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质量工具在汽车设计开发中的集成应用

【摘要】 内建质量模型将质量管理思想融入汽车产品设计开发过程,通过将质量工具有机整合应用,不 但可以大幅提升汽车产品设计开发质量,而且能够持续提升设计与工程开发能力。

0 引言

  设计开发质量是影响产品整个生命周期质量 最为关键的因素,不论是设计开发时间、开发成 本、还是开发质量,在整个研制周期中都占有极大 的比重 [1] 。加强汽车的设计开发质量管理将对提 高产品质量、降低成本、缩短产品上市时间、增强 产品的市场竞争力等方面有着积极的现实意义。 因此不断改善产品设计开发质量已成为企业降低 生产成本、挖掘潜在利润、缩短产品交货周期、提 高市场竞争力的一个极为重要的环节。

  1 泛亚设计开发内建质量模型

  1. 1 内建质量模型产生的背景

  泛亚汽车技术中心在整车产品开发过程中采 取的是矩阵式项目管理,每一个整车项目的开发 均以全球整车开发流程为主线,实施整车项目开 发管理。由于整车开发涉及系统接口和功能众 多,从数字设计到物理验证,广泛采用同步工程和 系统工程管理。所以在实施质量管理的过程中遇 到了这样或那样的问题。

  ( 1) 较难实现真正的市场驱动的产品开发,客 户需求输入和客户需求得到满足的控制机制难以 保证。

  ( 2) 汽车设计开发过程极其复杂,零件众多, 开发部门之间利益壁垒的存在,导致“界面”问题 成为提高设计开发质量的严重阻碍。

  ( 3) 汽车产品的使用条件也相当复杂,诸如温 湿度、客户使用习惯、零部件的老化和制造偏差 等,都会影响产品的设计开发质量,让产品功能的 稳定性大打折扣。

  ( 4) 对质量工具的运用存在教条主义,强调了 单一质量工具的应用技巧,而未将质量工具有机 地融合到产品的开发过程中,也未从集成化的角 度进行思考。

  ( 5) 经验学习过程未纳入问题解决过程从而 形成闭环的学习过程,导致质量问题重复出现; 也 未充分从知识管理的角度对设计开发过程进行有 效回馈,很难形成设计开发过程能力螺旋型上升 ·

  1. 2 内建质量模型的建立

  设计开发是成本控制的源头,一般而言,成本 随着项目的推进,在不同的阶段会呈现几何级数 的增长。从泛亚的实践经验来说,如果前期设计 没有考虑周全,往往会引起售后市场的抱怨,甚至 召回事件。如何实现从“后期解决”到“前期预 防”,对于产品的成功至关重要。

  泛亚经过在汽车设计开发质量管理领域 15 年的积极探索和实践,逐渐摸索出了一套符合设 计开发企业特点的“前期预防”质量管理模式,称 之为设计开发内建质量模型( 见图 1) 。

  这一模型的特点是: 明确了客户需求是所有 产品开发的驱动源,稳健设计及有效认证为产品 开发的基本保障,积极的问题解决成为合理的补 充,同时知识管理始终贯穿在开发活动的过程中, 并在不同的阶段形成固化的知识积累。开发各个 阶段针对问题和经验积极开展经验学习活动,从 机制上确保经验学习的成果能够标准化,并且输 入到后续的产品开发过程中,让设计开发质量水 平持续改善,设计开发能力不断提升。

  1. 3 内建质量模型的集成式闭环管理

  汽车设计开发内建质量模型的另一个特色是 真正形成了集成式的闭环管理,而且对于各种质 量工具的应用更加具有逻辑性和可操作性。如在 客户需求定义阶段会较多地使用质量功能展开 ( QFD) 工具,到了稳健设计和有效认证阶段采用 六西格玛设计( DFSS) 、设计失效模式及后果分析 ( DFMEA) 和基于试验后果的设计评审 ( DRB- TR) [3] 。针对开发阶段出现的问题会更多地采用 7 钻和 Red X 方法进行积极地解决。这些环节环环相扣,使设计开发质量持续改善。对于开发过 程和问题解决的每个阶段都会推动基于知识管理 理论,应用经验学习这个工具为核心的回馈过程, 确保产品开发质量的提升和工程师能力的螺旋形 上升。同时对于同步执行的项目和后续项目都会 起到预防类似问题重复发生的效果。

  2 内建质量模型的应用实践 根据设计开发内建质量模型,泛亚结合汽车 产品开发过程定义了质量工具的具体应用( 见图 2) 。

  2. 1 产品概念开发阶段( 项目立项到项目启动)

  汽车产品概念开发阶段是产品开发的最前 期。在这个时期,需要明确项目的目标、项目的生 命周期和范围、项目的市场定位、竞争对手及价 格、主要设计亮点及技术亮点等、工程解决方案, 制造可行性及固定资产投资策划、所需的零件清 单等。这些最基本的整车需求会被定义出来,然 后指导后续的汽车产品设计。

  汽车越来越被大众消费者认为是高科技产 品,不仅要满足代步功能,还要集多种功能于一 身,如娱乐、舒适、高科技,甚至个性化等元素。因 此这个阶段的设计内容在整个产品开发周期中非 常重要,因为这时确定的需求是宏观战略性的需 求,所谓失之毫厘谬以千里,前期的错误在后期往 往需要成倍的时间和人力去弥补,所以在这个阶 段主要引入 QFD 和 DFSS。

  结合具体项目,QFD 一般在项目的前期展开,首先是客户声音收集。对此,泛亚围绕这个工具, 开展客户和市场走访活动,收集和分析客户对于 汽车产品的需求。走访的团队由各部门的资深工 程师组成,一般分成几组,分别在几个有针对性的 城市,通过与客户及汽车经销商进行问卷调查和 访谈,收集一手的资料,并通过 QFD 分析和整理, 对后续产品开发设计输出有效的工程指标,可以 区分竞争产品差异,并设定具有竞争性的目标( 见 图 3) 。

  DFSS 在提高产品质量和可靠性的同时,还可 以降低成本及缩短开发周期,具有很高的应用性和 实用性。在实际操作过程中,可根据 QFD 确定的顾 客和市场需求,建立 DFSS 项目; 也可以根据产品设 计的方向和目标,以及类似产品的质量问题,启动 DFSS 改进项目。目前泛亚的 DFSS 立项启动不仅 有独立的解决问题、提升客户满意度的项目,还与整 车开发相接合,在整车项目的前期就引入 DFSS 的 思想,将可能需要前期设计的问题进行识别。然后, 运用创新方法和技巧,解决工程中的各种矛盾/冲 突,开发高质量、具有竞争力的设计方案,而且更重 要的是能够实现产品设计创新。通过田口方法的 应用,进行具体的产品设计参数选择,可以得到稳健 的产品设计参数的最优组合( 见图4)

  2. 2 产品数据开发阶段( 项目启动到设计发布)

  在确认了项目的整体需求并对项目的总体框 架结构形成初步方案后,产品开发推进到了数据 开发阶段,如果说在概念开发阶段,是总体的方向 把握,那么在数据开发阶段则是通过开发工作将 总体的方向落到实处。

  汽车产品的数据开发阶段重要的特点是: 零 件多、系统复杂、界面相互交错、开发时间紧迫。 需要在整体上把握开发进度,确保每一个开发节 点的交付物的准时递交,严格的前期质量控制非 常重要。所以在这个阶段泛亚引入了系统化的产 品质量问题前期预防工具 DFMEA/DRBFM。

  顺利实施 DFMEA/DRBFM 的关键因素之一 就是及时性。它是“事前”行为,而不是“事后”操 作。为了实现最大作用,DFMEA 必须在产品数据 发布之前实施。预先完成 DFMEA/DRBFM,产品 的变更就变得更加容易预防和控制,且开发成本 也较低,从而将后期更改的危机减少到最小 [4] ( 见 图 5) 。

  泛亚的 DFMEA/DRBFM 流程中,充分抓住 FMEA 的各个要素,并结合汽车产品开发特点,共 制定 6 个评审节点,并且明确每个节点的基本任 务和完成时间。

  对每个节点,都会对整个项目的 DFMEA / DRBFM 完成状态和完成质量进行跟踪,确保在项 目的开发过程中能做到“事先预防”,从而提高产 品开发的总体质量。

  2. 3 产品试制验证阶段和产品投产阶段

  产品数据设计阶段完成后,整个开发流程过 渡到了产品试制验证阶段和产品投产阶段。  

  产品试制阶段是将上阶段开发完成的数据转 化成实际的物理产品,并对其进行各种试验,以确 定达到了法律法规及客户的要求。然后零部件及 子系统的设计验证完成后,进入到产品投产阶段, 产品转入到生产线进行调试和试生产。

  随着汽车三包政策即将出台,政府和消费者 对汽车质量愈加关注,汽车产品的试制和验证需 要更加严谨和科学合理,因为这个阶段是产品投 产前的最后一关。

  试制及验证的目的是在试制零部件已经完成 的情况下,最大化地发现问题并改进设计。这里 引入了质量工具 DRBTR。在运用 DRBTR 寻找发 现设计隐患的过程中,有一个很重要的观点,即不 要把试验简单地当成判断的方法,而是要将它作 为发现问题的手段。正是基于这种想法,便有了 在项目开展中需要遵循的行为方式,即:

  ( 1) 在观察了试验结果之后,还有哪些不良的 隐患;

  ( 2) 这些隐患可能会引发哪些问题;

  ( 3) 这些隐患会在什么情况下转变成实际的 问题;

  ( 4) 这会对客户造成怎么样的影响;

  ( 5) 为了避免这些预感转变为现实问题,需要 采取哪些措施。

  泛亚的 DRBTR 活动不仅在零部件级的试验 中开展,而且也融合到整车的集成开发中。以整 车耐久性试验为例,整个试验过程中会设置 3 次 DRBTR 的节点,通常在试验完成的 50% 、99% 和 100% 时进行。前两个节点 50% 和 99% 是在耐久 性路试现场,针对完成相应里程数的车辆进行现 地现物的全方位观察和性能评估。100% 的 DRB- TR 一般是将试验车运回泛亚来实施,并进行完全 拆解,这样可以让大家观察得更彻底。

  有些问题很简单,能够一眼就看出来,有些问 题是系统的问题,很难找出问题的根本原因。所 以在这个过程中引入了分析问题的质量工具 7 钻 和 Red X,用来协助工程师快速准确地找到问题的 根本原因,从而进一步解决问题,并将新发现的失 效模式和原因更新到 DFMEA 中,同时做好经验学 习和总结活动,形成闭环质量管理过程( 见图 6)

  泛亚在汽车产品开发过程中,引入了先进的 质量管理方法,梳理了各个质量工具的应用范围, 并结合整车开发特点,将各种质量工具进行有机 地整合,灵活地应用在产品设计开发中,不断改进 和优化,将内建质量模型的效能发挥到最大。

3 应用总结

  自 2006 年全面推广和应用设计开发内建质 量模型以来,泛亚的工程开发能力已经突破了饱 和期。从 2006 年只能进行平台大改型和系统设 计开发,发展到成功完成新赛欧、新 GL8 等全新整 车开发以及 C14 全新动力总成开发,进入到了持 续改善阶段,并且开始主导开发某些全球车型。

  以新赛欧为例,J. D. Power 新车质量调研 ( IQS) 报告中,新车平均问题数下降了 65%,名列 细分市场第一。这种强烈的反差除了说明了技术 在飞速的革新,更体现了质量管理水平的飞跃。 泛亚的内建质量模型的创新实践也获得了行业的 一致肯定,并分别荣获了 2012 年度工业和信息化 部与中国质量协会颁发的“质量标杆”称号。