汽车精益设计在研发成本分析与降本方案的应用

张伟 马立璞 廉大伟

（北汽集团越野车研究院）

汽车精益设计在研发成本分析与降本方案的应用

张伟 马立璞 廉大伟

（北汽集团越野车研究院）

本文首先介绍了精益设计思想，其次结合应该成本分析工具Design Profit软件，对汽车拖车钩现有结构优化和应该成本计算，最终得出优化后方案引起单车成本的改变。

精益设计；应该成本；降本方案

一、精益设计基本思路和方法

1. 精益设计基本思路

“精益(Lean)”，精，即少而精，不投入多余的生产要素，只是在适当的时间生产必要数量的市场急需产品；益，即所有经营活动都要有益有效，具有经济性。

精益思想(Lean Thinking)源于20世纪80年代日本丰田发明的精益生产(Lean Manufacturing)方式，在制造业中的应用，即“精益生产(Lean production)”。其核心是以整体优化的观点合理地配置和利用企业拥有的生产要素，消除生产全过程一切不产生附加价值的劳动和资源，达到增强企业适应市场多元化需求的应变能力，获得更高的经济效益。

总而言之，在产品设计源头，通过优化产品的设计，找出并消除各种不必要的浪费，即对于繁琐的设计环节进行精简，对于关键的环节又可以进行优化和加强，从而在质量、利润和成本之间取得一个平衡，目的就是追求产品设计的最优化。

2. 精益设计基本方法

图1 Design Profit设计基本思路

精益设计基本方法主要通过材料优化、工艺优化、功/性能优化及平台化等方面进行产品的成本控制。

（1）材料变更：通过同系列材料分析，变更为具备降本空间的材料，或完全变更材料及加工工艺。

（2）料厚变更：减小料厚，通过增加加强筋等方式提供强度，或消除部分强度过剩。

（3）表面处理变更：变更为具备降本空间的表面处理，如镀铬→镀锌→喷漆→发黑等。

（4）减少个数：减少零部件个数，降低成本，如无相对运动零部件合并、减少螺栓。

（5）使用废除：判断不需要的件就废除，如卡扣、螺栓、支架、警示标签等。

（6）长度变更：废除多余的部分、减少材料费用，如线束、管路、螺栓等。

图2 DP应该成本一页纸报告

图3 前后拖车钩安装位置

（7）功能优化：将多功能集成一起，或去除多余功能，如后门模块集成。

（8）减少配置：去掉不需要的配置等。

（9）减少工序：通过优化形状来减少冲压工序，优化结构减少焊接、注塑等的工序。

（10）模块化设计：满足更高专业化要求和更大规模化生产制造，同时减少零件数量。

（11）通用化设计：使用同一零部件尽可能多的在多个车型上使用，减少模具、生产、运输、保管等费用，借用供应商批产的成熟件。

（12）标准化设计：尽量选用汽标或国标件，减少专用件数量。

（13）系列化设计：系列平台产品，有些零部件可以根据系列化的原则来进行设计。

（14）其他：零部件国产化、新技术的应用等。

二、应该成本定义和计算工具

1. 应该成本定义

整车应该成本包含四个要素：

（1）材料成本：已分析零件的原材料成本；未分析零件的采购成本。

（2）机器成本：已分析零件生产过程中机器成本；装配过程中使用的工具成本。

（3）劳动力成本：主机厂和供应商劳动力成本。

（4）质量成本：当质量问题发生时所招致的成本。

2. 应该成本计算工具

本文使用应该成本分析工具Design Profit®，是一款在业内领先的，旨在产品设计和制造过程中，最大化质量目标、价值和利润的产品设计软件。它着眼于设计，这几乎是所有组织成本（零部件，工装设备，采购活动等）的源头。Design Profit®提供了一套高效和切实有效的方法来实施设计改进的措施，整体设计思路如图1所示。

在Design Profit®中，基准设计分析-基线分析是所有重新设计思路对比的一个基础。基线装配成本地图可视化表示出每一个零件，工具和操作，使得所有团队成员能快速领会和抓住设计的复杂度和它的制造过程。

Design Profit®能够捕捉，分类和优先级排序设计思路，头脑风暴工作表记录下设计思路，并根据它们的创新等级进行评价并分配到特定的重新设计等级中（1，2 或 3级）。这样使得设计思路和特定的重新设计成本地图联系起来，并且和在基线与重新设计成本地图中相关的符号联系起来。

最后将以标准报告的形式将数据组织起来（见图2），生成执行总结报告并对比每一个设计等级的各种衡量指标，诸如材料，人工和质量成本等。

总而言之，Design Profit分析的目的是通过结构化的和详细的方法和流程，提供一系列客观的衡量指标来帮助决策。

三、某车型拖车钩应该成本分析与降本方案

1. 现状态拖车钩结构分析

该车型前拖车钩由两个拖钩焊接到车架上而成，拖车钩由型材直接折弯成型。后拖车钩由两个对称钣金件焊接后，用四个螺栓及螺母装配到车架上，其中钣金件采用冲压工艺，如图3所示。

2. 现状态拖车钩应该成本分析

对前、后拖车钩结构分析后形成零部件清单如表1。

表1 前、后拖车钩零部件清单

根据前、后拖车钩的结构和零部件清单和工艺，在DP软件中搭建成本地图最终计算出现状态拖车钩应该成本如表2。

表2 前、后拖车钩应该成本

3. 优化后拖车钩结构分析

通过对现状态拖车钩的结构和应该成本分析，考虑其作用是遇险救援及事故牵引，在满足设计牵引力要求上可以减少锻造、冲压等制造成本比较高的零部件，统一使用型材直接折弯成型焊接到车身，简化拖车钩结构及工艺，优化方案如下：

（1）将前、后拖车钩结构统一成一种拖车钩结构。

（2）将拖车钩结构简化为型材折弯成型。

（3）将前拖车钩减少数量，由2个改为1个。

（4）将前、后拖车钩从车架横梁改为布置到车架右侧纵梁前后如图4。

图4 优化后前、后拖车钩结构及位置

4. 优化后拖车钩应该成本分析根据优化后的零部件结构、数量和工艺，在DP软件中搭建应该成本地图计算出优化后拖车钩成本如表3。

表3 优化后拖车钩应该成本

通过对比现状态和优后的前、后拖车钩数量和成本零部件数量由12个减少到2个，零部件减少10个，整车应该成本降低15.18元，降本金额明细如表4。

表4 优化前后整车成本变化

四、结论

本文首先初步介绍了精益设计基本思路，同时梳理了精益设计的思想在汽车行业中可以运用的14项基本方法，其次对本文使用的用于整车和零部件成本优化的Design Profit软件进行了介绍，明确了该软件计算的过程和其使用到的应该成本专业名词的定义，最后详细通过某车型前、后拖车钩优化降本案例进行分析，从其现状态的结构、应该成本和优化后的结构、应该成本等方面进行详细的描述和计算分析，最终通过DP软件成本地图搭建和应该成本计算，得出该车型前、后拖车钩包括装配零部件在内零部件数量由12个减少到2个，零部件减少10个，整车应该成本可降低15.18元，为企业采购零部件成本控制提供了客观依据。类似于这样的降本优化思路方案还有很多仍需我们工程师不断创新、不断优化为中国汽车研发贡献一份力量，使我国汽车行业在全球市场竞争中占有一席之地。

[1] 杨海成.精益设计[J].中国制造业信息化,2007年24期.

[2] 北汽价值工程小组.《 Design Profit手册》.

[3] 张雅丽.机械设计与制造工程,2008(24)：25-27.