研发流程管理技术在动力总成开发中的应用

雷保军

（上海交通大学，上海200240）

研发流程管理技术在动力总成开发中的应用

雷保军

（上海交通大学，上海200240）

介绍了新产品研发流程管理技术及动力总成产品研发的流程管理方案，并通过实践验证，证实了流程管理技术的应用效果，进一步说明了研发流程对产品研发项目的指导作用。

动力总成开发新产品研发流程管理

1 前言

为了快速响应市场需求和用户要求的变化，生产厂商已经将客户需求分析作为研发流程的重要组成部分，并由此展开研发活动。在研发过程中，普遍按照各自的产品研发特点，制订适合自身需求的新产品研发流程。根据研发流程的指引，使新产品研发周期缩短，成功率提高，成本也得到控制。本文以研发流程技术在工程机械发动机动力系统开发中的应用为主题，简要介绍发动机动力总成研发流程的制订以及流程在项目中的应用情况，进而说明了研发流程对产品研发项目的指导作用。

2 新产品研发流程管理

目前较为流行的研发流程是以门径系统为代表的研发流程，门径系统如图1所示。对于不同的研发对象，流程略有差异的。

门径管理系统SGS（Stage-Gate System），由罗勃特·G·库珀（Robert G.Cooper）于20世纪80年代创立一种新产品开发（NPD,New Product Development）流程管理技术，并应用于美国、欧洲、日本的企业，指导新产品开发[1]。该方法被视为新产品开发过程中的一项基础程序和产品创新的过程管理工具。门径管理系统将新产品发展分为几个不同的阶段[2]。每个阶段包含一套平行活动，由来自公司中不同部门的人员同时进行。在大部份企业的门径管理流程中，每个阶段提供一套适用于企业的活动，即可作为标准的实务操作。每个阶段在设计上都将收集必要信息，以使方案得以进展至下一个关卡或决策点。

根据门径系统原理，结合发动机动力系统总成的研发情况，将发动机动力总成研发流程共分为6个阶段，5个评审点，2个决策点，如图2所示。

2.1 动力总成研发流程的各个阶段及评审

2.1.1 前期研究阶段

前期研究阶段主要任务是把客户需求描述转化成工程语言并确认可行性的过程。

一个新的构思的诞生有多种途径。首先从公司

发展战略出发，确定公司重点发展的领域，并从公司发展战略的层面上进行构思。其次，客户的强烈诉求也是新构思的一个来源，具有代表性的用户群往往对某一产品的功能有着深刻的理解，并有重要的影响。倾听用户的声音，可以得出切合实际的构思。最后，公司销售员和职工也是新构思的提出者，熟悉公司产品的员工也会提出新的构思。

来稿日期：2013-03-15

采用合理化建议的方式，收集公司员工提出的新构思，将动力总成产品开发有关的新构思汇总到公司战略和产品规划部，由规划部组织成立前期研究工作组，进行前期技术评估和商业论证。论证分为2个步骤，第一步骤进行小范围的案头分析，拟订初步的前期市场评估和技术评估，并完成前期商业和财务分析。将前期评估分析资料交专家评审，根据评审意见，决定是否再进一步进行详细的评估分析。

得到明确的意见后，再开展第二步骤工作，即进行详细的市场调研和技术可行性论证，包括客户需求和愿望研究、市场状况分析、竞争状况，最后形成项目建议书，明确项目的产品开发意图、开发的里程碑计划和项目验收指标。由技术管理部组织，进行管理决策评审，对立项进行审批，确定立项与否。前期研究阶段的流程图如3所示。

图1 门径系统

图2 动力总成研发流程

2.1.2 方案概念设计阶段

方案概念设计阶段是将客户需求的工程化语言进一步落实为可实施的方案的过程，包括产品实现的方案和概念设计。

概念设计阶段需要制造单位和供应商协助完成。首先是发动机动力总成方案的研究、分析。项目小组参照前期的技术可行性分析，研究多个可行的方案，并通过模拟计算等方式进行方案论证，评判各个方案的优势劣势，选定动力总成技术方案。然后，对选定方案进行概念设计。主要完成发动机动力总成的总布置设计，做好对应的坐标系定义，动力总成在整车上的基准定义，以及各个子系统接口的定义，最终交付物为动力总成技术方案、动力总成总布置图、子系统接口定义等。

概念设计完成，由技术管理部组织专家组评审。概念设计阶段流程图如图4所示。

2.1.3 详细设计阶段

详细设计阶段是把设计方案和设计概念转化为可制造的工程图纸和技术要求的过程。

图3 前期研究阶段的流程图

图4 概念设计阶段的流程图

详细设计首先进行DFMEA分析，将概念设计中存在的潜在失效模式和后果进行分析，并提出控制措施，将新产品的风险水平降至可控范围内。然后进行详细的试制图纸绘制和技术要求编制工作，同时根据DFMEA编制设计验证计划DVP（Design Verification Plan）。

在详细设计完成之后，将设计完成情况进行内部评审。评审通过后下发试制图纸，转入试制阶段。详细阶段流程图如图5所示。

图5 详细设计阶段的流程图

2.1.4 试制和试验阶段

试制和试验阶段的主要任务是进行设计验证。其目的是检验设计能否达到设计要求，主要从结构、尺寸、性能、耐久性、可靠性、外观等方面进行内部评判。

试制图纸下发到制造单位和供应商后，就进行样件的试制工作。根据零部件的复杂性，一般将试制分为3个等级：结构、尺寸和外观样件试制，性能样件试制及可靠性样件试制。根据实际需要，一般先采用快速成型工业试制结构、尺寸和外观样件，进行初次试装，对结构、尺寸和外观方面进行评价。认可后再试制性能样件，进行产品性能开发试验。性能认可后，按正式工装试制可靠性样件，在试验室台架上进行产品的初步可靠性试验。

以上试验验证过程中，根据出现的问题进行设计更改，对设计图纸和技术要求进行完善，使得设计方案达到生产准备前的状态，进行设计预冻结。本阶段工作完成后，进行内部评审。试制和试验阶段的流程图如图6所示。

2.1.5 小批市场验证阶段

小批市场验证阶段是设计验证的最后一个环节。主要目的是将动力总成安装到目标样车上，进行用户环境下的使用试验，可以弥补台架可靠性验证工况与实际使用工况不符的不足，同时对动力总成向其上一级整车产品的推广进行初始验证。根据以往的经验，动力总成在小批市场验证中依然会存在不少问题，如根据用户使用习惯调整控制策略、动力总成安装和使用环境的适应性改进。

在小批市场验证阶段，首先进行动力总成的目标样车装载及适应性试验。营销部联系目标样车试制单位，进行小批量试验车的制造，对动力总成进

行适应性改进，再进行用户试验。一般市场验证周期为一年，根据验证结果进行设计改进或调整。用户配套验证试验结束后，进行市场验证总结。技术管理部组织评审，评审通过后，视情况可转入产业化阶段。小批市场验证阶段的流程图如图7所示。

图6 试制和试验阶段的流程图

图7 小批市场验证阶段的流程图

2.1.6 批量投产和持续改进阶段

批量投产和持续改进阶段主要是进行动力总成产品的产业化和市场推广。制造单位进行生产厂房建设、设备和工装的安装调试、生产线质量能力测试、生产线产能能力测试，并完成供应商零部件PPAP程序，进入批产状态。然后根据营销部下发的订单，制造单位进行发动机动力总成批产。批产和持续改进阶段的流程图如图8所示。

图8 批产和持续改进阶段的流程图

2.2 动力总成研发流程的应用规范

动力总成产品开发项目共分为3个级别。一级项目定义为全新的动力总成开发，为流程的最大模式，需要完成6个阶段的全部内容；二级项目定义为现有动力总成的升级和重大改进，各个阶段内的工作可以根据需要进行删减；三级项目定义为现有动力总成的局部优化和改进，各阶段和其工作内容可以根据需要进行删减。项目级别与流程内容的选择如表1所示。

3 门径系统在动力总成研发中的应用

3.1 项目背景

近年来，国内外油价持续上涨，燃油经济性已成为影响ZL50装载机销售的最重要的影响因素之一。用户在关注ZL50装载机可靠性、动力性的同时，越来越重视经济性带来的使用成本。用户对ZL50装载机动力系统升级的需求也很强烈，同时公司提出开发节能的ZL50装载机动力系统的目标，这将进一步巩固公司产品在ZL50装载机动力系统上的竞争优势。

3.2 项目工作思路

ZL50装载机动力系统优化匹配项目，对其动力系统总成以及发动机、液力变矩器、变速箱等进行优化设计，使得发动机的燃油低耗区与ZL50装载机的常用工况区能最大限度地重合，在不影响整机作业效率的前提下，实现降低ZL50装载机的整机燃油消耗的目标，同时能又快又好地推向市场，并控制好研发投入费用。本项目是现有产品的重大改进和升级，属于公司二级项目。

3.3 项目开发流程

根据动力系统总成研发流程，结合实际项目情

况，将6个阶段的工作内容具体化，制订项目开发方案。项目开发方案流程图如图9所示，各阶段具体工作内容如表2所示。

第二个阶段是整个项目的重点，是技术创新实施的关键过程。首先由设计师团队调研国内外有代表性公司的动力系统总成配置，分析他们的设计理念，再结合本公司在商用车上取得的一些经验，如通过降低发动机的额定转速，调整传动系，可以使整车的工作区域更接近于发动机的经济区。为了更加确切地进行证实，策划了几个方案进行研究，包括2种不同的发动机额定转速、3种不同扭矩容量的变矩器、2种不同的传动系速比，共12种动力总成配置，从中筛选出一种最优配置。在详细设计中，结合生产实际，对筛选的动力总成配置作了适当的调整，以满足生产工艺等要求。

表1 项目级别与流程内容的选择

3.4 项目成果与流程验证情况

项目从2010年5月15日开始，至2012年5月18日结束，前后共历时2年。重点针对整机性能和燃油消耗，从系统整体优化的角度出发，全面地对ZL50轮式装载机的动力总成系统进行了技术与试验研究，并进行了批量的市场验证。

本项目过程中降低了发动机转速，同时优化了发动机性能，提高了液力变矩器的能容，修改了传动系的速比，保证在整机作业效率相同条件下，使ZL50轮式装载机比原高转速发动机及其动力总成为特征构成的装载机燃油耗降低了9%，进一步巩固和提高了ZL50轮式装载机动力系统产业链的技术优势。

图9 项目开发方案流程图

4 总结

依据门径系统原理制订的研发流程在工程机械

动力系统开发中进行了具体的使用验证，较好地起到了研发流程对项目的指引作用，同时也达到了缩短产品研发周期，提高项目成功率，控制研发成本的目的。

表2 ZL50动力总成开发项目工作内容

1罗伯特·库伯．新产品开发流程管理[M]．北京：机械工业出版社，2003．

2姜波，秦勇．基于新产品开发链的门径管理研究[J]．价值工程，2007（5）．

Application of R&D Process Management Technology in Engine Powertrain Development

Lei Baojun
（Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China）

The theory of the new produ ct development process and the process of powertrain development are described in this article.The effect of the application with NPD process is verified by a practice case,and the guide function of the NPD process to a NPD project is also verified.

powertrain development,new product,development process management

雷保军（1979-），男，在读工程硕士，主要研究方向为动力总成开发。

10.3969/j.issn.1671-0614.2013.02.012