分析，在滿足功性能前提下，從成本、質量、制造、工藝、平臺化、通用化等方面進行綜合評價，在產品開發階段開展方案精益設計，即設計出滿足客戶需求的最優方案。零部件精益設計基本流程如下：

2.1 方向盤需求定義

根據方向盤總成市場配置輸入以及方向盤總成各子系統情況，結合IQS/防再發/QTM等問題梳理出TOP10。對方向盤總成10個方面主要需求進行定義。

根據方向盤總成需求定義，結合現產品兩款車型方向盤總成需求實現情況進行主觀評價分析，將10個方面需求用雷達圖表示。歸納各車型方向盤總成需求TOP5如下：（1）觸覺舒適;（2）操作舒適;（3）精致性;（4）科技體驗;（5）通用化。

2.2 方向盤技術要素分析

主要從功能、局部造型、關鍵尺寸、人機、材料、色彩/表面材質、物理結構、安裝等方面分一級、二級進行了技術要素分析如下：

2.3 對標拆解分析

通過對標拆解北京B40、北京B80、牧馬人、普拉多、傳祺GS8、哈弗H9、博越2018款7個方向盤總成，對每個零部件建立詳細的對標信息庫及照片庫，建立對標方向盤總成詳細拆解BOM及詳細的方向盤總成裝配過程圖。經過對標分析，方向盤骨架（圖3）以博越2018款方向盤總成骨架結構最為合理，且輕量化效果尤為顯著;方向盤骨架截面形狀有實心型、V型、U型、不規則型形（圖4）等，其中以V型、U型截面應用廣泛，性能優越且輕量化效果好。

2.4 頭腦風暴分析

對七款對標車型進行詳細拆解分析，組建設計成本專家團隊進行專業評審及頭腦風暴，從精益設計16項基本原則出發，開展方向盤總成頭腦風暴，收集提案29條，對所有頭腦風暴提案進行詳細技術可行性分析，21條頭腦風暴提案可實施，并按創新等度、實施難度進行分類（表4）。

（1）一級：零件進行很小的改變，需要修模或修改工裝夾具，不影響周邊系統性能，不需要性能試驗驗證，且周期≤3個月的設計改進。

（2）二級：零件結構改變，需要重新設計模具、或工裝夾具，需要進行DV試驗和可靠性試驗驗證，且周期>3個月的設計改進。

（3）三級：前瞻技術和材料的應用，以及造型和關鍵性能部件的更改。

（4）創新等級：創新低L，創新中M，創新高S。

2.5 材料與工藝選擇

在產品設計開發中，選擇合適的材料與最佳匹配工藝是產品設計的核心，根據7款方向盤的對標拆解分析，對方向盤總成主要的骨架、包覆、裝飾條、裝飾蓋材料與工藝組合，創建了方向盤總成材料與工藝組合的選擇矩陣表，可進行在骨架、包覆、裝飾條、裝飾蓋之間進行相互組合，并核算每種組合的總成本，有效指導方向盤總成方案精益設計以及對應方案成本快速核算。下表僅列舉幾種典型方向盤總成的組合方案。

2.6 DFMA成本分析

DFMA（Design For Manufacture & Assembly） 面向裝配與制造的產品設計^[2，3，4]遵循最少零部件數為基本原則，然后確保剩下來的零件便于裝配，從而達到在改善產品裝配性能，提高組裝效率和降低產品成本的同時，還能提高產品設計質量，減少產品設計后期的修改頻率，縮短產品的研發周期，是精益設計的精髓。美國BDI公司開發的DFMA軟件不僅可以進行零部件應該成本核算，模具費用估算，還可以基于最少零部件基本原則提供方案精益設計方向。

2.7 精益設計數據庫建立

通過對7款對標車型方向盤總成的拆解分析，結合需求分析與技術要素分析，從基本信息、成本、外觀、功能、核心零部件等54個要素建立了方向盤總成詳細的精益設計數據庫，并從平臺化、通用化與成本優化角度，提出了新產品開發精益設計方案，為后期新產品開發方案優化及成本控制提供有效指導。

2.8 精益設計方案實施

根據7款方向盤總成的拆解分析及精益設計數據庫，結合現有車型方向盤總成技術方案，推動了其中三項精益設計方案實施，其中，1）量產車型上實現降本50元/車;2）新產品開發中實現不同車型方向盤骨架平臺化、大部分零部件通用化，優化成本230元/車。通過方向盤總成的精益設計，不僅滿足了方向盤總成開發需求，提升了方向盤總成的質量，而且在方向盤開發初期即實現骨架平臺通用化，有效控制了成本，第一次即把方案設計最優，避免了后期反復設計變更。

3 結論

本文通過對方向盤總成的精益設計，實現了在量產車型上單車降本50元，同時實現了在新產品開發中方向盤骨架通用化，單車優化成本230元。系統總結了產品需求分析、技術要素分析、對標拆解分析、頭腦風暴分析、工藝與材料優選、DFMA軟件成本分析、精益設計數據庫建立及精益設計方案應用的產品精益設計開發基本流程，明確了頭腦風暴的等級及創新程度，建立了材料與工藝優選矩陣表及精益設計數據庫，對零部件對標分析、方案精益設計及成本優化具有重要參考意義。

參考文獻

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