缩短全球车型整车性能开发周期的方法探讨

2023年12月10日发(作者：保时捷敞篷车有哪几款)

缩短全球车型整车性能开发周期的方法探讨

作者：邓国勇 吕安松 孙卫刚

来源：《企业科技与发展》2021年第11期

【关键词】整车性能;全球化开发;项目质量;方法

【中图分类号】F407.471 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）11-0043-05

0 引言

随着全球局势演变，以美国为首的发达国家实施逆全球化战略，企图重塑制造业;而发展中国家如越南、印度大力发展劳动密集型工业，积极参与全球分工。我国制造业面临发达国家和低人力成本发展中国家的双重挤压挑战[1]，必须加紧全球战略部署，从制造大国向制造强国转变。

全球汽车市场快速变化、智能汽车等技术一日千里、产品迭代迅速，如何快速推出满足市场需求产品，是企业迫在眉睫的任务[2]。本文通过总结近年的全球车型研发实例[3]，梳理总结如何有效利用资源，缩短整车性能开发周期，为后续的自主品牌车企研发全球车型，快速投放市场提供一种借鉴模式。

1 整车性能概述

广义的整车性能概念源于用户的直接感受，涉及汽车使用的方方面面。汽车的物理结构设计开发制造过程中，考虑汽车结构本身所具有满足用户需求的某些内在特性，这些内在特性广义上统称为汽车性能。

以某车企的整车技术规范（Vehicle Technical Specification）为例，整车性能分为客观项和主观项两大类，按整车性能模块进行分类，整车性能可分为13个大类别，每个大类别下分为3～4个系统级项目，每个系统级项目又可分10多项具体指标，总计超过800项主、客观评价项目（如图1所示）。不同用户群体关注的整车性能项目各有差异，一般用户普遍关注经济性，如超低油耗、超高可靠性、更低的保養维修费用，山区用户则考虑爬坡装载能力。商务用车不仅要关注舒适性、安全性，还要综合考虑汽车品牌特性[4]。对于车企而言，全球车型在满足销售区域的用户反馈和特殊要求时，应符合销售国和区域的法律法规要求。

2 整车性能开发流程

整车性能开发流程，车企普遍采用阶段-质量阀门（Stage Gate Process）流程。阶段-质量阀门流程起源于20世纪60年代初的美国航空航天局的阶段回顾流程，该流程在汽车企业中作为一种最佳实践应用在新产品开发中[5]。新产品开发项目按时间轴分解成若干离散阶段，每个阶段的结束前设置相应的质量阀门回顾检验点，回顾项目阶段开发状态是否满足预先设定的目标要求。

2.1 整车性能开发阶段划分

整车性能开发贯穿于汽车产品研发整个过程，按照阶段-质量阀门（Stage Gate Process）流程划分节点，典型阶段划分如图2所示。整车性能的开发工作划分为3个阶段。

第一个阶段为前期开发和概念设计，主要是完成概念技术描述CTD（Concept Technical

Descriptors）和整车性能技术规范VTS（Vehicle Technical Specification）的创建和确认发布，同时系统零部件工程师完成设计概念描述DCD（Design Concept Description）的评审发布。这一阶段整车项目CTD中输入市场细分要求，包括市场定位、产品赢点、目标用户、原型车竞争策略等。系统零部件工程师发布的DCD中完成重量、性能、质量、平台化、成本等多维度的设计概念评审。通过对竞争车型的对标分析和MULE骡子车造车验证，整车性能工程师与零部件工程师一起进行可行性判定，依据判定结果，对VTS指标进行调整平衡，直至在项目T1数据节点前完成概念技术描述CTD、整车性能技术规范VTS、各性能模块结构设计概念描述DCD的确认发布，这一阶段要求VTS性能总体达标率在65%以上。

第二个阶段为样件结构设计制造阶段，是整车性能开发的核心关键阶段。前期评审的系统设计DCD通过零部件供应商的定点选择之后，作为零部件设计要求SOR（Statement of

Requirements）发放给零部件供应商，整车研发部门与零部件供应商共同开发。通过修改方案和验证样件，从粗糙到精致，持续提高，数据发布不断更新。整车性能问题清单是记录和跟踪整车性能VTS指标满足状态，包括原因分析、措施对策及实施情况。经过PRO、OTS样车制造验证及DCD中定义的系统ADV（Analysis Development Validation）试验大纲完成整车和系统部件级验证，到达OTS质量阀门回顾节点时，VTS性能总体达标率在80%以上。

第三个阶段是样车制造性能指标验证。用以制造试验样车的零部件一般可以分为两个阶段：第一个阶段是利用结构设计的成果，使用软模具试制出零件样品（Prototype Sample

Part），这一阶段整车样车制造叫作软工装样车（Prototype Sample Vehicle）;第二个阶段是利用合格数据发布，使用正式工装模具制造出来的工装样件（Off-Tooling Sample Part），一般OTS样件交样前要完成系统部件级的ADV验证，有专门的OTS认可流程完成认可，这一阶段整车样车制造叫作工装样车（Off-Tooling Sample Vehicle）。OTS阀门开启后，产品开发阶段的工作重点是试验验证和问题解决。整车项目团队通过ADV试验计划，不断对样车和OTS样件进行测试，检验其是否满足前期VTS和DCD制定的设计目标。在试验验证的过程中，出现问题时将要对原先的设计做相应的修改，直到相应指标满足目标。在NS质量阀节点回顾时，VTS整体性能达标率要求在99%以上。 NS（Non-saleable）质量阀开启后，产品开发主要工作告一段落，项目进入生产制造准备阶段，生产制造准备阶段工作的重点是完成制造设备的安装和调试、生产一致性问题解决、供应商零件的批量验证，产能爬坡，满足市场订单的要求。

S（Saleable）阀开启后，整车产品可以在市场上销售，此时对销售车进行生命周期性能评价，主要工作内容是收集和分析售后用户反馈的性能质量问题，为改款车型和下一代车型提供依据。

2.2 整车性能开发的组织机构 在整车研发部门中，一般根据车辆功能划分组织机构，分别负责整车性能模块的专业零件系统开发，比如车身部负责白车身密封性，动力冷却部负责空调性能、热害保护等。整车性能开发缺少一个牵头组织协调统筹的负责部门，而整车性能问题通常情况下涉及不止一个功能模块和部门，比如整车动力性能与重量、轮胎、发动机、变速器、标定等，需要跨部门配合协调，整车性能问题在组织沟通上具有困难[6]。跨部门协调解决问题，需要组织有集成功能，通过协调市场、采购、功能模块开发控制整个整车性能开发过程，达到快速响应的目的。

一般一个整车项目启动初期，需要建立如图3所示两支团队：一支负责整车性能的整车性能集成团队（Vehicle Performance Integration Team），负责的整车性能包括动力性经济性、总布置、NVH、重量等，该团队不负责零部件系统的数据发布，但对发布的数据做性能检查评审，利用CAE虚拟技术、实车测试、主观评估等手段评测发布零部件系统和整车的性能是否满足既定指标;另一支由各功能区域组成整车系统集成团队（Vehicle Compartment Integration

Team），负责功能系统零件物理结构开发和数据发布及其性能表现，如车身防腐、底盘性能、动力冷却等。项目前期开发及概念设计阶段，VPIT团队的核心交付物为VTS，VCIT团队的核心交付物为各个子系统的DCD，两个团队的共同汇报领导为整车性能经理（Vehicle

Performance Manager），两个团队的成员由各系统或性能专业模块资深工程师（Vehicle

Systems Engineer）构成，VSE参加VCIT和VPIT集成项目会议，向VPM汇报性能状态。VPM通过整车技术规范（VTS）平衡各个性能集成小组负责的性能要求;通過DCD进行过程控制零部件系统的物理发布;组织VPIT&VCIT集成项目会议;推动跨不同性能集成小组问题的解决;向整车项目总工VCE（Vehicle Chief Engineer）汇报性能状态。

3 缩短整车性能开发的方法

在整车性能开发过程中，包含有性能开发策略制定、性能目标设定和分解、性能虚拟验证和优化、实车性能验证和优化等，由图2整车性能开发阶段划分可知，整车技术规范VTS和系统设计DCD状态跟踪是贯穿始终的。PRO、OTS、NS阶段-质量阀门开启节点，都有VTS指标达标率要求，如何缩短整车性能开发实质就是如何合理分配和调动资源推进VTS指标快速达到设定目标值。根据项目经验，可以在如下几个方面寻求解决方法。 3.1 基于用户需求的目标设定

全球车型是满足全球用户的需求，而分布在地球各个角落的全球用户在法规、路况、环境、使用习惯上有一定的差别[7]，如何准确识别用户需求，把用户需求转化为工程语言是整车性能开发中的核心阶段之一，也是最考验产品设计智慧之处。基于用户需求开发的具体工作方面，整车性能的各个模块实施质量功能展开（Quality Function Deployment），质量功能展开（QFD）是把顾客对产品的需求（VOC）进行多层次的演绎分析，转化为产品的技术特性（CTQs）、功能需要（FRs）、设计参数（DPs）、过程变量（VPs）的质量工程工具，用来指导产品的稳健设计和质量保证。QFD的基本原理是用质量屋（House Of Quality）的形式量化分析顾客需求与工程措施之间的关系，从而根据贡献大小找出关键质量特性，继而开发出满足顾客需求的产品（如图4所示）。以中国市场为基础车型的“宝骏530”车型，集成股东方资源，通过适应性开发，使用“雪佛兰”标、“名爵”标、“五菱”标销往中南美洲、中东、印度、东南亚等区域和国家，是全球车型开发的很好实践。

3.2 自顶向下的系统设计

各系统的DCD设计方案贯穿于整车开发全流程，需要深入分析顾客需求，从系统顶层开始，进行功能的分配、系统原理框架的展开、信息的传输与处理及综合、接口的控制、系统重构设计等，开展自上而下的设计和自下而上的综合，把系统的设计方案映射为对应的工艺方案（如图5所示）。系统设计的DCD作为技术积累沉淀的核心知识库载体，项目工程团队可以直接从DCD知识库中选取现有的成熟技术，或者可以在知识库里找到最佳实践，这样可以继承前人的开发经验，少走弯路，从而缩短产品开发周期。通过有机地管理各子系统、零部件的并行开发，协调技术、进度、成本的矛盾，保证子系统的开发按规范的程序、规定的时间节点和成本完成。

3.3 平台化模块化设计

平台开发中的通用性与差异性是互相对立的，通用化程度越高，产品将越趋同，差异性下降。如何平衡不同车型之间的“通用化”和“差异化”将成为汽车设计的重要研究课题，如图6所示[8]。为了在日趋激烈的市场竞争中获胜，车企应该专注对客户需求的快速响应，在兼顾车型差异化的同时尽量提高系统、总成、零部件的通用化率和模块化水平这是平台架构开发的一项重要任务。

NS（Non-saleable）质量阀开启后，产品开发主要工作告一段落，项目进入生产制造准备阶段，生产制造准备阶段工作的重点是完成制造设备的安装和调试、生产一致性问题解决、供应商零件的批量验证，产能爬坡，满足市场订单的要求。

S（Saleable）阀开启后，整车产品可以在市场上销售，此时对销售车进行生命周期性能评价，主要工作内容是收集和分析售后用户反馈的性能质量问题，为改款车型和下一代车型提供依据。

2.2 整车性能开发的组织机构

在整车研发部门中，一般根据车辆功能划分组织机构，分别负责整车性能模块的专业零件系统开发，比如车身部负責白车身密封性，动力冷却部负责空调性能、热害保护等。整车性能开发缺少一个牵头组织协调统筹的负责部门，而整车性能问题通常情况下涉及不止一个功能模块和部门，比如整车动力性能与重量、轮胎、发动机、变速器、标定等，需要跨部门配合协调，整车性能问题在组织沟通上具有困难[6]。跨部门协调解决问题，需要组织有集成功能，通过协调市场、采购、功能模块开发控制整个整车性能开发过程，达到快速响应的目的。

一般一个整车项目启动初期，需要建立如图3所示两支团队：一支负责整车性能的整车性能集成团队（Vehicle Performance Integration Team），负责的整车性能包括动力性经济性、总布置、NVH、重量等，该团队不负责零部件系统的数据发布，但对发布的数据做性能检查评审，利用CAE虚拟技术、实车测试、主观评估等手段评测发布零部件系统和整车的性能是否满足既定指标;另一支由各功能区域组成整车系统集成团队（Vehicle Compartment Integration

Team），负责功能系统零件物理结构开发和数据发布及其性能表现，如车身防腐、底盘性能、动力冷却等。项目前期开发及概念设计阶段，VPIT团队的核心交付物为VTS，VCIT团队的核心交付物为各个子系统的DCD，两个团队的共同汇报领导为整车性能经理（Vehicle

Performance Manager），两个团队的成员由各系统或性能专业模块资深工程师（Vehicle

Systems Engineer）构成，VSE参加VCIT和VPIT集成项目会议，向VPM汇报性能状态。VPM通过整车技术规范（VTS）平衡各个性能集成小组负责的性能要求;通过DCD进行过程控制零部件系统的物理发布;组织VPIT&VCIT集成项目会议;推动跨不同性能集成小组问题的解决;向整车项目总工VCE（Vehicle Chief Engineer）汇报性能状态。

3 缩短整车性能开发的方法

在整车性能开发过程中，包含有性能开发策略制定、性能目标设定和分解、性能虚拟验证和优化、实车性能验证和优化等，由图2整车性能开发阶段划分可知，整车技术规范VTS和系统设计DCD状态跟踪是贯穿始终的。PRO、OTS、NS阶段-质量阀门开启节点，都有VTS指标达标率要求，如何缩短整车性能开发实质就是如何合理分配和调动资源推进VTS指标快速达到设定目标值。根据项目经验，可以在如下几个方面寻求解决方法。

3.1 基于用户需求的目标设定

全球车型是满足全球用户的需求，而分布在地球各个角落的全球用户在法规、路况、环境、使用习惯上有一定的差别[7]，如何准确识别用户需求，把用户需求转化为工程语言是整车性能开发中的核心阶段之一，也是最考验产品设计智慧之处。基于用户需求开发的具体工作方面，整车性能的各个模块实施质量功能展开（Quality Function Deployment），质量功能展开（QFD）是把顾客对产品的需求（VOC）进行多层次的演绎分析，转化为产品的技术特性（CTQs）、功能需要（FRs）、设计参数（DPs）、过程变量（VPs）的质量工程工具，用来指导产品的稳健设计和质量保证。QFD的基本原理是用质量屋（House Of Quality）的形式量化分析顾客需求与工程措施之间的关系，从而根据贡献大小找出关键质量特性，继而开发出满足顾客需求的产品（如图4所示）。以中国市场为基础车型的“宝骏530”车型，集成股东方资源，通过适应性开发，使用“雪佛兰”标、“名爵”标、“五菱”标销往中南美洲、中东、印度、东南亚等区域和国家，是全球车型开发的很好实践。

3.2 自顶向下的系统设计

各系统的DCD设计方案贯穿于整车开发全流程，需要深入分析顾客需求，从系统顶层开始，进行功能的分配、系统原理框架的展开、信息的传输与处理及综合、接口的控制、系统重构设计等，开展自上而下的设计和自下而上的综合，把系统的设计方案映射为对应的工艺方案（如图5所示）。系统设计的DCD作为技术积累沉淀的核心知识库载体，项目工程团队可以直接从DCD知识库中选取现有的成熟技术，或者可以在知识库里找到最佳实践，这样可以继承前人的开发经验，少走弯路，从而缩短产品开发周期。通过有机地管理各子系统、零部件的并行开发，协调技术、进度、成本的矛盾，保证子系统的开发按规范的程序、规定的时间节点和成本完成。 3.3 平台化模块化设计

平台开发中的通用性与差异性是互相对立的，通用化程度越高，产品将越趋同，差异性下降。如何平衡不同车型之间的“通用化”和“差异化”将成为汽车设计的重要研究课题，如图6所示[8]。为了在日趋激烈的市场竞争中获胜，车企应该专注对客户需求的快速响应，在兼顾车型差异化的同时尽量提高系统、总成、零部件的通用化率和模块化水平这是平台架构开发的一项重要任务。