價值工程在汽車零部件成本優化中的應用

羅遠根LUO Yuan-gen；魏菊英WEI Ju-ying

（江鈴汽車股份有限公司，南昌 330000）

0 引言

汽車產業作為我國的支柱產業，整個產業鏈涉及鋼鐵、冶金、塑料、陶瓷等原材料工業，以及電子、電器等其他十多個產業部門，由于產業鏈涉及面非常廣，并且市場競爭激烈，汽車整車制造和零部件行業面臨的成本優化需求異常強烈。而價值工程作為一門系統性的降本方法論被廣泛運用于汽車零部件的設計、制造。

1 價值工程的發展：從簡單到復雜，從單一到系統

①20世紀40年代二戰期間，市場原材料供應十分緊張，給采購和尋找物資帶來巨大困難。美國通用電氣的工程師麥爾斯為了解決噴涂車間石棉板采購問題，采用最早期的價值工程思想，找到替代產品，不僅解決實際問題，而且實現了大幅的降本。這就是價值工程的雛形：通過改變產品尺寸、形式、材質達到自己想要的功能。然而隨著價值工程的不斷發展，其運用和功能從簡單到復雜，從單一到系統。如圖1。

圖1 價值工程的發展

②第二階段，價值工程的思想影響到量產產品的設計優化，改變產品設計和加工方法是這階段的主要運用。比如某制造商發現某產品在制造階段特別困難，廢品率高等，那這時候往往會運用價值工程的思想給產品做設計優化。五年前的汽車中冷器設計中，進出水室都是鋁制材料，不僅重量大，壓鑄成本也比較高。隨著工業塑料的性能加強和輕量化的趨勢，很多零部件逐漸有塑料取代傳統金屬件，如圖2和圖3，汽車中冷器進氣室由PPA6+30%GF替代鋁制氣室。

圖2 中冷器進氣室（鋁）

圖3 中冷器進氣室（塑料）

③到了三階段，價值工程的思想開始影響新產品的設計和加工。

早期的工業化狀況是原始的產品開發模式：產品的設計和制造都由同一個人來完成，比如我們熟知的打鐵匠，自己設計鐵器的形狀，自己鍛打。然而隨著社會的發展，產品變得越來越復雜，制造工藝也越來越復雜，產品設計和制造都需要很強的專業知識，無法由同一個人完成，因此，打鐵匠的產品開發模式逐漸遠離。于是，產品開發產生了設計和制造的社會分工，產品開發分為產品設計和產品制造兩個階段，分別由設計工程師和制造工程師負責。設計工程師關心產品的外觀、功能和可靠性，卻不會關心產品是如何制造、裝配的。因此導致了設計和制造脫節，從而導致產品設計完后制造困難廢品率高，制造成本高居不下，甚至不得不返回重新設計，使得項目開發周期長，開發成本高。

原始產品開發模式，到現在的傳統產品開發模式，都已經不再適應信息化、數字化時代，轉而需要的是新產品開發模式，文章稱之為面向生產工藝的設計。

1）零件設計應避免鋒利的邊、角，除了防止工傷外，還可以提升材料利用率。

2）零件設計應該易于抓取，如圖4，原始的設計由于產品太薄，工人在抓取時比較費力，這就會浪費生產工時，導致效率低，從而造成成本的浪費；合理的設計應該是適合抓取。

圖4 零件設計應該易于抓取

3）零件應避免把大的零件置于小的零件上裝配，這樣可以避免由于下盤不穩導致的零件磕碰，造成質量成本，如圖5所示。

圖5 避免大零件置于小零件上面

4）零件裝配方向越少越好。最理想的產品裝配只有一個裝配方向。裝配方向過多造成在裝配過程中對零件進行移動、旋轉和翻轉等動作，降低零件裝配效率，使得操作人員容易產生疲憊，同時零件的移動、旋轉和翻轉等動作容易造成零件與操作臺上的設備碰撞而發生質量問題。如圖6，原始的設計中具有兩個裝配方向，當下面兩個零件固定好后，兩個零件必須翻轉180°，再固定最上面的零件；改進的設計中只有一個裝配方向，零件不需要翻轉就可以把三個零件裝配在一起，裝配過程簡單。

圖6 避免多個方向裝配

5）導向特征的設計。常用的導向特征包括斜角、圓角、導向柱和導向槽等，斜角的例子如圖7所示。

圖7 導向特征的設計

導向特征應該是裝配最先接觸點，需要注意的是導向柱的長度不能太短，需要保證導向柱是兩個零件最先接觸點，導向柱才具有導向效果。在裝配時，導向特征應該先于零件的其他部分與對應的裝配件接觸，否則，不能起到導向作用，如圖8所示，而應該設計成如圖9。

圖8 無法起到導向作用的設計

圖9 優化后的設計

6）避免零件過約束：原始的設計由于零件A和零件B都完全對應，屬于過度約束，導致裝配是叫困難，要嚴絲合縫，如圖10；而優化后的設計是零件A其中一個空位加大，這樣裝配時只需要其中一個空對應上即可，另外一個很容易對上，如圖11。

圖10 過約束的設計

圖11 優化后的設計

7）避免裝配干涉，如圖12。

圖12 電插座干涉案例

8）為輔助工具提供空間：原始的設計沒有留出大螺栓的空間，導致裝配困難，如圖13，優化后的設計如圖14。

圖13 無法裝配的設計

圖14 優化后的設計

2 材料優化

2.1 考慮國產材料替代進口材料

隨著我國工業化進程的不斷發展，中國制造的水準已經完全可以滿足汽車產業鏈的要求，這時候我們要聚焦適當的材料國產化工作，比如硅膠，進口硅膠單價至少120元/kg，而國產目前可以做到50元/kg，并且性能通過各種實驗要求。既然國產硅膠可以滿足功能要求，就該推進國產化。

2.2 用常規材料替代特殊材料

在很多的零件設計中，依然會采用市場不常規用到的材料，這部分材料因為市場用量很少，導致固定成本分攤極其高，因此能找到這部分材料的替代品對降本有極大助益。比如在汽車零部件中冷器中，偶爾會出現使用PPA6+50GF的材料，這種材料在市場比較罕見，單價55元/kg，而通過CAE和搭載測試，PPA6+35%在多數情況下很替代PPA6+50GF，單價卻只要26元/kg。

2.3 低牌號的材料替代

關于材料的牌號選擇對成本的影響也很大，比如經常發現汽車鈑金件材料牌號過高，對于沒有震動要求的支架，還選用Q345的原材料。Q345相比Q235，材料單價至少高出1元/kg，其用于支架的多數情況是有震動，因為需要更穩定的性能。而對于完全沒有震動的安裝環境，Q235完全可以滿足。

2.4 材料利用率提升

材料利用率的提升，直接影響了整體材料費，因此，能提升材料利用率，就能降低成本。材料利用的案例在鈑金件尤其適用，鈑金件在排布時，不同方案將對應不同的材料利用率。

2.5 邊角料、尾料再利用

鈑金件的邊角料很多都可以在利用，比如大型沖壓件，一般邊角料都比較大，可以用來沖壓一些較小的零件；較長的金屬管的尾料很多情況也可以用來制作其他較短的金屬管。

3 結論

價值工程的運用和實施，已經變得系統，不再是早期的通過改變產品尺寸、形式、材質達到自己想要的功能，而是已經深入到設計、制造、包裝和物流整個供應鏈。未來的價值工程還將繼續在制造業的各個領域實現不同的價值和功能。數字化時代即將到來，價值工程也將在數字化領域綻放其應有的價值。