汽車關(guān)鍵零部件創(chuàng)新開發(fā)流程體系研究

呂尚峰1 付濤2

（賽科利（煙臺）汽車模具技術(shù)應(yīng)用有限公司，山東 煙臺 264000）

一、汽車設(shè)計方法分析

（一）系統(tǒng)工程分析法

系統(tǒng)工程分析法是現(xiàn)代設(shè)計方法的典型構(gòu)成，亦是汽車設(shè)計中的重要設(shè)計方式之一。系統(tǒng)工程分析主要是指設(shè)計人員通過特定的分析過程與分析方法，綜合評估某系統(tǒng)，以明確系統(tǒng)的各個組成部分以及彼此間的關(guān)系、確定不同部分間如何進行信息傳遞等，從而設(shè)計出系統(tǒng)內(nèi)各個部分間的協(xié)調(diào)方法，保障該系統(tǒng)的穩(wěn)定有序運行。與其他設(shè)計方法相比，系統(tǒng)工程分析法中應(yīng)用最普遍的技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)學(xué)計算方法與計算機技術(shù)。目前，系統(tǒng)工程分析法廣泛應(yīng)用于我國汽車

產(chǎn)品設(shè)計中的信息處理階段，包含設(shè)計數(shù)據(jù)的搜集、分析與處理，系統(tǒng)工程分析法基于數(shù)據(jù)信息提出可選擇的設(shè)計方案，并予以準確評估。

（二）模糊設(shè)計法

模糊設(shè)計法，顧名思義，即是指設(shè)計人員通過設(shè)定模糊而不清晰的邊界來限定設(shè)計操作的過程。具體來說，模糊設(shè)計主要是指設(shè)計人員通過分析總結(jié)過往實踐，從而提取出有效的數(shù)據(jù)信息，完成設(shè)計指標、構(gòu)件系數(shù)以及評估標準等。根據(jù)以往經(jīng)驗可知，模糊設(shè)計法在當(dāng)代汽車產(chǎn)業(yè)中已獲得了有效的應(yīng)用，尤其是模糊優(yōu)化分析與模糊決策法。其中，模糊優(yōu)化分析能夠針對汽車設(shè)計中的不確定性因素進行持續(xù)調(diào)整與處理，尤其應(yīng)用在汽車離合器與變速箱等構(gòu)件的設(shè)計中，可在較大程度上確保汽車設(shè)計的質(zhì)量。

（三）計算機輔助技術(shù)

計算機輔助技術(shù)是以現(xiàn)代計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機為工具，為工作者解決特定任務(wù)或指標提供輔助作用的一套方法。計算機輔助技術(shù)包含輔助設(shè)計、輔助制造、輔助繪圖以及輔助質(zhì)量控制等。計算機輔助技術(shù)強調(diào)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(tǒng)，只有二者達到均衡協(xié)調(diào)，方能確保輔助質(zhì)量。目前，計算機輔助技術(shù)已廣泛應(yīng)用于我國制造業(yè)之中，尤其是汽車制造。計算機輔助設(shè)計能夠構(gòu)建出針對性的汽車產(chǎn)品虛擬模型，并根據(jù)設(shè)計圖面、性能標準以及設(shè)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(chǎn)品設(shè)計方案的合理性，并針對設(shè)計問題進行持續(xù)性優(yōu)化。

（四）虛擬設(shè)計技術(shù)

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

二、汽車零部件輕量化設(shè)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)對脆裂過于敏感。

2.碳當(dāng)量計算。材料碳當(dāng)量對于預(yù)測鋼的焊接性能有重要意義。碳當(dāng)量計算公式已有多個版本，可以根據(jù)材料的分類和結(jié)構(gòu)的用途，選擇適合的碳當(dāng)量計算公式。對于汽車零部件，本文推薦采用美國金屬學(xué)會提出的用于評定淬火碳鋼和低合金鋼的焊接性碳當(dāng)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(dāng)w＜0.4%～0.6%時，鋼的焊接性良好，應(yīng)考慮預(yù)熱

當(dāng)w=0.4%～0.6%時，鋼的焊接性相對較差

當(dāng)w＞0.4%～0.6%時，鋼的焊接性很不好，必須預(yù)熱到較高溫度

3.性價比。結(jié)構(gòu)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(dāng)減小結(jié)構(gòu)體積。所以結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮材料成本與結(jié)構(gòu)件體積，從而得到最佳方案。

（二）承載

1.構(gòu)件集成化。盡可能減少零件數(shù)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(shè)計自由度，更容易實現(xiàn)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(lián)接式的橋殼輕，而鑄造橋殼由于支架與橋殼可一體化設(shè)計，比采用焊接支架的橋殼更輕。

2.承載結(jié)構(gòu)。設(shè)計時應(yīng)盡可能避免偏轉(zhuǎn)，避免造成如翻轉(zhuǎn)力矩等載荷的產(chǎn)生，即盡可能簡化主承載結(jié)構(gòu)的受力情況。力及力矩的導(dǎo)入，應(yīng)直接由主承載結(jié)構(gòu)承受。

3.曲率的應(yīng)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(xiàn)最大的承載，重要的一步是看哪些材料可以去除。除了優(yōu)化外部結(jié)構(gòu)，還要看內(nèi)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(yīng)開在載荷較小的區(qū)域，提高結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)也能高出許多。應(yīng)用最為經(jīng)典的結(jié)構(gòu)是制動盤，內(nèi)外兩側(cè)的壁厚中間是呈蜂窩狀的加強筋，這種結(jié)構(gòu)比實心制動盤強度好，而且良好的加強筋結(jié)構(gòu)還可以加快散熱，提升制動器性能。

三、汽車零部件創(chuàng)新研發(fā)流程體系

為了便于對產(chǎn)品工程進行管理，將產(chǎn)品的研發(fā)分成創(chuàng)新項目、平臺研發(fā)項目、首次應(yīng)用項目及應(yīng)用項目4類（圖1）。作為一個新項目，需先進行創(chuàng)作與評估創(chuàng)意的階段，在該階段通過IG1（創(chuàng)新項目評審）之后，開始進行預(yù)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(fā)的項目中。平臺研發(fā)對產(chǎn)品的參數(shù)、功能及應(yīng)用進行界定。在A樣品測試完成后，即參與到首次應(yīng)用項目的報價過程。將創(chuàng)新點及優(yōu)勢對客戶進行介紹，一旦有客戶接受該產(chǎn)品，即可持續(xù)進行B樣品、C樣品和D樣品的開發(fā)及測試，對產(chǎn)品設(shè)計、供應(yīng)商、生產(chǎn)線與質(zhì)量控制等多方面進行驗證。在首次應(yīng)用項目的完成過程中，制訂相應(yīng)的平臺規(guī)范。該新產(chǎn)品后續(xù)即可按照規(guī)范進行新的開發(fā)。

圖1

四、結(jié)語

隨著經(jīng)濟全球化的不斷深入，中國的汽車零部件制造企業(yè)面臨著巨大的競爭優(yōu)勢，但也有很大的壓力，只有通過明確的團隊協(xié)作，通過有效的研發(fā)創(chuàng)新，才能更好地解決當(dāng)前汽車零部件企業(yè)所面臨的瓶頸問題。