淺談沖壓同步工程在汽車開發(fā)過程中的應用

王 威，紀廣金

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007；2.91960部隊71分隊，廣東 汕頭515073）

同步工程SE(Simultaneous Engineering)又稱并行工程，是指對產(chǎn)品開發(fā)及其相關過程進行并行、一體化設計的一種系統(tǒng)化的工作模式。這種工作模式力圖使開發(fā)者們從一開始就考慮到產(chǎn)品全生命周期(從概念形成到產(chǎn)品報廢)中的所有因素,包括質量、成本、開發(fā)進度與用戶要求等[1]，以避免后續(xù)部門的需求與產(chǎn)品前期設計矛盾而導致產(chǎn)品設計的不斷變更。同步工程的目標是提高品質、降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，即產(chǎn)品的Q.C.D（質量、成本、交付期）。

現(xiàn)代汽車綜合運用了多種技術、多個學科的成果,高性能的要求使其日趨復雜化,其研發(fā)周期長、成本高，屬于高技術產(chǎn)品。而且隨著國內經(jīng)濟快速發(fā)展，汽車業(yè)高速擴容，汽車市場競爭日益激烈，汽車產(chǎn)品的市場周期也越來越短。為更好地滿足消費者日益提升的使用需求，在激烈的市場競爭中生存和發(fā)展，各大汽車公司不斷從滿足客服需求、降低成本、縮短開發(fā)周期幾個方面努力提高。SE正是解決產(chǎn)品的Q.C.D的有效方法，目前在國內外汽車企業(yè)中，SE已廣泛應用于汽車開發(fā)過程。沖壓工藝是汽車四大工藝之一，貫穿于新車開發(fā)全過程，從了解對標車的工藝開始，到樣車的制作完成，甚至量產(chǎn)階段，都要求沖壓工藝人員的參與。

沖壓同步工程（Stamping Simultaneous Engineering）將沖壓工藝研究和計算機輔助工程（CAE）相結合，能使發(fā)現(xiàn)問題的高峰時間點從后期造車驗證階段提前到設計階段，如圖1所示，不僅為問題解決爭取了時間，而且能避免大量設計更改及后期驗證費用的發(fā)生，其應用對于縮短鈑金件模具開發(fā)周期，降低工裝、板料、后期生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品品質起著至關重要的作用。本文簡單介紹沖壓同步工程的重點關注內容，并列舉了沖壓同步工程在我公司（以下簡稱SGMW）某車型開發(fā)過程中的具體應用實例。而新車開發(fā)的基本階段包括對標車分析階段、模型設計階段、產(chǎn)品工程化階段、樣車制作階段、試生產(chǎn)階段、小批量生產(chǎn)階段。沖壓同步工程工作主要集中在前四個階段，并且每個階段的重點關注內容各有不同。

圖1 沖壓同步工程與傳統(tǒng)開發(fā)模式問題發(fā)現(xiàn)趨勢對比圖

1 對標車分析階段的工作內容及應用

1.1 對標車分析階段的工作內容

對標車分析階段的主要工作有沖壓生產(chǎn)能力規(guī)劃分析和對標車工藝分析。

（1）沖壓生產(chǎn)能力規(guī)劃分析是指在新產(chǎn)品開發(fā)初期，需結合新產(chǎn)品項目市場預測和生產(chǎn)廠家沖壓生產(chǎn)線的相關信息，進行生產(chǎn)能力規(guī)劃分析。生產(chǎn)能力規(guī)劃分析涉及沖壓車間產(chǎn)能評估、沖壓機床適用性（壓機噸位、工作臺尺寸、氣墊頂桿形成等）、零件工位器具存放場地等很多方面，內容廣泛。

（2）對標車工藝分析是指沖壓工藝人員在熟知標車結構的基礎上，必須深入了解車身零件工藝、材料的使用情況及成本，競爭車型的相關情況，從而實現(xiàn)有競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品設計。

1.1 對標車分析階段的應用

以下是SGMW某一新車型沖壓機臺適應性分析方面的一個簡單實例。

新車型對標車為某商用車，其外型尺寸較大，進而導致一些相關零件較常規(guī)車型對應零件超長或者超寬，長度方向尺寸最大的零件為頂蓋，預計其外形尺寸約為：3 300 mm×1 200 mm×150 mm，通過以往頂蓋沖壓工藝經(jīng)驗分析，該零件第二工序OP20需要前后端斜鍥整形，模具長度方向尺寸約為：LDie=L零件+2×600 mm（斜鍥長度）+2×250 mm（導向腿長度）=3 300+1 200 mm+500 mm=5 000 mm，如圖2所示。當時我公司沖壓車間機床最大長度只有4 600 mm，為實現(xiàn)產(chǎn)品后期順利投產(chǎn)，按時上市，必須增設長度超過5米的新沖壓設備。一般沖壓機臺的增設項目從立項到機臺投入使用大概需要1年半的時間，如果沒有在產(chǎn)品開發(fā)前期做好諸如此類的分析工作，勢必會影響整個新產(chǎn)品研發(fā)項目的順利SOP（Start of product）。

圖2 頂蓋OP20模具截面圖

2 模型設計階段分析

在模型設計階段的主要工作有模型分析、主斷面分析。

（1）模型分析包括以下兩點：

一是，外板的工藝分析及確定車身狀態(tài)匹配程度，分型線合理性驗證，找出會出現(xiàn)外觀品質問題的部位并提出對策；

二是，車身分型線分析、零件表面品質、特征線及鈑金零件沖壓工藝性分析。

（2）主斷面分析是產(chǎn)品工程化的基礎，其決定了車身結構、零件搭接、公差分布等重要信息。造型部門設計車身主斷面，沖壓SE人員對零件進行沖壓成形性研究，要求對沖壓工藝難度大的零件做出優(yōu)化，避免問題遺留到產(chǎn)品工程階段而影響產(chǎn)品品質和進度。

3 產(chǎn)品工程化階段分析及應用

3.1 產(chǎn)品工程化階段分析

產(chǎn)品工程化階段是沖壓同步工程對提升產(chǎn)品設計質量貢獻最大的階段，沖壓SE人員從產(chǎn)品品質、模具結構、操作性、生產(chǎn)線布置、成本等因素出發(fā)，對關鍵零件借助計算機輔助工程（CAE）進行沖壓工藝分析，完成CAE分析報告，給出數(shù)模修改建議和參考數(shù)模。其主要工作包括：判斷可能產(chǎn)生變形不足的部位及其解決措施；沖擊線、滑移線產(chǎn)生部位及其解決措施；起皺產(chǎn)生部位及其解決措施；開裂產(chǎn)生部位及其解決措施；預測可能產(chǎn)生的線偏移；回彈分析及其解決措施；剛性分析；強度分析；扣合性分析；R分析（圓角處半徑）；沖壓方向、工序數(shù)、加工壓力、坯料尺寸、生產(chǎn)線適應性分析等。

CAE分析借助計算機采用有限元法對零件進行成型過程仿真分析（我公司主要采用Autoform軟件），發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品形狀和工藝方案存在的問題，為模具設計和制造提供技術指導，大大縮短模具開發(fā)周期的同時，可以省去試模和修模過程（該過程在模具開發(fā)過程中占模具開發(fā)總費用5%~20%，時間占總周期的30%）。沖壓CAE還能進行新材料模擬分析，選擇性價比最優(yōu)材料，適應當今市場的成本要求。

3.2 產(chǎn)品工程化階段的應用

以下是我公司沖壓工藝分析人員利用Autoform軟件研究、優(yōu)化產(chǎn)品結構的一個實例。

某車型翼子板第一版數(shù)據(jù)CAE分析其成形性結果，如圖3所示。根據(jù)第一輪分析結果，針對缺陷1、缺陷3沖壓SE人員給出了放大局部圓角建議，針對缺陷2給出了放大圓角并修改切邊線的建議，具體如圖4所示，數(shù)模優(yōu)化后通過沖壓成形性分析，產(chǎn)品無起皺開裂。

圖3 某車型翼子板第一版數(shù)據(jù)成形性分析結果

圖4 產(chǎn)品優(yōu)化建議及優(yōu)化后分析結果

4 樣車制作階段的工作內容及應用

4.1 樣車制作階段的工作內容

樣車制作階段沖壓SE人員能直接從零件狀態(tài)判斷零件沖壓可行性，重點檢查前期SE分析階段沒有得到產(chǎn)品設計部門答復而留作后期驗證的問題，同時也要關注新出現(xiàn)的沖壓工藝問題。該階段主要工作包括零件強度、剛度分析、零件成型性分析、精度分析、裝配及干涉檢查等。生成的樣車檢查報告反饋到產(chǎn)品設計部門，為模具制作和零件成功生產(chǎn)提供保證。并且將各階段類似分析報告存檔為數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)新車型開發(fā)所借鑒，不斷提升產(chǎn)品品質和品牌競爭力。

4.1 樣車制作階段的應用

以下為樣車制作階段沖壓SE的一個小實例。

某一車型D柱下外板零件在產(chǎn)品工程化階段的分析結果，如下圖5所示。分析結果顯示，該零件存在多處起皺開裂現(xiàn)象，受產(chǎn)品結構限制，在產(chǎn)品設計階段只能盡量優(yōu)化產(chǎn)品，而沒有實現(xiàn)問題全部消除；在樣車制作階段，沖壓SE人員重點關注了此零件成型問題，圖5中零件實際成型結果與前期分析相符，零件拐角起皺嚴重。針對此問題，沖壓SE形成問題分析報告，反饋設計部門繼續(xù)優(yōu)化。

圖5 D柱下外板分析結果與產(chǎn)品實物對比

沖壓SE工程人員在產(chǎn)品開發(fā)各階段中，依靠階段現(xiàn)有資源與造型部門、產(chǎn)品PE、車身及尺寸部門等充分交流，盡早發(fā)現(xiàn)、分析、解決新產(chǎn)品沖壓問題，減少在模具開發(fā)后期出現(xiàn)問題而造成項目成本浪費、周期延長等，從而達到?jīng)_壓同步工程縮短鈑金件模具開發(fā)周期，降低工裝、板料、后期生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品品質的目的。

5 結束語

沖壓同步工程技術的應用有效地縮短了整車鈑金件模具的開發(fā)周期，為汽車公司及模具供應商雙方都節(jié)省了大量成本，大大提高了產(chǎn)品的市場競爭力。但由于沖壓同步工程的應用范圍及深度還遠遠不夠，工作方式?jīng)]有形成標準的流程，管理不夠成熟，同步工程還沒有完全發(fā)揮出其在整車產(chǎn)品開發(fā)過程中的作用。為不斷提高公司新產(chǎn)品開發(fā)能力，規(guī)范同步工程工作進行，筆者對公司今后新產(chǎn)品開發(fā)過程中沖壓同步工程提幾點建議：

（1）加強團隊建設，提高團隊成員專業(yè)技術水平，熟練掌握整車車身結構及斷面知識，在對標車分析階段和模型分析階段就提出沖壓關鍵問題，避免大量工作反復。

（2）從上到下加強對沖壓同步工程的重視程度，對于沖壓工藝人員提出的問題盡量在產(chǎn)品前期優(yōu)化，盡量不要把問題遺留到樣車制作階段。

（3）建立沖壓同步工程方面的相關規(guī)范、標準，形成沖壓同步工程知識庫。

綜上所述，同步工程技術應用到汽車車身沖壓模具開發(fā)領域已經(jīng)成為汽車新產(chǎn)品研發(fā)的必然趨勢，國內自主品牌汽車公司只有經(jīng)過不斷創(chuàng)新和積累，利用好同步工程這一工具，才能在競爭激烈的汽車行業(yè)占有一席之地，才能不斷提高品牌的聲譽，從而最終實現(xiàn)國內領先、國際上有競爭力的目標。

[1]常思勤.同步工程在汽車行業(yè)中的應用[J].世界汽車，1996（4）:21-22.

[2]程國良，謝 暉，楊大宇.汽車車身沖壓模具同步工程的關鍵技術研究[J].模具技術，2008（1）：16-18.