汽車關鍵零部件創新開發流程體系研究

呂尚峰1 付濤2

（賽科利（煙臺）汽車模具技術應用有限公司，山東 煙臺 264000）

一、汽車設計方法分析

（一）系統工程分析法

系統工程分析法是現代設計方法的典型構成，亦是汽車設計中的重要設計方式之一。系統工程分析主要是指設計人員通過特定的分析過程與分析方法，綜合評估某系統，以明確系統的各個組成部分以及彼此間的關系、確定不同部分間如何進行信息傳遞等，從而設計出系統內各個部分間的協調方法，保障該系統的穩定有序運行。與其他設計方法相比，系統工程分析法中應用最普遍的技術是現代數學計算方法與計算機技術。目前，系統工程分析法廣泛應用于我國汽車

產品設計中的信息處理階段，包含設計數據的搜集、分析與處理，系統工程分析法基于數據信息提出可選擇的設計方案，并予以準確評估。

（二）模糊設計法

模糊設計法，顧名思義，即是指設計人員通過設定模糊而不清晰的邊界來限定設計操作的過程。具體來說，模糊設計主要是指設計人員通過分析總結過往實踐，從而提取出有效的數據信息，完成設計指標、構件系數以及評估標準等。根據以往經驗可知，模糊設計法在當代汽車產業中已獲得了有效的應用，尤其是模糊優化分析與模糊決策法。其中，模糊優化分析能夠針對汽車設計中的不確定性因素進行持續調整與處理，尤其應用在汽車離合器與變速箱等構件的設計中，可在較大程度上確保汽車設計的質量。

（三）計算機輔助技術

計算機輔助技術是以現代計算機技術為基礎，以計算機為工具，為工作者解決特定任務或指標提供輔助作用的一套方法。計算機輔助技術包含輔助設計、輔助制造、輔助繪圖以及輔助質量控制等。計算機輔助技術強調了人的主體作用，計算機與人是兩個相互作用、彼此交互的有機系統，只有二者達到均衡協調，方能確保輔助質量。目前，計算機輔助技術已廣泛應用于我國制造業之中，尤其是汽車制造。計算機輔助設計能夠構建出針對性的汽車產品虛擬模型，并根據設計圖面、性能標準以及設計目的等，對汽車三維模型進行不同方面的試驗、評估，以把握汽車產品設計方案的合理性，并針對設計問題進行持續性優化。

（四）虛擬設計技術

虛擬設計技術作為一種綜合性較強的設計方法，其主要是基于計算機輔助技術、虛擬現實技術以及其他現代化技術而形成的。虛擬設計技術主要應用于汽車產品的正式投入生產之前，通過一系列的產品設計和制造分析，準確評估該種設計方案在現實生產中的可行性與可操作性。虛擬現實技術通過應用計算機上的設計軟件，將汽車產品的外部形狀與內部構造系統性的顯現出來，大幅度提高了汽車設計的可視化程度。隨后，設計人員可充分結合汽車市場行情、汽車設計發展趨勢以及用戶需求等，對汽車產品的細節構件進行具體化設計，包含汽車設計模型的外形、色彩搭配、發動機等。虛擬設計技術能夠在較大程度上縮短信息數據分析與計算所需耗費的時間，設計人員僅需將需要核算的信息數據輸入計算機相關軟件，即可根據此前設計的參數或計算公式，經過計算機計算后直接將結果導出，從而顯著縮短汽車設計周期與人力資本的耗費。

二、汽車零部件輕量化設計分析

（一）材料

1.脆裂敏感性。可用材料的屈服強度與抗拉強度比值來評價。結構件受沖擊，且有耐磨需求時，需要特別注意此比值。一般有耐磨需求時，通過對材料進行表面處理，如滲碳、碳氮共滲、感應淬火等，增加表面材料硬度，提高其耐磨性能。但此時往往會忽略對耐沖擊的要求，所以要注意原始材料的選用，及熱處理后屈服強度的變化，避免結構對脆裂過于敏感。

2.碳當量計算。材料碳當量對于預測鋼的焊接性能有重要意義。碳當量計算公式已有多個版本，可以根據材料的分類和結構的用途，選擇適合的碳當量計算公式。對于汽車零部件，本文推薦采用美國金屬學會提出的用于評定淬火碳鋼和低合金鋼的焊接性碳當量公式：

w=w(C)+1/6[w(Mn)]+1/5[w(Cr)

+w(Mo)+w(V)]+1/15[w(Ni)+w(Cu)]

評價如下：

當w＜0.4%～0.6%時，鋼的焊接性良好，應考慮預熱

當w=0.4%～0.6%時，鋼的焊接性相對較差

當w＞0.4%～0.6%時，鋼的焊接性很不好，必須預熱到較高溫度

3.性價比。結構件受材料成本影響很大，但采用高強度的材料時又可以適當減小結構體積。所以結構設計時，應綜合考慮材料成本與結構件體積，從而得到最佳方案。

（二）承載

1.構件集成化。盡可能減少零件數量，一方面減少連接工作和材料體積，另一方面還提供了更大的設計自由度，更容易實現極限輕量化。如采用焊接式推力桿支架的橋殼比采用螺栓聯接式的橋殼輕，而鑄造橋殼由于支架與橋殼可一體化設計，比采用焊接支架的橋殼更輕。

2.承載結構。設計時應盡可能避免偏轉，避免造成如翻轉力矩等載荷的產生，即盡可能簡化主承載結構的受力情況。力及力矩的導入，應直接由主承載結構承受。

3.曲率的應用。合理的曲率可以提供更強的自然支承。向上隆起的彎板比直板的抗壓能力更強。薄板無法直立，而彎曲的薄板不僅可以直立還可以承受一定的載荷。

（三）截面

1.面積慣性矩。以最小的體積實現最大的承載，重要的一步是看哪些材料可以去除。除了優化外部結構，還要看內部截面。空心型材的面積慣性矩通常高于實心型材的面積慣性矩。閉口截面比開口截面承載能力要強。

2.合理的減重槽。減重槽應開在載荷較小的區域，提高結構在主承載方向上的剛度。采用均勻分布的小減重槽，支承剛性比實心的支撐結構也能高出許多。應用最為經典的結構是制動盤，內外兩側的壁厚中間是呈蜂窩狀的加強筋，這種結構比實心制動盤強度好，而且良好的加強筋結構還可以加快散熱，提升制動器性能。

三、汽車零部件創新研發流程體系

為了便于對產品工程進行管理，將產品的研發分成創新項目、平臺研發項目、首次應用項目及應用項目4類（圖1）。作為一個新項目，需先進行創作與評估創意的階段，在該階段通過IG1（創新項目評審）之后，開始進行預研。通過IG2之后即可進行概念研究。在概念研究的同時，通過評審可以進入到平臺研發的項目中。平臺研發對產品的參數、功能及應用進行界定。在A樣品測試完成后，即參與到首次應用項目的報價過程。將創新點及優勢對客戶進行介紹，一旦有客戶接受該產品，即可持續進行B樣品、C樣品和D樣品的開發及測試，對產品設計、供應商、生產線與質量控制等多方面進行驗證。在首次應用項目的完成過程中，制訂相應的平臺規范。該新產品后續即可按照規范進行新的開發。

圖1

四、結語

隨著經濟全球化的不斷深入，中國的汽車零部件制造企業面臨著巨大的競爭優勢，但也有很大的壓力，只有通過明確的團隊協作，通過有效的研發創新，才能更好地解決當前汽車零部件企業所面臨的瓶頸問題。