同步工程在整車防腐設計中的應用研究

鄭學森 韓曰喬 付玲玲

（北京福田戴姆勒汽車有限公司研發中心,北京 101400）

1 前言

同步工程，又稱并行工程。其實質就是集成地、并行地設計開發產品中各個子系統、零部件和相關各種過程的一種系統方法，需要設計開發人員和其他人員一起工作，在概念策劃起始就要考慮產品在整個生命周期中包括質量、成本、進度和用戶要求在內的所有因素，考慮其它子系統的接口和需求，考慮后續工藝和工裝的水平和能力，考慮質量目標的實現要求。運用一體化設計手段，提高開發產品的綜合質量、縮短產品開發周期和加快產品投放市場速度、降低產品開發成本，更好地適應越來越激烈的市場競爭態勢。同步工程的實施遵循以下原則。

a.以市場需求和用戶滿意為出發點；

b.以互利共榮為原則的協作開發創新；

c.以有效的信息儲備加快產品開發；

d.以目標管理和系統工程促進同步工程[1]。

腐蝕是整車耐久性的重要表征特性之一。而油漆涂層是防腐工藝設計的主要實現途徑與方法，油漆涂層的老化也是整車耐久性的重要組成部分。整車防腐與老化特性的同步開發和聯動管控，是實現整車耐久性質量目標不可或缺的環節。金屬件的腐蝕失效形式有點蝕、斑狀腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、濃差腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、微動腐蝕[2]，腐蝕失效往往呈現出顯著的漸進式過程，零部件表面涂鍍層因腐蝕和/或老化導致表面失光和變色，進而表面涂鍍層破壞導致零部件產生穿孔腐蝕或因銹蝕產生結構破壞。零部件腐蝕失效與其設計選材、結構設計、制造與加工工藝及使用工況、工作環境（如溫濕度、抗石擊）與介質（如水、空氣、酸、堿、鹽、油及其它溶劑等）密切相關，運用同步工程理念開展“材料-結構-工藝-性能”一體化的防腐設計與改進，是助推整車耐久性開發目標達成的必然途徑。下面結合筆者在防腐技術研究及其特性開發工作中的經驗，基于重卡商用車提出整車防腐設計開發和管控方面的思路方法，供予探討與分享。

2 整車特性開發目標確定及系統零部件性能指標分解

整車平臺開發或商改項目概念策劃階段，由商品規劃部門根據平臺價值定位和市場應用場景，結合競品對標，制定平臺車型的特性開發目標；由研發部門成立整車特性開發小組負責整車特性開發和邏輯關系協調，委派材料研究工程師擔任腐蝕老化特性經理并按跨部門的材料設計一致性管控團隊模式[3]組建防腐設計一致性管控團隊，負責防腐設計及其特性開發的運作。

目前國內重卡主流市場的腐蝕老化特性開發目標總體水平為五年外觀，十年功能。特性開發小組按照整車防腐老化外觀和功能要求，組織分系統、分區域的整車性能指標（Vehicle Descriptive Section，VDS）分解，統一制定整車開發策劃階段的驗證計劃。防腐設計一致性管控團隊據此組織各子系統腐蝕老化性能指標（System Descriptive Section，SDS）的分解。

汽車系統零部件的腐蝕與老化，是材料、結構、工藝以及工作環境介質等綜合作用的結果。針對重卡商用車系統總成和零部件，其腐蝕老化性能控制指標多達20 項，而且不同系統或區域的總成零部件存在不同的質量特性分級和組合，需要在概念策劃階段完整識別與評判，便于指導后續防腐設計工程開發的實施。表1 列出了汽車零部件油漆涂層腐蝕老化及關聯性能指標類型。

表1 汽車零部件油漆涂層性能指標類型與分級

防腐設計一致性管控團隊組織初步確定各子系統零部件的腐蝕老化及關聯性能的質量指標值，制定依據包括但不局限于以下因素。

a.以現行的防腐技術標準規定為底限，結合對市場競爭態勢、技術進步趨勢等的合理評判做出針對性的改善與提升；

b.市場抱怨、投訴或痛點及其防再發措施手段、防錯設計技術方法；

c.國內外主流市場競品的標準、實物等對標分析結果；

d.平臺開發或商改車型的市場賣點和/或價值目標預期。

3 腐蝕質量特性達成的評估

系統設計工程師基于初步確定的腐蝕老化及關聯性能的質量指標值，結合質量、安全、節能、環保及其他功性開發目標及整車試驗驗證計劃，以“材料-結構-工藝-性能”一體化設計理念開展系統及零部件的概念設計，與材料研究工程師、制造技術人員或備選供應商（含材料等二級供應商）相關人員共同開展零部件設計用材、制造技術和表面處理工藝及涂鍍層用材的初步篩選，完整制定系統總成及其零部件開發方案，提出保障腐蝕老化及關聯性能指標達成的技術途徑和/或改善措施。

鑒于腐蝕老化特性指標的多樣性及與其他整車特性指標的關聯性，往往需預先排查、分析各個篩選要素對相關特性指標的影響程度，如防腐涂鍍層的耐鹽霧性作為耐腐蝕性試驗指標，它與零部件底材、制造工藝、表面處理方法以及表面涂鍍層用材都有相當密切的關聯影響；涂鍍層的耐候性、耐水性則與其所選用的表面涂鍍層類型及其用材直接相關，同時和表面處理工藝（如表面涂裝方法）有著一定的關系；漆膜厚度、附著力與涂鍍層類型及其表面處理工藝緊密相關，同時漆膜附著力還受底材選型、零部件制造工藝控制等因素的限制。詳見表2 分析示例。

表2 油漆涂層腐蝕老化特性影響因素分析示例

在制定開發方案時，需要結合上述特性影響因素分析結果，組織工藝方法篩選，開展試驗設計（Design of Experiment，DOE），借助新材料、新工藝、新技術的推廣應用，實現零部件底材及其制造工藝、涂鍍層及其表面處理工藝的選配優化，同時啟動加工/安裝面及棱線邊緣、接合面、縫隙等可能的防腐薄弱區域及設計遺漏環節或細節的識別并有針對性擬定結構、工藝優化、補救或防錯措施方案，找到滿足整車系統特性開發目標且性價比最佳的材料-結構-工藝組合方案。

防腐設計一致性管控團隊結合對質量、成本及其他特性的關聯影響，組織防腐設計專項技術經濟可行性分析，組織完成防腐質量特性達成評估和概念方案確認。涉及防腐特性指標調整或關聯特性變更的，由腐蝕老化特性經理提交整車特性開發小組評審認可。

4 腐蝕質量特性開發過程的追蹤與確認

零部件工程設計階段，在材料研究工程師、供應商及采購質量工程師（Supplier Quality Engineer，SQE）、制造技術等的全程參與下，由系統零部件設計工程師組織零部件數模定義和結構設計，包括但不局限于以下防腐設計內容：拓撲優化、形狀優化和尺寸優化；改善工作環境介質的腐蝕條件和電化學保護；合理選擇耐蝕工程材料和表面防護涂層；適配工藝的選擇和制造工藝過程的腐蝕因素的識別；規避結構設計缺陷，確定與設計選材、油漆選型及制造方法相適應、相匹配的工藝結構，做到細節結構的明晰化設計。據此明確與防腐設計相關的材料、工藝、結構、性能等關聯技術要求，并在相關設計文件中完整體現，交由腐蝕老化特性經理或材料研究工程師會簽認可。具體流程見圖1 所示。

圖1 零部件腐蝕質量特性開發過程的追蹤與確認流程

5 防腐技術標準體系的建立與完善

企業標準是在企業范圍內需要協調、統一的技術要求、管理要求和工作要求所制定的標準，是企業組織生產、經營活動的依據。主機廠的防腐技術標準體系通常分為整車性能指標、腐蝕老化特性和防腐設計與工藝標準3 個層級，基本架構見圖2 所示，與開發體系的關系見圖3 所示。

圖2 整車防腐技術標準體系架構

圖3 防腐技術標準體系與開發體系的關聯關系

整車性能指標手冊是整車特性開發目標制定的綱領性文件。由于市場關注點的差異，各主機廠的整車特性分類可能會有所不同，但不外乎包括可靠性、耐久性、主/被動安全性、燃油經濟性、動力性、質量、NVH、舒適性、操穩性、感知質量、維修保養性、環保等整車一級指標項。腐蝕老化作為整車耐久性的二級指標項，通常需要跟進平臺車型的迭代升級，同步進行特性優化和修改。

整車腐蝕通用規范和整車老化通用規范是平臺或商改開發策劃階段整車腐蝕老化特性VDS 指標分解的主要依據，也是與關聯特性建立邏輯關系的基礎。通過市場腐蝕等級分類確定分系統區域的外觀質量和功能質量市場目標及整車試驗目標，進而制定各區域總成零部件防腐性能和設計要求，實現從整車到系統模塊、再到零部件的管控。整車腐蝕和老化通用規范需要根據平臺車型的迭代升級和市場目標的變化適時升級換版。

腐蝕老化特性作為零部件關鍵特性指標類型，需按子系統性能SDS 指標進行分解細化。總成零部件技術條件中通常需要體現腐蝕老化性能質量指標和防腐選材、結構和工藝選擇要求。總成零部件油漆涂層技術條件屬于防腐工藝標準，是工藝設計選擇的總依據，它通常規定了油漆涂層分組防腐代號等級以及涂裝工藝推薦和應用零部件舉例，設定了各防腐組別等級油漆涂層的質量性能指標項和要求值，明確了涂層標注方法和檢驗取樣方法、檢測試驗方法等。補充建立總成零部件防腐設計規范，明確封閉區、滯留處的規避及排水孔、工藝孔設計，鑄鍛沖壓件防腐薄弱位置（或區域）特殊設計，表面防護設計，加工安裝面、銳邊外露面及其他防腐薄弱處的補噴漆等要求，包括：經典方法推薦、歷史經驗傳承及設計應用案例等。專項制定緊固件防腐質量規范，用于指導標準件和非標型緊固件的設計選型和防腐性能管控。這些企業標準將視情況定期組織修訂與更新。

防腐技術標準是現階段腐蝕老化特性開發管控的底限要求，需要與時俱進做好與市場需求相適應的對接提升。系統設計工程師需結合技術標準規定和市場價值目標差異，分級制定子系統防腐性能提升及“材料-結構-工藝-性能”一體的模塊技術規劃，在新開發件中體現與市場應用周期相對應的腐蝕老化特性指標，在現供件中體現與時下主流市場產品相抗衡的腐蝕老化特性指標。采購質量工程師應基于“工藝備案-現場審核-實物交付表現評價”分層級過程管理機制對供應商制造工藝過程進行管控。質量部應基于“常規檢驗-定期檢驗試驗-型式試驗”分層級接收檢驗模式對實物交付質量的一致性和符合性進行全面管控。只有產品全價值鏈的聯動協同，才能保證技術標準落地生根，才能保證產品實現過程的真實受控。

6 結束語

材料是零部件的基礎，工藝是保障，設計是龍頭。

腐蝕老化本質上是材料特性的最終表征結果，但又和工藝、結構有著千絲萬縷的聯系，還與工作環境介質緊密相關。一個良好的防腐設計，其實質就是“材料-結構-工藝-性能”一體化設計的結果，是同步工程理念實踐應用的產物。需要組建防腐設計一致性管控團隊進行專門的管理。

防腐設計始于整車開發概念策劃，通過制定整車特性開發目標，組織分系統、分區域的整車性能VDS 指標及各子系統腐蝕老化性能SDS 指標的分解。

防腐設計過程中，不僅要堅持結構設計與材料選型、工藝選擇的同步開展，而且還要延伸拓展到對零部件老化、質量、成本等關聯特性的聯動管控。

運用DFMEA、SOR 和DVP/PVP 確認、設計圖紙工藝審簽、供應商工藝備案、OTS 認可多元化的技術方法和跨部門的協同機制助推腐蝕質量特性開發的全過程管控，真正實現事中控制乃至事前預防。

防腐技術標準是整車及系統總成、零部件工程開發和實物管控的總要求。防腐技術標準體系的建立與完善是防腐設計及性能提升的重要保證，是整車企業核心技術和市場競爭力的重要組成部分。