汽车研发中的创新整合设计思想

汽车研发中的创新整合设计思想现代汽车设计的生命在于创新,现代汽车的完善和发展离不开整合。面临着汽车设计周期越来越短，制造成本居高不下，产业投资有增无减，市场开拓难度越来越大，已经不是纯设计问题，更不是单靠技术手段所能解决的，需要考虑汽车生命周期内的许多实际问题，需要依靠成熟的技术－经济体系的强大支撑，需要以效费比的高低来衡量。现代汽车的创新整合设计是个大的系统工程，涉及产品战略、市场营销、信息反馈、环境保护、材料回收等方面，已不同于传统意义的开环系统，而属于受控、可调的闭环系统。不仅对设计人员提出了更新、更全面的要求，而且还对企业管理层和领导层均提出了更高的要求，以适应经济全球化带动汽车产品设计的创新、技术进步和持续发展，全力提升中国汽车工业科技、产能、效益的竞争力。现代汽车开发不单以应用新技术、新工艺、新材料多少作为衡量其先进性的指标，而且还以创新性，以及应用了多少成熟技术、成熟工艺、成熟材料等确保其可靠性、可维护性和经济性来衡量。可以这样认为，现代汽车开发既需要创新理论的指导，先进技术的领航，更离不开成熟的技术－经济体系的支撑。其中，创新整合设计很关键，其直接影响整车开发周期的长短、性能的优劣和效费比的高低。1．成熟的技术－经济体系支撑通常，成熟技术－经济体系泛指成熟的设计、成熟的工艺、成熟的生产管理、成熟的营销、成熟的用户。成熟技术－经济体系是现代汽车进行整合设计的基础。1．1成熟的设计包括采用更多可行的开发程序、更多经典的和现代的设计方法、更多熟悉的标准、更多实践经验的积累、更多成功车型的实例，指导现代汽车及其零部件和系统设计，旨在降低技术－经济风险、降低技术－经济难度、少走弯路、减少重复劳动。1．2成熟的工艺包括在现代汽车研发和批产中，采用成熟的冲压、铸造、锻压、焊接、金切、热处理、表面处理、装配工艺，实现生产全过程的质量控制。例如，应用冲压工艺中的复合成型来减少工步；应用精冲来取代后续的金切工序，提高零件的精密度，同时提高生产效率。又如，应用激光焊接、摩擦焊接、二氧化碳焊接提高汽车零部件焊接质量。还如，应用专机生产线或机器人从事要求严、重复性大、劳动强度大的生产。1．3成熟的生产管理使汽车的生产流程、生产节拍、生产准备、生产供应等适应正常状态，处在成熟、统一、流畅的生产管理体系中。从而最大限度地利用当前的工艺装备和生产设备批产新车型，使之变化最小，改动最小，方便物流和仓储等，满足作业计划、生产节点、生产周期的要求。1．4成熟的营销利用成熟的营销体系使超市、专卖、中心三级营销更好地为车辆产品推广、车辆用户服务。保持营销的延续性与稳定性，确保市场占有率。1．5成熟的用户有益于生产工人、驾驶员、维修人员、车管人员的认知培训，巩固阶段成果，壮大成熟用户队伍。有益于提高用户的忠诚度、信任度、满意度，进一步完善使用维护体系，便于开拓市场，搞好售后服务。有了成熟的技术－经济体系，就为现代汽车的整合设计提供了厚实的基础，提供了有力的保障。2．创新整合设计是关键创新是现代汽车发展的生命力，是创新整合设计的重点。汽车的创新设计包括应用创新思想、创新理念、创新技术、创新动力、创新结构、创新材料、创新能源、创新特色、创新风格等，使得汽车性能有大幅度提高，或重大改进。然而，其还不一定能直接成为可向市场推销、为用户所能接受的产品，需要整合设计的完善、改进、综合，甚至再定位。创新整合设计既不同于传统意义的一般设计，也不同于高投入的全新设计，而是建立在成熟的技术－经济体系中的再设计，它为高级阶段的现代设计。其通过汽车零部件及其系统的集成，经优化－协调－综合，建立技术平台，留升级空间，达到先进、合理的设计指标，达到最佳效费比。2．1组合起步组合是整合设计的第一步。虽然按汽车各个系统把零部件组合起来比较容易做到，但仍要防止一些或某类功能相同或相类似的汽车零部件的堆砌，防止非使用－技术要求的系统重复构置。即零部件的堆砌不仅将导致结构的复杂性，增加结构死重，带来装配和维护的难度，而且还将增加使用成本；且系统重复构置则纯粹为浪费。这些都是现代汽车设计选型时尤其需要注意避免的。2．2零部件集成集成是将原来各自独立的汽车零部件总成，按使用－技术要求组成系统集中、功能明确的公共平台，提供标准的接口或联接件，以便于现代管理、制造、批产、检测、安装、维护。其中，该公共平台相当于微电脑中的主板，可视为抽象的底盘（通常因轿车无底盘，故用公共平台表述）；主板上的印刷线路相当于汽车各总成之间的管线和管路；而各自独立的汽车零部件相当于主板上的元器件。很显然，该公共平台好比微电脑中的主板，应满足基本功能，并有很好的兼容性；汽车零部件好比微电脑中的元器件，元器件功能经过主板的集成后综合反映出来，并非元器件的性能越好，微电脑的性能就越高。例如，采用奔腾4芯片配低品质主板，其高性能非但体现不出，反而还造成了浪费。这就告诉汽车设计者，零部件集成的关键是优化组合，恰到好处。2．3提出整合要求现代汽车产品创新整合设计是汽车设计战略的创新和整合。现代汽车产品设计战略的整合，不同于经典的汽车设计（图1），它除包括传统生命周期各个阶段外，还包括产品废弃后的拆卸、回收、处理处置，实现了产品生命周期阶段的闭路循环。再有加强汽车产品的战略分析，其中包括汽车产品占领市场的管理，反馈设计信息的回收利用，建立完善的产品信息数据库等，见图2。图1传统汽车设计（开环系统）图2现代汽车创新整合设计（闭环系统）从图2中可见，现代汽车产品的创新整合设计实际面向产品的整个寿命周期，即在概念设计及粗略设计阶段，就充分考虑到产品在制造、销售、使用及报废后对环境的各种影响。很显然，系统1只是个开环系统，在其生命周期结束后不会去管回收利用，不会去管信息反馈，属开放系统，也不受控，为低技术级别的。而系统2则属于闭环系统，要比系统1结构复杂，且可控、可调节，比系统1科学，比系统1完善，比系统1技术级别高。在其生命周期结束后还要考虑和解决产品的回收利用，还要研究市场，甚至建立数据库等。现代汽车创新整合设计涵概对总成系统的优化匹配，在技术－经济上要求新车突出重点、形成特色、有竞争力。●优化匹配现代汽车创新整合设计的核心是系统优化、部件和总成优化。应用现代优化设计理论分析动力系统、转向系统、制动系统、传动系统、电器系统、行走系统的最佳性能的集成与匹配，发挥整体优势。由于受限互相矛盾的约束条件，给系统优化带来困难；有的因采用不同的优化方法，得到的结果差异很大；有的因采用多目标函数优化，增加了设计的难度……所有这些，均需要从实际出发，按整合设计理论作具体分析和系统协调，进行科学处理。一方面需要继续改进优化设计方法，另一方面则需要不断完善优化设计理论。可以说，按照与时俱进的整合设计思想，现代汽车永远没有最好的设计，只有合理的、较好的设计。●突出重点现代汽车创新整合设计不是包罗万象，而是应该突出重点。例如，突出新车型降低百公里油耗，改进使用经济性；突出新车型装备车门防撞杆、正面/侧面安全气囊，提高乘员安全性；突出新车型在动力装置方面的升级，提高了废气排放等级。●形成特色现代汽车创新整合设计经过用心优化、突出重点后还应该体现个性，形成有别于其他车型的特色。反之，则混同一般品牌的车型，难以脱颍而出，也就失去了开发新车型的实际意义。这种特色可以是车身造型方面的，也可以是内饰件方面的；可以是改善乘坐空间的，也可以是提高安全性的；可以是添置某种先进车载设备或装置的，也可以是节能的，还可以是绿色环保的。●有竞争力而且可以这样认为，经过创新整合设计的现代汽车某种特色越鲜明，越突出，便在同类车型中越具有竞争力，对用户的吸引力也就越大，开发设计便越成功，开拓市场的动力和后劲便越大。这正是研发、设计、制造、营销各部门所热切期望的。2．4建立整合平台现代汽车创新整合设计的核心产物为整合平台，它要求性能稳定、综合性强、有升级空间。●性能稳定现代汽车整合平台必须提供车辆稳定的性能。即工作可靠、故障率低、机动平稳、操纵得心应手。●综合性强现代汽车整合平台应该能够适应同类、同级别多种车型的性能要求，即兼容性要好，综合性强，适应范围应广，并可供多种车型设计选择及配套。●有升级空间性能稳定、综合性强的现代汽车整合平台还应该留有可供车型后续改进、提高、完善的空间，更好地顺应时代发展要求，满足广大用户的需要。通常，整合设计应提供出厂汽车在5－10年使用期中有1－2次技术升级的空间，使之不因落伍而即遭淘汰。2．5创新整合目的创新整合设计的目的是以低风险、低投入、尽快形成有竞争力的、自主开发车型的能力，建立整合平台，缩短研发周期，上经济批量，追求的是最佳效费比。3．获取最佳效费比3．1缩短研发周期有了成熟的技术－经济体系，加快了现代汽车的创新整合设计速度，可望缩短研发周期40%－60%，即在2年左右便可推出一种新车型。3．2降低制造成本依靠成熟的技术－经济体系，使创新整合设计出的每辆现代汽车所应用的成熟技术－装备，及其零部件达60%－85%，大大降低制造成本，满足市场需要。3．3减少资金投入与全新开发新车型相比较，创新整合设计可减少资金投入45%－75%。图3现代汽车创新整合设计与传统设计效费比的比较3．4发挥资源优势成熟的技术－经济体系使现代汽车创新整合设计能最大限度地利用已有的开发、生产、营销、市场、用户的资源，为新车型研制和批产服务。这种增量资源优势有助于推进现代汽车朝产业化、规模化、高品质、低成本、高效益方向有序发展，应形成共识，大力倡导。3．5满足市场需求市场需要更多有成熟的技术－经济体系保障批产的现代汽车，以完善售后服务，降低产品返修率，提升产品的信用度，提高用户的满意度。表格1为可供现代汽车创新整合设计选择的若干新技术。系统名称可供选择应用的若干新技术动力装置：1电喷2涡轮增压3柴油喷射4混合动力5氢动力6压缩天然气7燃料电池8五气门发动机9柴油电控共轨喷射10柴油增压中冷技术变速器：1手动/自动变速器2自动变速器3CVT无级变速器动力转向系统：1机械液压动力转向2液压转向3电动转向悬架装置：1可调式液压减振阻尼悬架2空气悬挂装置3复合式悬架4五连杆后悬架5电子控制悬挂系统行驶控制系统：ABS－防抱死制动系统ASR－牵引力控制系统ESP－电控行驶平稳系统VDSC－车辆动力学稳定性控制系4WS－四轮驱动－转向系统新材料应用：1ASF－全铝合金框架结构2高分子材料3工程塑料4纳米材料5复合材料6低合金高强度钢板7结构钢8铁基粉末冶金材料9镁合金10钛合金11改性橡胶12功能玻璃13密封胶14缴粘剂车载电子系统：1GPS－卫星导航系统2CCS－汽车巡航系统3ITS－智能运输系统4语音控制系统5黑匣子记录器6电子导航装置7电子紧急救援系统8诊断及保养提示装置9座椅调节记忆装置10后视镜调节记忆装置11车内设施遥控操纵行车安全装置：1前后吸能保险杠2车门防撞杆3安全气囊4安全带5侧翻滚保护装置6乘员保护系统7其他防护措施汽车空调器：1氢化物汽车空调系统2固体吸附制冷汽车空调系统3吸收式汽车空调系统例如，某型轿车设计可选择采用柴油喷射/涡轮增压发动机、CVT无级变速器、CCS－汽车巡航系统、五连杆后悬架、安全气囊等项新技术，再与传统技术相整合。某型商务车设计可选择采用GPS－卫星导航系统、电动转向装置、ESP－电控行驶平稳系统、车门防撞杆等项新技术，再与传统技术相整合。某型吉普车设计可选择采用4WS－四轮驱动－转向系统、柴油电控共轨喷射动力装置、黑匣子记录器、等项新技术，再与传统技术相整合。某型客车设计可选择采用ASF－全铝合金框架结构、空气悬挂装置、前后吸能保险杠、侧翻滚保护装置等项新技术，再与传统技术相整合。某型卡车设计可选择采用低合金高强度钢板、机械液压动力转向、诊断及保养提示装置等项新技术，再与传统技术相整合。现代汽车创新整合设计原则既可以是同一品牌的不同车型之间，也可以是不同品牌车型之间的选用、组合、集成、优化。其中，起关键作用的因素有性能、价格、质量、寿命、使用、维护等。现代汽车创新整合设计在大的方面包括对相关、相邻系统之间的协调，在小的方面包括对已选定