精益設(shè)計在方向盤開發(fā)過程中的應(yīng)用

顏四平

摘 要：汽車企業(yè)競爭日趨激勵，提高產(chǎn)品設(shè)計效率及質(zhì)量，并降低產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)及生產(chǎn)制造的綜合成本顯得尤為重要，而產(chǎn)品的精益設(shè)計是最有效的方法之一。文章以方向盤總成精益設(shè)計為例，從方向盤總成需求分析開始，分八個步驟詳細(xì)闡述了零部件精益設(shè)計開發(fā)基本流程，并收集29條可行性成本優(yōu)化提案，已實現(xiàn)方向盤總成單車成本優(yōu)化280元。建立了對標(biāo)拆解方向盤總成精益設(shè)計數(shù)據(jù)庫，并針對54個要素提出了精益設(shè)計方案，為新產(chǎn)品開發(fā)方向盤總成方案精益設(shè)計及成本優(yōu)化提供有效參考。

關(guān)鍵詞：精益設(shè)計;成本優(yōu)化;方向盤

中圖分類號：U461.99 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）09-102-03

Application of Lean Design in the Development of Steering Wheel

Yan Siping

（?Beijing Automobile Group Off-road Vehicle Co.， Ltd，?Beijing 101300?）

Abstract：?It is very important for automobile enterprises to improve the efficiency and quality of product design and reduce the comprehensive cost of product design， development and manufacturing. Lean design is one of the most effective methods. Taking lean design of steering wheel assembly as an example， starting from the demand analysis of steering wheel assembly， this paper elaborates the basic process of lean design and development of spare parts in eight steps， and collects 29 feasible cost optimization proposals， which has achieved 280 yuan of steering wheel assembly single vehicle cost optimization. The lean design database of the standard disassembly steering wheel assembly is established， and the lean design scheme is proposed for 54 elements， which provides effective reference for the lean design and cost optimiza?-tion of the new product development steering wheel assembly scheme.

Keywords： Lean Design; Cost Optimization;?Steering Wheel

CLC NO.： U461.99 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）09-102-03

1 前言

產(chǎn)品設(shè)計是整個過程中最重要的一個環(huán)節(jié)，決定了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，裝配方式，材料和制造方法，著名的影子理論表示，雖然產(chǎn)品設(shè)計只占產(chǎn)品總成本的5%，但卻影響產(chǎn)品整個成本的70%-80%，因此，從設(shè)計的源頭著手來控制產(chǎn)品質(zhì)量和降低產(chǎn)品的成本是非常重要，而且是效果最為顯著的。

產(chǎn)品設(shè)計模式總共經(jīng)歷了三個階段^[1]，即原始產(chǎn)品設(shè)計模式，傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計模式和基于制造和裝配的設(shè)計模式（精益設(shè)計模式）。目前大部分汽車企業(yè)處在第二階段傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計模式，在保證產(chǎn)品的質(zhì)量的同時還要降低成本，無疑是非常困難的。因此，需要在產(chǎn)品設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)、步驟、流程中都盡可能地使用精益設(shè)計的方案，同時又能夠在設(shè)計活動中對產(chǎn)品設(shè)計的流程和狀態(tài)進(jìn)行精確控制和優(yōu)化，實現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)品價值最高，成本最低，即必須在產(chǎn)品設(shè)計階段開展精益設(shè)計。

2 產(chǎn)品精益設(shè)計開發(fā)流程

從產(chǎn)品需求階段即介入，充分開展產(chǎn)品設(shè)計前期輸入分析是減少后期設(shè)計變更、開發(fā)出滿足客戶需求產(chǎn)品的必要前期。將產(chǎn)品技術(shù)要素與產(chǎn)品需求相匹配，通過技術(shù)對標(biāo)分析、頭腦風(fēng)暴分析及不斷方案優(yōu)化，同時結(jié)合DFMA軟件進(jìn)行詳細(xì)成本分析，在滿足功性能前提下，從成本、質(zhì)量、制造、工藝、平臺化、通用化等方面進(jìn)行綜合評價，在產(chǎn)品開發(fā)階段開展方案精益設(shè)計，即設(shè)計出滿足客戶需求的最優(yōu)方案。零部件精益設(shè)計基本流程如下：

2.1 方向盤需求定義

根據(jù)方向盤總成市場配置輸入以及方向盤總成各子系統(tǒng)情況，結(jié)合IQS/防再發(fā)/QTM等問題梳理出TOP10。對方向盤總成10個方面主要需求進(jìn)行定義。

根據(jù)方向盤總成需求定義，結(jié)合現(xiàn)產(chǎn)品兩款車型方向盤總成需求實現(xiàn)情況進(jìn)行主觀評價分析，將10個方面需求用雷達(dá)圖表示。歸納各車型方向盤總成需求TOP5如下：（1）觸覺舒適;（2）操作舒適;（3）精致性;（4）科技體驗;（5）通用化。

2.2 方向盤技術(shù)要素分析

主要從功能、局部造型、關(guān)鍵尺寸、人機(jī)、材料、色彩/表面材質(zhì)、物理結(jié)構(gòu)、安裝等方面分一級、二級進(jìn)行了技術(shù)要素分析如下：

2.3 對標(biāo)拆解分析

通過對標(biāo)拆解北京B40、北京B80、牧馬人、普拉多、傳祺GS8、哈弗H9、博越2018款7個方向盤總成，對每個零部件建立詳細(xì)的對標(biāo)信息庫及照片庫，建立對標(biāo)方向盤總成詳細(xì)拆解BOM及詳細(xì)的方向盤總成裝配過程圖。經(jīng)過對標(biāo)分析，方向盤骨架（圖3）以博越2018款方向盤總成骨架結(jié)構(gòu)最為合理，且輕量化效果尤為顯著;方向盤骨架截面形狀有實心型、V型、U型、不規(guī)則型形（圖4）等，其中以V型、U型截面應(yīng)用廣泛，性能優(yōu)越且輕量化效果好。

2.4 頭腦風(fēng)暴分析

對七款對標(biāo)車型進(jìn)行詳細(xì)拆解分析，組建設(shè)計成本專家團(tuán)隊進(jìn)行專業(yè)評審及頭腦風(fēng)暴，從精益設(shè)計16項基本原則出發(fā)，開展方向盤總成頭腦風(fēng)暴，收集提案29條，對所有頭腦風(fēng)暴提案進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)可行性分析，21條頭腦風(fēng)暴提案可實施，并按創(chuàng)新等度、實施難度進(jìn)行分類（表4）。

（1）一級：零件進(jìn)行很小的改變，需要修?；蛐薷墓ぱb夾具，不影響周邊系統(tǒng)性能，不需要性能試驗驗證，且周期≤3個月的設(shè)計改進(jìn)。

（2）二級：零件結(jié)構(gòu)改變，需要重新設(shè)計模具、或工裝夾具，需要進(jìn)行DV試驗和可靠性試驗驗證，且周期>3個月的設(shè)計改進(jìn)。

（3）三級：前瞻技術(shù)和材料的應(yīng)用，以及造型和關(guān)鍵性能部件的更改。

（4）創(chuàng)新等級：創(chuàng)新低L，創(chuàng)新中M，創(chuàng)新高S。

2.5 材料與工藝選擇

在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中，選擇合適的材料與最佳匹配工藝是產(chǎn)品設(shè)計的核心，根據(jù)7款方向盤的對標(biāo)拆解分析，對方向盤總成主要的骨架、包覆、裝飾條、裝飾蓋材料與工藝組合，創(chuàng)建了方向盤總成材料與工藝組合的選擇矩陣表，可進(jìn)行在骨架、包覆、裝飾條、裝飾蓋之間進(jìn)行相互組合，并核算每種組合的總成本，有效指導(dǎo)方向盤總成方案精益設(shè)計以及對應(yīng)方案成本快速核算。下表僅列舉幾種典型方向盤總成的組合方案。

2.6 DFMA成本分析

DFMA（Design For Manufacture & Assembly） 面向裝配與制造的產(chǎn)品設(shè)計^{[2，3，4]}遵循最少零部件數(shù)為基本原則，然后確保剩下來的零件便于裝配，從而達(dá)到在改善產(chǎn)品裝配性能，提高組裝效率和降低產(chǎn)品成本的同時，還能提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，減少產(chǎn)品設(shè)計后期的修改頻率，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，是精益設(shè)計的精髓。美國BDI公司開發(fā)的DFMA軟件不僅可以進(jìn)行零部件應(yīng)該成本核算，模具費(fèi)用估算，還可以基于最少零部件基本原則提供方案精益設(shè)計方向。

2.7 精益設(shè)計數(shù)據(jù)庫建立

通過對7款對標(biāo)車型方向盤總成的拆解分析，結(jié)合需求分析與技術(shù)要素分析，從基本信息、成本、外觀、功能、核心零部件等54個要素建立了方向盤總成詳細(xì)的精益設(shè)計數(shù)據(jù)庫，并從平臺化、通用化與成本優(yōu)化角度，提出了新產(chǎn)品開發(fā)精益設(shè)計方案，為后期新產(chǎn)品開發(fā)方案優(yōu)化及成本控制提供有效指導(dǎo)。

2.8 精益設(shè)計方案實施

根據(jù)7款方向盤總成的拆解分析及精益設(shè)計數(shù)據(jù)庫，結(jié)合現(xiàn)有車型方向盤總成技術(shù)方案，推動了其中三項精益設(shè)計方案實施，其中，1）量產(chǎn)車型上實現(xiàn)降本50元/車;2）新產(chǎn)品開發(fā)中實現(xiàn)不同車型方向盤骨架平臺化、大部分零部件通用化，優(yōu)化成本230元/車。通過方向盤總成的精益設(shè)計，不僅滿足了方向盤總成開發(fā)需求，提升了方向盤總成的質(zhì)量，而且在方向盤開發(fā)初期即實現(xiàn)骨架平臺通用化，有效控制了成本，第一次即把方案設(shè)計最優(yōu)，避免了后期反復(fù)設(shè)計變更。

3 結(jié)論

本文通過對方向盤總成的精益設(shè)計，實現(xiàn)了在量產(chǎn)車型上單車降本50元，同時實現(xiàn)了在新產(chǎn)品開發(fā)中方向盤骨架通用化，單車優(yōu)化成本230元。系統(tǒng)總結(jié)了產(chǎn)品需求分析、技術(shù)要素分析、對標(biāo)拆解分析、頭腦風(fēng)暴分析、工藝與材料優(yōu)選、DFMA軟件成本分析、精益設(shè)計數(shù)據(jù)庫建立及精益設(shè)計方案應(yīng)用的產(chǎn)品精益設(shè)計開發(fā)基本流程，明確了頭腦風(fēng)暴的等級及創(chuàng)新程度，建立了材料與工藝優(yōu)選矩陣表及精益設(shè)計數(shù)據(jù)庫，對零部件對標(biāo)分析、方案精益設(shè)計及成本優(yōu)化具有重要參考意義。

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