汽車精益設計在研發成本分析與降本方案的應用

張偉 馬立璞 廉大偉

（北汽集團越野車研究院）

汽車精益設計在研發成本分析與降本方案的應用

張偉 馬立璞 廉大偉

（北汽集團越野車研究院）

本文首先介紹了精益設計思想，其次結合應該成本分析工具Design Profit軟件，對汽車拖車鉤現有結構優化和應該成本計算，最終得出優化后方案引起單車成本的改變。

精益設計；應該成本；降本方案

一、精益設計基本思路和方法

1. 精益設計基本思路

“精益(Lean)”，精，即少而精，不投入多余的生產要素，只是在適當的時間生產必要數量的市場急需產品；益，即所有經營活動都要有益有效，具有經濟性。

精益思想(Lean Thinking)源于20世紀80年代日本豐田發明的精益生產(Lean Manufacturing)方式，在制造業中的應用，即“精益生產(Lean production)”。其核心是以整體優化的觀點合理地配置和利用企業擁有的生產要素，消除生產全過程一切不產生附加價值的勞動和資源，達到增強企業適應市場多元化需求的應變能力，獲得更高的經濟效益。

總而言之，在產品設計源頭，通過優化產品的設計，找出并消除各種不必要的浪費，即對于繁瑣的設計環節進行精簡，對于關鍵的環節又可以進行優化和加強，從而在質量、利潤和成本之間取得一個平衡，目的就是追求產品設計的最優化。

2. 精益設計基本方法

圖1 Design Profit設計基本思路

精益設計基本方法主要通過材料優化、工藝優化、功/性能優化及平臺化等方面進行產品的成本控制。

（1）材料變更：通過同系列材料分析，變更為具備降本空間的材料，或完全變更材料及加工工藝。

（2）料厚變更：減小料厚，通過增加加強筋等方式提供強度，或消除部分強度過剩。

（3）表面處理變更：變更為具備降本空間的表面處理，如鍍鉻→鍍鋅→噴漆→發黑等。

（4）減少個數：減少零部件個數，降低成本，如無相對運動零部件合并、減少螺栓。

（5）使用廢除：判斷不需要的件就廢除，如卡扣、螺栓、支架、警示標簽等。

（6）長度變更：廢除多余的部分、減少材料費用，如線束、管路、螺栓等。

圖2 DP應該成本一頁紙報告

圖3 前后拖車鉤安裝位置

（7）功能優化：將多功能集成一起，或去除多余功能，如后門模塊集成。

（8）減少配置：去掉不需要的配置等。

（9）減少工序：通過優化形狀來減少沖壓工序，優化結構減少焊接、注塑等的工序。

（10）模塊化設計：滿足更高專業化要求和更大規模化生產制造，同時減少零件數量。

（11）通用化設計：使用同一零部件盡可能多的在多個車型上使用，減少模具、生產、運輸、保管等費用，借用供應商批產的成熟件。

（12）標準化設計：盡量選用汽標或國標件，減少專用件數量。

（13）系列化設計：系列平臺產品，有些零部件可以根據系列化的原則來進行設計。

（14）其他：零部件國產化、新技術的應用等。

二、應該成本定義和計算工具

1. 應該成本定義

整車應該成本包含四個要素：

（1）材料成本：已分析零件的原材料成本；未分析零件的采購成本。

（2）機器成本：已分析零件生產過程中機器成本；裝配過程中使用的工具成本。

（3）勞動力成本：主機廠和供應商勞動力成本。

（4）質量成本：當質量問題發生時所招致的成本。

2. 應該成本計算工具

本文使用應該成本分析工具Design Profit?，是一款在業內領先的，旨在產品設計和制造過程中，最大化質量目標、價值和利潤的產品設計軟件。它著眼于設計，這幾乎是所有組織成本（零部件，工裝設備，采購活動等）的源頭。Design Profit?提供了一套高效和切實有效的方法來實施設計改進的措施，整體設計思路如圖1所示。

在Design Profit?中，基準設計分析-基線分析是所有重新設計思路對比的一個基礎。基線裝配成本地圖可視化表示出每一個零件，工具和操作，使得所有團隊成員能快速領會和抓住設計的復雜度和它的制造過程。

Design Profit?能夠捕捉，分類和優先級排序設計思路，頭腦風暴工作表記錄下設計思路，并根據它們的創新等級進行評價并分配到特定的重新設計等級中（1，2 或 3級）。這樣使得設計思路和特定的重新設計成本地圖聯系起來，并且和在基線與重新設計成本地圖中相關的符號聯系起來。

最后將以標準報告的形式將數據組織起來（見圖2），生成執行總結報告并對比每一個設計等級的各種衡量指標，諸如材料，人工和質量成本等。

總而言之，Design Profit分析的目的是通過結構化的和詳細的方法和流程，提供一系列客觀的衡量指標來幫助決策。

三、某車型拖車鉤應該成本分析與降本方案

1. 現狀態拖車鉤結構分析

該車型前拖車鉤由兩個拖鉤焊接到車架上而成，拖車鉤由型材直接折彎成型。后拖車鉤由兩個對稱鈑金件焊接后，用四個螺栓及螺母裝配到車架上，其中鈑金件采用沖壓工藝，如圖3所示。

2. 現狀態拖車鉤應該成本分析

對前、后拖車鉤結構分析后形成零部件清單如表1。

表1 前、后拖車鉤零部件清單

根據前、后拖車鉤的結構和零部件清單和工藝，在DP軟件中搭建成本地圖最終計算出現狀態拖車鉤應該成本如表2。

表2 前、后拖車鉤應該成本

3. 優化后拖車鉤結構分析

通過對現狀態拖車鉤的結構和應該成本分析，考慮其作用是遇險救援及事故牽引，在滿足設計牽引力要求上可以減少鍛造、沖壓等制造成本比較高的零部件，統一使用型材直接折彎成型焊接到車身，簡化拖車鉤結構及工藝，優化方案如下：

（1）將前、后拖車鉤結構統一成一種拖車鉤結構。

（2）將拖車鉤結構簡化為型材折彎成型。

（3）將前拖車鉤減少數量，由2個改為1個。

（4）將前、后拖車鉤從車架橫梁改為布置到車架右側縱梁前后如圖4。

圖4 優化后前、后拖車鉤結構及位置

4. 優化后拖車鉤應該成本分析根據優化后的零部件結構、數量和工藝，在DP軟件中搭建應該成本地圖計算出優化后拖車鉤成本如表3。

表3 優化后拖車鉤應該成本

通過對比現狀態和優后的前、后拖車鉤數量和成本零部件數量由12個減少到2個，零部件減少10個，整車應該成本降低15.18元，降本金額明細如表4。

表4 優化前后整車成本變化

四、結論

本文首先初步介紹了精益設計基本思路，同時梳理了精益設計的思想在汽車行業中可以運用的14項基本方法，其次對本文使用的用于整車和零部件成本優化的Design Profit軟件進行了介紹，明確了該軟件計算的過程和其使用到的應該成本專業名詞的定義，最后詳細通過某車型前、后拖車鉤優化降本案例進行分析，從其現狀態的結構、應該成本和優化后的結構、應該成本等方面進行詳細的描述和計算分析，最終通過DP軟件成本地圖搭建和應該成本計算，得出該車型前、后拖車鉤包括裝配零部件在內零部件數量由12個減少到2個，零部件減少10個，整車應該成本可降低15.18元，為企業采購零部件成本控制提供了客觀依據。類似于這樣的降本優化思路方案還有很多仍需我們工程師不斷創新、不斷優化為中國汽車研發貢獻一份力量，使我國汽車行業在全球市場競爭中占有一席之地。

[1] 楊海成.精益設計[J].中國制造業信息化,2007年24期.

[2] 北汽價值工程小組.《 Design Profit手冊》.

[3] 張雅麗.機械設計與制造工程,2008(24)：25-27.