汽車總裝工藝開發及數據管理方法

吳丹 李書劍

上汽通用汽車有限公司 上海市 210206

1 引言

隨著國民經濟的持續快速發展，居民收入和消費水品的進一步提高，居民消費能力逐漸增強，汽車的大眾化水平不斷提高。但經歷了過去近20年的快速發展，汽車行業已逐步結束超速增長期，進入平穩增長階段或震蕩調整階段，這或許也將成為今后的長期狀態。尤其是隨著近年來新能源汽車企業的迅猛發展，導致市場變化與競爭持續加劇將，從而推動各個整車廠進一步縮短產品研發及投產周期，不斷降本增效，從而在這場行業巨變中保持競爭力。

筆者通過對包括傳統主機廠，自主品牌以及新能源品牌的行業內各大整車制造廠的調研，分析并總結了目前主流的總裝工藝開發方式及數據管理方法。

2 總裝工藝開發方法

汽車總裝工藝作為整車四大工藝的最后一個環節，是將包括動力總成系統，底盤系統，空調系統，內外飾系統，電子娛樂系統中包含的上千種零件基于產品設計的不同連接方式裝配到白車身上，并且通過終線檢測以及質量檢測后組成完整汽車的全部工藝的總成。

為了最大程度地縮短車型量產周期、提升整車品質、合理控制成本，幾乎所有整車廠都已經全面地開展了同步工程的開發策略。總裝工藝同步工程是汽車開發過程中，總裝工藝參與設計開發并與之同步的過程。主要針對裝配數模、生產線、設備以及產品試制過程進行工藝方面的分析，為設計提供可行的工藝設計變更。其主要目的是對于產品設計存在的問題在圖紙設計、數模生成階段進行審核，預先對在工藝實施時可能出現的問題點采取改善措施，使新型車具備生產可行性、設備工具兼容性等。

2.1 總裝工藝開發的主要內容

由于汽車各個系統的構造復雜，功能多樣，因此總裝工藝涉及的系統種類多，零件覆蓋廣泛，從而工藝內容也具有復雜且多樣化的特點。總裝工藝開發活動是基于整車開發流程框架，按照項目時間節點計劃，在不同階段進行組織、協調以及實施并按照要求交付總裝工藝交付物的全過程的總和。其中包括但不限于制造策略的制定，制造投資預估，制造可行性虛擬評估，PFMEA開發，關鍵工藝制定，工裝設備開發，工藝文件的制定，各類過程參數開發等等。基于以上的總裝工藝開發活動，形成相應的交付物并且在對應項目節點提供給目標用戶，以保證新項目的順利開展。

2.2 總裝工藝開發的主要特點

伴隨著汽車制造廠商多年的制造現代化模式探索以及數字化技術的發展，汽車制造總裝工藝技術也在不斷地進步。當前主流的總裝工藝開發方式具有以下特點。

2.2.1 模塊化

所謂的模塊化技術，就是把生產裝配過程分解成模塊的形式，單獨設立工作小組對每個模塊進行操作。模塊化技術把整個生產系統分成多個不同的模塊，這種技術可以實現精細化生產，提高生產質量和生產效率。目前比較典型的模塊化系統包括：儀表板總成，頂襯總成，副車架總成，前懸掛總成，輪胎總成，后橋總成，冷凝器散熱器風扇模塊總成等。在項目初期，按照模塊化的區域劃分，建立由產品工程師，工藝工程師和模塊化供應商組成的開發團隊，針對模塊化裝配工藝進行開發。目前，模塊化開發技術已成為各大汽車制造商的工藝開發策略之一。

圖1 常見的模塊化總成

2.2.2 系統化

隨著信息技術和網絡的發展，總裝工藝開發工作的載體逐漸由手工開發及維護的紙質文檔轉變為數字化、系統化的電子文檔及數據。系統化的廣泛應用可以顯著地提升產品及工藝信息傳遞的準確性和及時性，同時有較強的可追溯性及可檢索性。目前各大整車制造企業均已實現較高程度的工藝開發系統化。

以前文提到的總裝工藝開發活動中的主要工作為例。裝配可行性虛擬評估主要基于西門子公司的TcAE/Vis mockup，以及達索公司的CATIA，它們也是汽車行業產品生命周期管理過程中最為重要的系統平臺；PFMEA，工藝文件開發等活動，目前各個整車制造廠都有相應的系統作為載體進行開發。基于上述系統的應用，新車型項目全生命周期的總裝工藝開發工作都可以實現系統化的開發及信息傳遞，同時做到各類工藝信息分類儲存并且可追溯。

2.2.3 智能化

汽車產業正在從傳統工業時代向數字時代邁進，數字化轉型是汽車行業順應變化，跟上未來發展的“必選項”也是“最優解”。總裝工藝開發的智能化，則是企業數字化轉型趨勢下的必然結果。

對于近年來發展起來的新能源整車制造企業，沒有了既定開發體系的束縛，能夠基于最新的業務架構及需求，建立適合自身業務需求的智能化集成化的工藝開發系統。對于傳統整車制造企業，工藝開發智能化工作主要基于現有系統進行二次開發，以達到半自動或全自動的工藝信息開發及維護的目的。以某企業新一代總裝工藝開發系統為例，連續車型年工藝文件開發模式的應用，將不同車型年的產品和工藝數據由原來的獨立數據庫整合為統一數據庫，并通過智能化工具實現多個車型年產品和工藝數據自動匹配，工藝文件自動開發的目的，大大節約了人力成本。

3 總裝工藝信息數據管理

3.1 工藝開發的數據輸入輸出

總裝工藝開發活動中，提供給下游客戶即生產車間的重要的交付物之一便是總裝工藝文件。不同企業對其稱呼有所不同，例如裝置圖，PDM(product description manual)，PII(product and inspection instruction)，MPD(master process document)等等，其共同點在于，都高度集成了車型配置信息、產品信息、裝配工藝以及關鍵特性等要求。在新項目導入過程中，為最終形成總裝車間工位級的操作指導書SOS/JES/MDS提供了全面完整的信息輸入。

工藝文件開發的數據輸入主要來自產品輸入和工藝輸入兩方面。產品輸入主要包含產品的零件信息（例如零件號，零件數量，緊固件扭矩，關鍵特性要求，配置信息等）、零件圖紙/數模、以及產品特殊要求（例如零件裝配的環境溫度要求，緊固件是否可復用，帶背膠零件的安裝要求等）；工藝輸入主要包括裝配過程描述、安裝圖示，以及特殊工藝要求（如是否有強制安裝順序等）。將上述信息及數據以零件為單位，通過系統化的方法，按照一定規范進行編輯整合，最終形成針對特定項目的一整套完整的總裝工藝信息的數據集合。用戶可以實時通過系統生成工藝文件報告進行查閱。同時，上游所有的數據變更，都可以通過系統的方式進行變更點控制以及信息傳遞。從而保證產品/工藝更改能夠準確傳遞并及時落實到生產操作環節。

3.2 工藝開發變更點管理

由于同步工程的廣泛應用，產品的設計研發與制造工藝開發過程高度并行。因此，在一個產品生命周期中，由產品變更從而導致工藝變更的現象十分頻繁，變更點管理也成為總裝工藝開發及數據管理工作中非常重要的一個環節。典型的產品釋放及變更數據流，以產品變更為驅動，通過產品數據系統進行數據變更，變更數據流一方面進入工藝文件開發系統，通過判斷處理后進入工廠的用戶界面；另一方面進入SAP物流管理系統，通過判斷處理后進入BOM清單。兩條路徑下的變更點信息最終會體現并落實到工位級的生產指導文件JES/SOS/MDS中。

圖2 工藝開發的輸入輸出模型

圖3 典型產品變更點信息數據流

3.3 產品數據問題前饋

產品數據包括零件信息以及零件圖紙/數模，是指導現場生產以及零件供應的最重要的信息基礎之一。因此，產品數據的準確性在整個車型產品的生命周期過程中都起到至關重要的作用。

在整車總裝工藝開發工作實踐中，項目前期直至工藝驗證階段，產品數據準確性直接影響到總裝工藝文件的開發及釋放。例如，緊固件零件數量及扭矩信息完整性和準確性，零件數模的完整性等等，將直接影響總裝工藝文件的準確性和完整性。

產品數據問題根據數據類型可以分為數模/圖紙類和零件信息類。按照問題具體表現又可以細分為如下10種類型（圖4）：

圖4 典型產品數據問題分類

前文提到典型的產品釋放及變更數據流中，上游產品數據在自上而下的流轉過程中主要經過兩個重要的分支，數據經過工藝文件開發系統時，會由總裝工藝開發人員基于工藝完整性和正確性的原則進行系統性地檢驗；數據經過物流管理系統時，會由物流的產品數據協調工程師基于BOM完整性的和正確性的原則進行系統性地檢驗。在此過程中識別出的任何問題，都會被及時反饋到產品數據的責任人即產品工程師，從而確保產品數據的完整性和正確性。

4 總結與展望

長久以來，一款全新車型的研發到正式量產的周期一般在4-5年左右，而在如今汽車行業的新形式下，縮短新車型研發及投產周期，加快產品迭代速度已經成為了不可阻擋的趨勢。目前已有新能源汽車企業實現了從新車型立項到正式量產周期壓縮至24個月。

筆者經過調研和比較發現，工藝文件開發方面，傳統整車制造廠多使用總裝工藝文件和車間工位級操作指導書相互獨立、先后銜接的開發模式，而新能源企業，國內自主品牌多使用總裝工藝文件和車間工位級操作指導書結合的開發模式。后者在開發周期及人力成本上明顯要優于前者，但在產品數據準確性方面，由于減少了總裝工藝文件開發這一中間環節的核查，產品數據完整性和準確性完全依賴產品信息初始釋放環節；產品開發及變更數據管理方面，傳統模式的產品信息數據流平行存在于工藝開發系統及物流管理系統中，且體現于不同的文件載體。對于總裝車間工位級的操作指導書來說形成了多重數據源輸入。而目前一些整車制造企業采用單一數據源的模式來開發工位級的操作指導書，即所有的零件信息均來自生產物料清單BOM。單一數據源的模式無疑能夠保證工位級操作指導書中獲取零件信息的一致性，但與此同時，也對產品信息初始發布正確性提出了更高的要求。

筆者認為，如何實現產品和工藝數據資源管理一體化，并且通過系統化、自動化的方式進行產品和工藝數據的定期校核，從而達到數據高效運作以及上下游全業務鏈的產品數據和工藝信息的準確性、一致性及完整性，成為了總裝工藝開發及數據管理向高效化智能化邁進的重要研究方向。