虛擬評審技術在汽車維修性開發中的應用

顧晨磊， 李睫， 王蓉， 趙廷香， 彭穎， 蔡宇琳

(1.泛亞汽車技術中心有限公司， 上海 200120；2.延鋒安道拓方德電機有限公司， 浙江 麗水 323000)

隨著中國汽車產業前十多年的迅猛發展和近兩年的略微滑坡，汽車產業的競爭日益激烈甚至趨向白熱化。為更快、更高效地搶占汽車市場份額，各主機廠在新概念推廣、新技術使用、新車型開發和迭代上紛紛快馬加鞭、各顯神通，快速且高效地推出一款又一款極富競爭力的車型。在各品牌車型快速開發上市的同時，能否對汽車開發及制造成本、性能提升、售后維修及保養服務等進行全面考慮和兼顧并找到最佳平衡點，成為衡量一個主機廠產品研發能力的關鍵要素之一。

隨著汽車產業的發展，國內的汽車文化日益精進，車主們對汽車也越來越了解，對用車體驗的要求水漲船高。他們不再僅考慮車輛的駕乘性能及油耗數據，還會衡量汽車及其零件的維修便利性和維修成本。針對整車開發中汽車維修性開發和設計，該文從介紹汽車維修性和虛擬評審技術入手，結合實際，分析虛擬評審技術在汽車維修性開發中的應用。

1 什么是汽車維修性

汽車維修性一般是指汽車在出現故障時，能在規定的條件下和規定的時間內按照規定且簡便的維修方法、維修程序和操作步驟，使用規定且合適的維修零部件，達到或恢復規定功能的能力。一套完整且實用的汽車維修性設計，需同時滿足兩方面的需求：一是合適且準確的維修零件或維修部件，即什么時候該用最細分的散件進行維修，什么情況下又該用組合部件進行替代，這取決于主機廠在車輛和零部件開發過程中制定的維修策略和零部件釋放策略，這是一個成熟的主機廠的售后開發能力和經驗積累最直觀的體現。它不僅需考慮拆裝每個零部件的技術要求和4S店實際操作的可行性，還需綜合考慮維修工時、零件更換成本、專業工具等費用及主機廠零部件的倉儲、物流、供應商產能等方面的影響。二是便捷有效的維修或保養方式。售后維修不同于原廠產線裝配，在沒有原廠高精度的工裝及檢測設備，且零部件拆裝工序不可能完全借鑒生產工序的情況下，如何使用最常規、最順手的工具，通過最簡潔、最有效的操作步驟，在不影響車輛其他零件或系統的情況下完成汽車的常規保養、零部件維修或更換非常重要。而要做到這一點，需要在整車先期開發過程中既要考慮車輛各子系統或零部件之間的尺寸配合、空間布置和車輛裝配工藝，還需在每個評審的節點對車輛各子系統甚至各子零件的維修性進行設計和評審，并在后期進行相應實車驗證以保證其準確性。

2 什么是虛擬評審技術

一般來說，虛擬評審技術可理解為通過按比例構建的整車數?；蚋鞴潭ê贸叽缱鴺说牧悴考的?，在車輛開發過程中的每一個節點，由不同系統工程師對車輛的各系統布置、車輛空間、安裝工藝及拆裝維修等方面進行可行性分析和研究，發現問題、上報問題并討論解決或進行利弊權衡后擇優設計的一門學科。虛擬評審可作為維修性評審的重要手段，它有別于實車評審或驗證，可在整車開發項目初期就開始進行，從而在設計定型、模具準備及樣車試制之前更早地發現新開發車型存在的問題并解決問題或加以優化，更早且更顯著地降低設計更改成本，縮短設計更改周期甚至整車開發周期。而隨著整車開發項目的推進，各虛擬評審節點的時間跨度相應加長，虛擬評審的頻率會逐漸降低；同時試驗樣車的實車驗證則慢慢增多，與虛擬評審相輔相成，存異求同，相互驗證。

3 如何在汽車維修性開發中應用虛擬評審技術

3.1 應用概述

通過了解虛擬評審技術的概念和作用，不難發現，虛擬評審技術是貫穿在整車開發過程中用以發現問題、解決問題的重要方法。如何才能在汽車維修性開發中更好地使用虛擬評審技術，需要做到以下兩點：1) 熟悉維修性開發的要求和基本準則，包括各子系統或零部件在拆裝時是否需要專門工具進行拆裝、拆裝時是否存在空間干涉及是否需要增加無謂且費時的操作步驟。如部分特殊尺寸或安裝工藝的緊固件在拆裝時的工具要求和工具空間，部分長尺寸緊固件在拆裝時的退出空間及某些零部件的拆裝路徑是否合理、是否需先拆裝其他不相干的零件等。這需要將靜態評審和動態模擬相結合進行分析，通過靜態評審測量各零部件的尺寸干涉和空間預留及拆裝步驟的簡便和合理性，通過動態模擬評估部分困難零部件的拆裝路徑，從而判斷其維修便利性甚至可行性。2) 對車輛零部件的易損情況、易損原因、歷史報修率、更換工時及所需耗費零部件(含緊固件)的成本進行分析，然后上報問題及相應分析數據，結合實際開發進程，選擇最合理、最有優勢的設計方案來保證項目的繼續進行。下面通過實例講解如何使用虛擬評審技術并結合分析數據和實際情況來解決或優化汽車維修性問題。

3.2 案例一

如圖1(a)所示，某車型在開發早期某個節點進行維修性虛擬評審時發現，初始設計的懸架支架固定螺栓平行分布于副車架上方且從上往下進行緊固，驅動單元、轉向機和副車架及懸架支架的結構布置非常緊湊，產線安裝時，先安裝支架和驅動單元等零件，最后安裝副車架，基本沒有影響。但在售后維修時，該緊固螺栓的拆裝非常困難，導致副車架與驅動單元無法直接分離，如果下沉副車架就需要連帶驅動單元一起，不僅大大增加了相關底盤零部件的維修成本，還會給用戶造成不好的維修體驗。

圖1 某車型副車架懸置支架固定螺栓設計優化前后對比

副車架通過懸置支架來支撐整車驅動單元，轉向機和穩定桿等幾個底盤零部件都固定在副車架上，下沉副車架本身是轉向機和穩定桿維修中的常規步驟。但是如果需要帶著驅動系統一起下沉，則會增加不小的額外維修工時。假設轉向機、穩定桿和副車架損壞率均為1/(1 000 輛)，那么車輛維修中副車架實際需要下沉的概率相當于其總和，即3/(1 000輛)。根據常見維修工序和流程，假設帶著驅動單元一起下沉副車架會額外增加約3個工時，每工時的費用為200元，如果車主的轉向機、前穩定桿或副車架在質保期外出現故障，則車主將要多花費約600元維修工時費。假設該車預計銷量為200 000 輛，則主機廠在3年內因為該零件的索賠而增加的額外支出為600×3/1 000×200 000=360 000元，折合每臺車多增加開發成本360 000/200 000=1.8元。

因此，建議提請項目組進行充分討論和研究，在既滿足產品設計和性能要求、又不影響整車裝配工藝的前提下，調整副車架懸置支架固定螺栓的朝向設計，將該螺栓從副車架上方調整到副車架下方，保證售后維修時有足夠的空間進行螺栓拆裝，從而在下沉副車架之前順利斷開它與驅動單元的連接[見圖1(b)]。

3.3 案例二

某新車型在開發過程中借用現有某成熟車型的后懸架設計，但為了滿足新車型增加離地高度的設計需求，也為了提升新車型的駕乘體驗，項目規劃時適當降低后減振彈簧的剛度并增加后減振彈簧長度。在前期維修性虛擬評審時發現，基于當前的空間布置和設計，后減振彈簧在售后維修時會存在較大的拆裝難度?？蓞⒖嫉慕鉀Q方案有3種：方案一為修改后懸架設計，通過調整后彈簧長度等實現其拆裝簡便性；方案二為保持當前設計狀態，在售后維修時先下沉整個后懸架，再拆裝后彈簧[見圖2(a)]；方案三為保持當前設計，在松開后減振器緊固螺栓后使用輔助工具進行彈簧拆裝[見圖2(b)]。

圖2 某車型后減振彈簧的兩種拆裝方法

考慮到項目規劃及開發周期和成本的限制，方案一很難實現，故對方案二和方案三進行對比分析。后減振彈簧作為一個機械結構件，產品設計滿足全生命周期且故障率較低。假設后減振彈簧報修率為0.01/(1 000輛)，該車型預計總銷量為200 000輛。若選擇方案二(下沉后車架后拆裝后減振彈簧)，假設每臺車需增加額外的緊固件成本約20元且多耗費1個維修工時，每個工時的費用為200元，則主機廠在質保期內因該零件自然損壞而增加的索賠成本總計約440元，折合每臺車多增加開發成本0.002 2元左右。若后減振彈簧在質保期外出現故障，車主需多花費約220元維修費。如果選擇方案三(松開后減振器后用壓縮工具拆裝后彈簧)，雖然維修性設計通常要求售后維修時不使用不相關工具，但調查發現，很多維修站在減振彈簧更換中會使用類似的壓裝工具以提高工作效率，且很多同類工具已成為各維修站的常備工具之一。就算某些維修站未使用過該工具，也僅需額外花費約100元一次性購買即可。相比于常規后減振彈簧拆裝步驟，方案三幾乎不需要增加額外的維修工時和零件成本，且對整車的開發設計和成本無任何影響(見表1)。綜合項目開發時間限制及開發成本，雖然方案二和方案三所增加的額外維修成本都非常低，但方案三更有利于提升車主的用車體驗，故建議優先選擇方案三。

表1 某車型后減振彈簧兩種拆裝方法維修和索賠成本對比

4 結語

綜上所述，一個成熟的車企在完整的汽車開發流程中，在各節點都會擁有一套成熟且嚴謹甚至嚴苛的虛擬評審體系。車輛的維修性虛擬評審作為汽車開發中不可缺失的一部分，在整車開發過程中起著舉足輕重的作用。在每個開發節點，維修技術開發工程師都必須基于維修性設計要求，對現有整車或零部件數模進行嚴格的檢查和分析，以確保在整車開發過程中每個子系統的維修性設計要求都被充分考慮，每個維修性問題都能被發現并找到最優解決方案。做好虛擬評審不僅需要借鑒固定的維修性設計要求、評審規則、模板或流程，還需要在發現問題并進行數據計算的前提下，理論結合實際，與各職能部門或項目組進行綜合全面的權衡、分析和考量之后作出方案選擇，從而更優地保證項目的開發周期，更多地節約項目開發成本，更好地提升客戶用車體驗。