汽车驱动系统样机试制业务数字化管理的开发与应用

任淑荣

(泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201)

0 引言

面对日益严苛的汽车竞争环境和新能源转型的压力，各大汽车厂商都在加快新车型投入市场的速度，如何在保证产品高质量的前提下缩短产品开发周期 是每个汽车产商需要解决的难题[1]。样机试制业务是研发初期的不可或缺的重要一环，是将产品从数模转换成实物的最后一环，高效的业务管理是样机试制工作顺利进行的重要保证，也是提高试制能力的基石。

车间执行管理系统(MES系统)在汽车主机厂已被广泛运用[2]。该系统主要用于加强生产计划的现场执行能力。但在汽车产品的初期研发阶段，特别是样机试制阶段，对于如何将计划和试制要求准确无误的传递到现场以及现场试制信息和相关问题如何及时收集、上传、处理等没有一套完整的管理系统和方法。因此，为了满足样机试制业务的多平台多项目、问题响应及时、数据处理方便、现场管理便捷等要求，就需要构建高效的管理系统，这也是数字化转型的必然选择。

1 试制业务管理的现状

目前大部分公司汽车驱动系统的试制业务主要包含试制计划，工艺管理、质量管理、现场管理、物料管理等。

1.1 试制计划

试制计划的发布主要通过邮件推送各相关人员，由于试制业务一般包含多个项目同时进行，试制现场经常出现项目拥挤或者等料的极端情况，需要花费很长时间进行项目协调。由于没有现场看板，无法了解样机的实时状态，对交样时间节点缺少精确把控，容易出现无法按照时间节点交样而又没有提前报警的情况。

1.2 工艺管理

试制阶段有很多样机试制数据需要记录，一般都是采用纸质记录，这样既难以保存也不利于数据分析，无法为设计提供参考。对于试制BOM，存在很多的设计变更，并且一般都是人工维护和传递，高频次BOM更改率容易导致试制零件不匹配的情况出现，影响试制质量[3]。

1.3 质量管理

试制阶段的质量管理多采用现场填写措施和问题解决，需要问题责任人到现场后才能进行问题评估和解决，效率比较低下。对于问题跟踪，也采取被动式的线下跟踪，需要人工把控节点时间，影响问题高效解决[4]。

1.4 现场管理

试制现场采用单工位模式，装配进度需要班组长线下查看询问，项目其他成员不能实时获得样机建造进度；技师反馈造机问题，也需要通过线下沟通反馈，不利于问题及时上报；技师点料需要人工核对BOM和实际到料情况，耗时且容易出现错误。

1.5 物料管理

试制现场的物料拉动一般采取线下释放BOM，对于物料需求变动需要人工通知，容易出现纰漏；成品入库管理一般都是需求人直接现场提取，缺乏统一管理，不利于于样机全生命周期管理。

2 试制管理系统的架构

基于以上业务现状，为了提高业务沟通效率和试制产品质量，并利用数字化的优势实现样机试制的全生命周期管理。在经过业务梳理和整合的基础上，研发了样机试制全生命周期管理系统[5]，具体架构如图1所示。

图1试制管理系统架构

计划管理子模块，主要用于试制计划管理和发布，并配备试制产能配置和试制报表功能。

工艺管理子模块，主要用于工段流配置，试制样机记录文件配置，现场更改文件管理。

现场管理子模块，主要用于班组长安排工位，现场技师零件扫码校验和试制产品信息录入，并配备智能识别问题功能，提醒技师及时反馈，直接触发虚拟暗灯功能。

质量管理子模块，主要用于问题的响应和跟踪，与现场虚拟暗灯功能联动，并配备问题报表功能。

样机状态子模块，主要用于样机状态实时显示(看板系统)，以及样机试制过程重要节点记录。

物料管理子模块，主要用于根据样机试制计划和BOM进行物料拉动，然后对成品进行统一入库、交付管理。

样机试制管理系统的各个子模块通过局域网进行信息传递，现场信息与系统之间的传递依靠扫描枪、平板电脑、条码打印机等设备实现，可以满足多机型、多数量的样机试制要求。

2.1 计划管理子模块

如图2所示，展示了计划管理子模块的计划发布流程。首先，项目启动工程师在系统上直接点击“同步”按钮，上游系统中状态为“已合并造机批次”的造机数据自动同步至试制管理系统，这样能保证所有信息“一源一出处”；然后，根据产量计划设定试制产能，由试制项目启动组长对试制产能进行配置，可配置总量并分解至各个项目中，使现场资源得到最大化利用且不会发生排队等候情况；随后，项目启动工程师根据项目情况进行试制计划(Build Schedule)信息维护，支持批量/单条等多种方式进行编辑，并且无法对上游的原有信息进行修改，以保证数据的前后一致性；接下来，项目启动就可以发布试制计划，系统会在计划发布前根据产能配置、是否锁定、必填项这三项进行校验，如果校验通过则自动触发邮件通知项目成员，并且驱动物料清单(Bill of Material, BOM)释放和物料拉动。计划发布流程通过系统进行管理，将项目的样机需求转化为试制计划，并传递到现场，保证了信息的一致性也提高了沟通质量和效率。

图2计划发布流程

2.2 工艺管理子模块

2.2.1数据记录

图3～图4，分别展示了系统中试制记录文件(Build Book)发布和现场录入流程。对于Build Book发布流程，为了权衡统一管理和自由配置两方面要求，系统将Build Book分成一级模板和二级模板。一级模板作用在于建立一个所有项目试制信息记录和测试的模板库，方便统一管理；二级模板可以针对某个具体机型，从一级模板库中筛选出该项目需要的记录和测试项，达到灵活自由配置的目的。此外，模板配置支持配图说明、公式计算、自动校验SPEC和预览功能。系统提供了完善的版本管理功能，每个样机机型的Build Book只会对应一个模板，并且新的正式版本发布后，旧的版本会自动停用，保证数据记录的一致性。

图3Build Book发布流程

图4Build Book现场录入流程

对于Build Book录入流程，录入终端采用平板电脑录入，当现场操作人员扫描整机二维码后，系统会根据样机的唯一识别号自动匹配对应的Build Book模板，并展示该台样机的基本信息、试制现场指导书(Build Site Direction, BSD)以及造机特殊要求，现场操作人员在确认查看知晓后方可进行装配和记录试制信息。采用平板电脑电子录入的方式能及时发现数据超差项，并自动触发问题(issue)管理流程，并与虚拟暗灯系统联动，实现现场智能化管理，提高样机试制质量。此外，系统支持实时远程查看Build Book填写情况，方便工程师进行远程监控和问题处理，大大提高了问题响应速度。

2.2.2现场更改

图5所示是样机试制过程中现场更改流程，因为汽车驱动系统产品的试制阶段，零件更改非常频繁，系统提供了一种针对现场更改的流程，需求人在电脑端填写更改需求(可提供图纸等附件)，得到项目相关负责人审批通过后，该申请正式生效，系统会将该改动同步传递至现场平板电脑端，现场操作人员确认已读后才能继续操作，保证更改措施得到实施。并且，更改文件(BSD)会绑定该台样机的Build Book，实现了试制过程的全纪录，提高可追溯性。

2.3 现场管理子模块

现场管理流程如图6所示。

图6现场管理流程

2.3.1班组长管理

当试制计划传递到现场后，班组长可以在现场管理子模块中进行工位安排，当物料100%到达中转区后，班组长可直接点击“送料”按键通知仓库配送整机物料至首工位处；当物料到达现场后，班组长可选择打印整机二维码，该二维码包含样机的基本信息且能被上下游系统识别，将跟随样机全生命周期，实现统一管理。每个工位都会配备手持式扫描枪，操作人员扫描整机二维码成功后(逻辑：造机工位和班组长安排一致+工位未被占用+前置造机工位整机扫描完成)，标志样机进入该工位；试制/测试过程中如有问题，操作人员可通过扫描枪直接反馈问题，系统支持选择问题类型和基本描述，支持拍照配图说明，并与虚拟暗灯系统联动，实现现场智能化管理，提高样机试制质量。当该工位完成时，操作人员点击“完成”按键，系统会校验是否所有issue已经解决(对于装配工位，还需校验BOM装配情况)，如果校验通过则会触发邮件通知下一个工位的相关责任人，实现智能工位流功能。

2.3.2终端操作

对于需要装配的工位还需进行物料扫描，首先，系统会根据该工位与BOM中物料工位对应关系获取该工位的装配物料BOM，即将整张样机BOM根据工位不同拆分成不同子BOM，实现智能校验BOM功能；物料出库时，每种零件都会带有二维码标签，装配工位技师利用手持式扫描枪扫描装配物料零件标签，如果扫描的零件不在装配BOM中，系统自动提示反馈issue，进入issue管理流程，需得到工艺工程师认可方能继续装配，提高试制质量；系统支持自动校验实际装配BOM与本工位装配BOM，检查错装、漏装情况，如有问题自动提示反馈issue，进入issue流程。

此外，通过扫描形成的实际装配BOM会与该台样机的Build Book绑定，可查看详细的零件装配时间、装配工位，以及零件装配的实际情况(已装配，未装配，超出BOM)，实现零件装配的精确追溯；并且，扫描数据会实时传递回系统，并在样机状态子模块的状态看板中显示样机试制的完成百分比，实现实时监控。

2.4 质量管理子模块

如图7所示，样机试制质量管理流程为：首先，issue产生的途径有两个，一是上文提到的扫描枪、平板电脑终端，二是质量工程师的电脑端主动录入；issue一旦产生，会与虚拟暗灯系统联动，状态灯变成红色，现场无法继续进行操作，实现智能管理；接下来，系统会识别该issue对应的项目，然后推送至该项目工艺工程师，工艺工程师根据7颗钻石原理(7颗钻石流程是解决很多问题的一种工具[6]。7颗钻石的前4颗钻(也称蓝卡)为生产提供了一种结构化的评估工艺过程的方法，以确定原设计是否能够生产出符合客户要求的高质量产品。)确认有非前4钻的其他问题则不能关闭issue，可对issue添加备注并提交至对应质量工程师；确认不是问题或前4钻问题则可直接放行issue，填写现场措施后，与虚拟暗灯系统联动，状态灯变为绿灯，现场可继续进行操作，系统保存放行记录。若issue流转至质量工程师处，就进入issue解决环节，首先，根据零件号信息和issue描述，指派给具体地责任人，责任人需填写根本原因分析、短期解决措施、短期措施断点、长期解决措施、长期措施断点；然后，质量工程师需确认长、短期措施实施成功后方可关闭issue。此外，整个issue流转过程都会被系统记录，方便问题追溯。

图7样机试制质量管理流程

2.5 样机状态子模块

图8所示为样机状态子模块。其主要包括：

1)虚拟暗灯系统，与issue管理联动，状态灯有红、绿两种，无issue为绿灯，操作正常进行，当issue触发红灯后，系统将限制进一步装配/测试操作，直至对应负责工程师给出现场解决措施后方能继续操作。实现现场智能管理，提高试制质量；

2)状态看板，显示现场正在进行试制的样机状态，如红、绿灯状态，造机工位、造 机进度(百分比)，实现远程直观显示样机的试制状态，提高沟通效率；

3)现场看板，从现场工位的维度出发，显示各个工位的工作情况：闲置、锁定、样机排队情况等，直观展示现场工位情况，方便班组长进行人员和工位分配管理；

4)进度看板，展示样机从提交需求开始到交付期间所有关键时间节点信息，从时间维度记录样机的全生命周期情况。

图8样机状态子模块

2.6 物料管理子模块

如下图9所示，在物料管理流程整个过程中，项目启动工程师发布试制计划后，系统直接触发邮件通知项目管理工程师释放样机BOM，然后物料工程师根据造机计划及最新的BOM直接在系统中生成4.9%和6.0%，仿真与测试结果误差在可接受范围内。测试结果表明增压器隔热罩加垫片与否对系统一阶模态提升没影响，但增加垫片能有效降低系统的振拉动单进行物料拉动；当试制成品完成后，物料工程师即可在系统中进行入库和交付工作，实现样机统一管理。

图9物料管理流程

3 总结

汽车驱动系统产品的样机试制全生命周期管理方法及系统满足了试制领域个性化、灵活化的试制要求，将样机试制业务 各个环节都纳入系统管理，减少了沟通成本，提高了试制产品的质量，实现样机的全生命周期管理；实现了由智能终端录入数据，避免人工纸质保存，方便对产品的试制数据进行分享和大数据分析，提高了样机产品的可追溯性。本文提出的驱动系统样机试制业务数字化管理系统已用于泛亚汽车技术有限公司的试制业务，涉及的数字化改革框架具有一定的通用性，对后续其他领域的类似应用研究有一定的指导意义。