陳平 陳勝謨

（1.廣州汽車(chē)集團(tuán)有限公司汽車(chē)工程研究院；2.廣西柳州方盛實(shí)業(yè)有限公司）

目前，隨著乘用車(chē)保有量的不斷增長(zhǎng)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注汽車(chē)產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期中的性能變化。汽車(chē)的維修性及維修成本對(duì)于客戶影響很大，汽車(chē)制造商對(duì)于汽車(chē)的維修合理性設(shè)計(jì)越來(lái)越重視。合理的維修性設(shè)計(jì)可以減少客戶的維修成本及主機(jī)廠的售后索賠，提高汽車(chē)商的品牌效益和整車(chē)附加值的提升。可維修性設(shè)計(jì)是完善汽車(chē)開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)化方法的重要一環(huán)，也是汽車(chē)可靠性的重要維度之一。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段就對(duì)產(chǎn)品的可靠性、維修性進(jìn)行全面的分析，可以有效的降低制造和售后維修費(fèi)用。

1 可維修性設(shè)計(jì)因素

1.1 維修性

維修性定義為：“在規(guī)定的條件下并按規(guī)定的程序和手段實(shí)施維修時(shí)，產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下，保持或恢復(fù)能執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力”。目前，對(duì)于汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)維修性的定性要求基本有以下7點(diǎn)：1）具有良好的維修可達(dá)性；2）較高的標(biāo)準(zhǔn)化和互換性程度；3）具有完善的防錯(cuò)措施及識(shí)別標(biāo)記；4）有保證維修安全的設(shè)置；5）重要等級(jí)零部件的可修復(fù)性；6）檢測(cè)故障準(zhǔn)確、快速、簡(jiǎn)便；7）符合維修中的人機(jī)及安全性要求等[1]。

1.2 維修頻率等級(jí)

綜合考慮汽車(chē)售后保養(yǎng)原則，零部件生命周期及潛在的使用損壞情況對(duì)零部件的維修頻率等級(jí)進(jìn)行劃分，如表1所示。對(duì)于A/B類(lèi)高頻發(fā)生的零部件，需要重點(diǎn)關(guān)注零部件的可維修或互換性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)于C類(lèi)的低速碰撞造成損壞的零部件，適當(dāng)放寬維修性要求，滿足基本的拆解性。對(duì)于D類(lèi)的高速碰撞的損壞零部件，基本不需要考慮維修性，具備可更換性即可。這個(gè)過(guò)程中，人員的安全性能保證是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的技術(shù)要求。

表1 汽車(chē)零部件維修頻率等級(jí)定義

1.3 潛在故障失效模式及后果分析（FMEA）

潛在失效模式及后果分析是一種系統(tǒng)化的可靠性定性分析方法。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品/過(guò)程各組成部分進(jìn)行事前分析，發(fā)現(xiàn)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品/過(guò)程中潛在的失效模式及起因/機(jī)理。查明其發(fā)生的可能性及對(duì)系統(tǒng)的影響程度，以便采取措施進(jìn)行預(yù)防。主要通過(guò)嚴(yán)重度等級(jí)（S）、發(fā)生頻度（O）及探測(cè)度（D）3個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)估設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先系數(shù)（RPN）值。

如圖1所示，通過(guò)FMEA進(jìn)行分析，盡早發(fā)現(xiàn)并消除失效原因是減少損失的最佳選擇。根據(jù)FMEA評(píng)價(jià)原則對(duì)零部件的潛在失效模式、潛在失效后果及潛在失效起因進(jìn)行解析，對(duì)嚴(yán)重度（S）、發(fā)生頻度（O）及探測(cè)度（D）進(jìn)行定性分析。通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)給出預(yù)防控制措施。

圖1 FMEA的糾正成本優(yōu)勢(shì)

2 汽車(chē)可維修性設(shè)計(jì)原則要點(diǎn)分析

可維修性設(shè)計(jì)原則是為了將產(chǎn)品的維修性要求及約束轉(zhuǎn)化為具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)而確定的通用或?qū)Ｓ迷O(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循和采納該準(zhǔn)則。根據(jù)產(chǎn)品的維修性定量要求和設(shè)計(jì)約束進(jìn)行維修性分析，才能恰當(dāng)?shù)卮_定維修性設(shè)計(jì)原則。同時(shí)，綜合考慮產(chǎn)品的互換性、標(biāo)準(zhǔn)化程度、可達(dá)性程度及操作空間等，在此基礎(chǔ)上確定需要的維修性設(shè)計(jì)特征[2]。

2.1 維修可達(dá)性

可達(dá)性是維修時(shí)接近產(chǎn)品不同組成單元的相對(duì)難易程度，也就是接近維修部位的難易程度。維修部位看得見(jiàn)，夠得著，不需要拆裝其他單元或拆裝簡(jiǎn)便，同時(shí)具有為檢查，修理或更換所需要的空間就是可達(dá)性好。因此，良好的可達(dá)性是維修性的首要要求。可達(dá)性主要有3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，即視線可達(dá)性、實(shí)體可達(dá)性及操作空間。

2.2 維修標(biāo)準(zhǔn)化

汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)和方法，合理簡(jiǎn)化產(chǎn)品與零部件規(guī)格，進(jìn)行產(chǎn)品通用化、系列化及模塊化設(shè)計(jì)，提高易損件的互換性和通用性。模塊化可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少零部件種類(lèi)，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、制造及售后費(fèi)用。標(biāo)準(zhǔn)化、互換性及通用性，不僅利于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，而且也使產(chǎn)品維修簡(jiǎn)便，能顯著減少維修備件的品種、數(shù)量，降低維修人員技術(shù)要求，縮短工時(shí)，提高保障。標(biāo)準(zhǔn)化是產(chǎn)品維修性的重要要求。

2.3 識(shí)別防錯(cuò)標(biāo)示

維修中，對(duì)那些外形相似、大小相近的零部件，防錯(cuò)作用很大。維修時(shí)，常發(fā)生裝錯(cuò)、裝反及漏裝的情況，避免制造過(guò)程中的裝錯(cuò)頻次，就要加強(qiáng)防錯(cuò)設(shè)計(jì)特征，從設(shè)計(jì)層面降低FMEA的探測(cè)度（D），所以它也是產(chǎn)品可維修性的重要要求。

2.4 便利/簡(jiǎn)易性

減少維修項(xiàng)目，降低故障率。將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成不需要或很少需要預(yù)防性維修的結(jié)構(gòu)，如設(shè)置自動(dòng)檢測(cè)，主動(dòng)預(yù)警提示裝置，設(shè)計(jì)免維護(hù)的潤(rùn)滑/密封結(jié)構(gòu)等，以減少維修工作量，減少操作步驟和修理工藝要求，這些都是產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的，也是產(chǎn)品可維修性的重要要求。

2.5 維修安全/人機(jī)性

維修過(guò)程中，必須確保維修人員的作業(yè)安全，同時(shí)，對(duì)零部件的維修應(yīng)具有良好的人機(jī)工程，如方便接近，舒適的作業(yè)姿勢(shì)及維修工時(shí)合理等。

2.6 仿真維修分析

基于并行工程下的汽車(chē)總裝工藝同步工程分析，對(duì)整車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段的全程參與，確保整車(chē)的設(shè)計(jì)具有良好的可維修性。通過(guò)虛擬維修流程，考察維修對(duì)象的可達(dá)性、可視性、維修人員的人機(jī)性、操作便利性、維修時(shí)間及環(huán)境因素等維修參數(shù)，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷并優(yōu)化改進(jìn)。

3 可維修性設(shè)計(jì)案例

我們認(rèn)識(shí)到：不是汽車(chē)上所有零部件部分的維修方便性都要好，車(chē)型開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在做可維修性設(shè)計(jì)工藝分析時(shí)，需要明確汽車(chē)哪些區(qū)域的零部件在布置和設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮維修方便性，以便有針對(duì)性地開(kāi)展維修性工藝分析[3]，讓客戶直觀清晰地體會(huì)到維修便利性。車(chē)輛維修性區(qū)域分布，如圖2所示。

圖2 車(chē)輛維修性區(qū)域分布

3.1 日常保養(yǎng)件維修性設(shè)計(jì)的工藝分析

對(duì)于維修等級(jí)A級(jí)的日常保養(yǎng)零部件的維修性設(shè)計(jì)，一定要重點(diǎn)關(guān)注，因?yàn)檫@些是客戶最能直觀清晰的體會(huì)和感受到的。如圖3所示，機(jī)艙內(nèi)的制動(dòng)液①、冷卻液②、冷媒液③、機(jī)油④、風(fēng)窗清洗液⑤的加注口都需要具有良好的操作性。各種油液的加注都要求具有足夠的加注便利空間，無(wú)需拆卸其他零部件；空氣濾清器⑥、保險(xiǎn)絲盒的保險(xiǎn)絲檢查/更換⑦、蓄電池的檢查⑧都要求具有良好的可拆卸性，盡量設(shè)計(jì)成無(wú)需拆卸其他零部件就可完成維修。

圖3 維修等級(jí)A級(jí)零部件的工藝分析

3.2 短壽命周期的易損件可拆卸性的工藝分析

在維修等級(jí)B級(jí)零部件的短壽命周期內(nèi)，需要進(jìn)行檢查或更換的易損件，如圖4所示。在保證性能的情況下，要盡量提高零部件的維修拆卸性。特別對(duì)于底盤(pán)下的易損件，要重點(diǎn)考慮其維修的安全性和人機(jī)工程性。車(chē)身底部的炭罐（如圖4a所示）、汽油濾清器（如圖4b所示）及機(jī)油放油口（如圖4c所示）的拆卸，要重點(diǎn)關(guān)注拆卸工具的使用空間，方便人機(jī)的維修舒適性，如四輪定位的前束調(diào)整和剎車(chē)片的更換等。

圖4 維修等級(jí)B級(jí)零部件的工藝分析

3.3 防錯(cuò)標(biāo)示的工藝分析

如圖5所示，對(duì)于部分線束外觀相似的接插件，建議利用顏色進(jìn)行防錯(cuò)標(biāo)示，如圖5a所示；對(duì)于2根平行布置的管路，在管路連接接頭處設(shè)計(jì)成錯(cuò)開(kāi)一定距離，避免裝配連接時(shí)發(fā)生管路連接錯(cuò)誤，如圖5b所示；對(duì)于其他的冷卻系統(tǒng)管路、進(jìn)氣系統(tǒng)的膠管/塑料管的連接處，要增加連接的對(duì)位及限位標(biāo)示，保證實(shí)際裝配狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求，避免管路扭曲及與其他零部件干涉，如圖5c所示。

圖5 防錯(cuò)標(biāo)示的工藝分析

3.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的工藝分析

零部件的維修性是由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征決定的。只有對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更高層次的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，才能對(duì)其維修性帶來(lái)革命性的提高。圖6a示出：車(chē)門(mén)裝配/拆卸方式受到車(chē)門(mén)內(nèi)板與車(chē)輛側(cè)圍的空間約束，在如此狹小的空間里，無(wú)法使用常規(guī)的擰緊工具，只能采用特殊的可偏置式的彎頭工具；圖6b示出：車(chē)門(mén)裝配/拆卸方式優(yōu)化為從Z向擰緊，減少了空間約束，一般的彎頭擰緊工具即可滿足維修要求；圖6c示出，車(chē)門(mén)裝配/拆卸方式優(yōu)化為：繞著車(chē)門(mén)鉸鏈的水平方向擰緊，不受空間約束的影響，緊固件也從之前的M8螺栓簡(jiǎn)化為M6螺栓，扭矩降低，可以用普通的手槍式擰緊工具。裝配/拆卸便利性、操作人機(jī)性、工具成本、工藝難度系數(shù)、維修工時(shí)等，都是逐級(jí)優(yōu)化，如圖6a、圖6b及圖6c所示。圖6a所示的方式最差，也是目前最常見(jiàn)的；圖6b所示的方式較好，普遍應(yīng)用在合資品牌車(chē)型上；圖6c所示的方式最好，目前在模塊化平臺(tái)上得到較好的運(yùn)用。由此可見(jiàn)，零部件結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新對(duì)于制造成本和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力起著決定性的作用[4]。

圖6 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的工藝分析

4 結(jié)語(yǔ)

可維修性工程分析是以全系統(tǒng)、全壽命的觀點(diǎn)和整體優(yōu)化思想為基本理念，以現(xiàn)代管理和分析權(quán)衡的手段，影響和干預(yù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，使之獲得良好的維修保障系統(tǒng)。對(duì)于維修性評(píng)價(jià)，不能單純地驗(yàn)證各個(gè)分系統(tǒng)或零部件的維修性，而應(yīng)從系統(tǒng)的角度驗(yàn)證整機(jī)的維修性，從零部件的角度驗(yàn)證分系統(tǒng)的維修性。

我們也應(yīng)該客觀地認(rèn)識(shí)到：車(chē)輛維修便利性設(shè)計(jì)與造型、車(chē)輛性能、制造成本及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間相互制約，應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)定位來(lái)確定維修性在整車(chē)開(kāi)發(fā)中的地位，維修性設(shè)計(jì)不是決定市場(chǎng)表現(xiàn)的唯一因素，如果在設(shè)計(jì)中夸大其比重，將會(huì)制約車(chē)輛造型及性能等因素，反而會(huì)影響整車(chē)應(yīng)有的市場(chǎng)定位。