虚拟评审系统在整车开发中的投入产出比分析

杜曾宇　黄晓延　田传印

摘 要：本文以全球通用的整车开发流程为基础，分析汽车虚拟评审解决方案在汽车研发过程中的投入产出比，指出虚拟评审体系的实际应用点，指导企业如何将其最大化应用。

关键词：虚拟评审系统;整车开发;投入产出比

1 引言

2016年被称为VR元年，VR技术开始慢慢被大众了解，电影、游戏、动画等相关产业的VR产品也接踵而至，那么，当火热的VR技术遇上汽车产业又会产生什么奇妙的化学反应呢？对于汽车主机厂研发中心而言，在项目开发阶段有效地识别问题、判断问题和验证问题，是帮助产品提升质量表现的重要途径。

2 整车开发流程概述

GVDP是Global Vehicle Development Process的缩写，GVDP整车开发流程是界定一辆汽车从概念设计经过产品设计、工程设计到制造，最后转化为商品的整个过程中各业务部门责任和活动的描述。整车产品开发流程也是构建汽车研发体系的核心，它直接体现了研发模式的思想。

整车开发全过程分为5个阶段，9个里程碑节点，如下表1所示：

（1）概念开发是在产品战略明确并且可行性得到批准的基础上，完成产品项目方案的开发。这些方案包括动力总成的方案、整车的 VTS 目标、全尺寸主题模型、关键零部件的設计、整车的物料成本、制造规划方案、产品质量目标等等。

（2）设计开发是产品概念的实现阶段，通过产品工程、制造工程、前期质保和采购的同步工作完成产品概念的早期验证，最终完成产品图纸的设计工作。

（3）试制试验主要是完成产品本身的设计有效性验证，同时推动零部件和整车达到制造质量成熟的状态，实现产品的批量生产制造，包括开发和制造批量生产工装模具;验证产品是否符合 VTS/SSTS 中所有的规定项目。

（4）生产导入阶段是生产样车制造和验证，进行 100%零部件和工艺的验证;确认工艺装备、检验生产制造的过程能力，制造符合相关阶段要求的产品，正式启动启动生产线对车辆的制造，审核产品的开发成熟度和PPV车辆的成熟度是否实现生产线的连续生产，并检验工艺能力和产品质量，确定是否可销售。

（5）项目总结阶段是对项目总体情况进行总结，包括开发，设计，制造，采购财务和项目效益的分析，并验证团队的设计水平，收集项目开发过程中的难点，为下一个产品平台开发或改款做准备。

3 虚拟现实软件的应用

在汽车设计研发过程中，由于反复的方案设计、制作油泥模型及多方案展示等原因，极大地限制了新车研发的效率，并增加了研发成本，阻碍车企的进一步发展。

整车虚拟评审普遍被定义为帮助工程师提前发现整车工程问题，减少物理样件的修改次数，节约研发成本、提高研发效率及产品质量。虚拟评审从造型阶段开始，到试制试验阶段结束，见图1。

4 造型阶段

造型阶段的造型需求调研，目标市场关注点分析，前期造型设计费用，油泥模型制作等步骤都是要有的，开发节省点在于：

4.1 时间

节省在于多轮评审所造成的油泥模型制作时间，使用虚拟造型评审后可以省略中间评审时的油泥模型制作，内外饰评审共节省约四次，一次油泥模型制作需要36天，总节约时间144天，占造型周期的比例为17.3%（144/831）。

色彩外观品质这一块，步骤都是要有的，节省在于，渲染完成后，虚拟样机能够直接更改替换，并且能够继承之前所做的工作，色彩纹理共用228工作日，按照节省比例70%计算，占造型周期的比例为19.2%（228*0.7/831）

制作模型需要100天，按照评审三次，修改两次，节省两次模型制作时间计算，算上局部精修半次的时间，能够节省30%（1.5次/5次）。

同样，关于造型的评审时间也有节省，传统的开发过程，造型确定需要层层审批，层层修改，关键就在于评审时间不同步。效果图开始至锁定约240天，其中分3次评审，每次通过VR形式将重点问题与老板意见结合评审，平均每轮次节省约1-2周时间。

4.2 费用

油泥模型或硬质BUCK车平均价格约100万元左右，视供应商水平和主机厂需求而定。而油泥模型的修改和单件BUCK的制作将整车的验证提高到160万左右。虚拟评审的介入，使得设计师在前期，将问题审核出来，并完成在数据上的修改。按照最优评审效果设定，节省约40万，占比25%。

4.3 提升

虚拟评审提升对于色彩、配置、外观、姿态和定位的评审效果是显著提升的，关键在于虚拟评审软件具有以下功能：

● 多种场景一键切换

● 照片级的实时渲染能力

● 外观及内饰配置切换

● 后视镜实时调整

● 灯光效果变换

● 多种天气实时切换

5 设计开发阶段

设计开发阶段主要集中在G6-G5阀点，而其中虚拟评审系统的应用也集中在人机设计验证板块，VR技术通过动捕设备对虚拟人体实时操控，实现不同尺寸人体，不用触及方式下对目标操作方便性分析，可通过人机工程判定基准定制输入，分析人体作业姿势、作业周期、作业频率以及恢复时间等，见图2。

总布置或者人机这一块，所有步骤都无法节省，虚拟现实技术起到的作用为使效果更直观，而且为了使想过更直观，相比于桌面式的平审，VR需要做更多的准备，还增加了工作量。

另外，国内的人机目前基本是对标竞品车型的设计尺寸，参考相似车型的最优设计尺寸，能用就行。VR应用于总布置校核重点在提升效果和验证合理性。这里的价值是无法估量的。

6 设计验证阶段

设计验证阶段主要讲G4-G3阀点阶段，此阶段主要交付物包括《第一辆工程样车EP评估报告》、《制造可行性报告及评审》、《样车及零部件质量目标和评审报告》、《EP车BIR/TIR问题关闭报告》等。

6.1 时间

主观评审时间可以缩短，生产样车是必须的，可以先在虚拟模型中进行静态感知质量评审来决定现有设计是否适合制作物理样车，这里静态感知质量占总的感知质量时间按28.3%计算，然后因静态感知问题导致的迭代概率设为40%（驾乘舒适性很重要，众口难调，所以将概率设计的高一些），那就是节省28.3%*40%=11.32%的时间，再次迭代的话就是40%*40%*28.3%=4.53%，之后是40%*40%*40%*28.3%=1.81%，再往后的迭代概率可以忽略，那么按17.66%计算，感知质量分为静态（观察并感受）和动态（操作并感受），静态包括387项，动态包括49小项，按照观察与操作所用时间1：20计算，静态所占感知质量时间应该是28.3%。

试生产装配验证时间可以缩短，试生产验证阶段样车装配验证普遍在300台左右，时间按轮次分可分为五次甚至更多。问题数大概在350项左右.如果按照整改问题的难易程度划分，整改验证时间约在4到5个月。保守估计125天。虚拟评审对于前期装配的验证问题数经过统计能减少35%（通过问题点的属性和软件可实现的功能设定分析得出），相应的验证时间（整改时间）减少35%。

6.2 费用

主观评审减少的样车生产（后续报废），数量减少，按一辆5万算，至少减少90台的样车浪费，节省约450万费用。

整改问题的开发费用按平均可接受的50万以内，平均30万整改问题，在减少35%问题数的情况下节省约1800万费用。

6.3 提升

验证装配性能，前期模拟真实装配順序，对生产线的设计，装配岗位设定有着重要的作用，第一次试生产大部分车型都是无法装配完全的，通过研究，通过使用最新的人体工学研究，减少了70%的工人受伤概率，而且由于减少受伤概率，降低了75%的工伤缺勤概率这其中的停线、工人培训过程造成的经济损失是无法估量的。

7 研究结论与启示

通过虚拟样车评审，设计及仿真分析技术分析，减少了设计更改，整车的重量也达到了很有竞争力的水平，材料的利用率大大提高，减少了原材料的使用。所以设计的准确率大大提高，减少了模具更改的次数以及耗材，节约了能源，通过虚拟样车评审，为企业的新车型开发设计提供技术积累和技术基础，虚拟评价体系的实施和深化，有效提高产品的自主开发能力，缩短产品开发周期，提高自主品牌产品的市场竞争力。

参考文献：

[1]曲本全，张忠涛，李芳，朱晓虎，黄易，赵冬旭，韩俊腾，苑得鑫.基于虚实结合模式的采油OTS系统设计及应用[J].石油化工高等学校学报.2017（01）.

[2]邵景峰，刘优中，喻志强.基于汽车造型评审的虚拟现实环境设计[J].上海汽车. 2017（04）.