羅遠根LUO Yuan-gen；魏菊英WEI Ju-ying

（江鈴汽車股份有限公司，南昌 330000）

0 引言

汽車產(chǎn)業(yè)作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，整個產(chǎn)業(yè)鏈涉及鋼鐵、冶金、塑料、陶瓷等原材料工業(yè)，以及電子、電器等其他十多個產(chǎn)業(yè)部門，由于產(chǎn)業(yè)鏈涉及面非常廣，并且市場競爭激烈，汽車整車制造和零部件行業(yè)面臨的成本優(yōu)化需求異常強烈。而價值工程作為一門系統(tǒng)性的降本方法論被廣泛運用于汽車零部件的設計、制造。

1 價值工程的發(fā)展：從簡單到復雜，從單一到系統(tǒng)

①20世紀40年代二戰(zhàn)期間，市場原材料供應十分緊張，給采購和尋找物資帶來巨大困難。美國通用電氣的工程師麥爾斯為了解決噴涂車間石棉板采購問題，采用最早期的價值工程思想，找到替代產(chǎn)品，不僅解決實際問題，而且實現(xiàn)了大幅的降本。這就是價值工程的雛形：通過改變產(chǎn)品尺寸、形式、材質達到自己想要的功能。然而隨著價值工程的不斷發(fā)展，其運用和功能從簡單到復雜，從單一到系統(tǒng)。如圖1。

圖1 價值工程的發(fā)展

②第二階段，價值工程的思想影響到量產(chǎn)產(chǎn)品的設計優(yōu)化，改變產(chǎn)品設計和加工方法是這階段的主要運用。比如某制造商發(fā)現(xiàn)某產(chǎn)品在制造階段特別困難，廢品率高等，那這時候往往會運用價值工程的思想給產(chǎn)品做設計優(yōu)化。五年前的汽車中冷器設計中，進出水室都是鋁制材料，不僅重量大，壓鑄成本也比較高。隨著工業(yè)塑料的性能加強和輕量化的趨勢，很多零部件逐漸有塑料取代傳統(tǒng)金屬件，如圖2和圖3，汽車中冷器進氣室由PPA6+30%GF替代鋁制氣室。

圖2 中冷器進氣室（鋁）

圖3 中冷器進氣室（塑料）

③到了三階段，價值工程的思想開始影響新產(chǎn)品的設計和加工。

早期的工業(yè)化狀況是原始的產(chǎn)品開發(fā)模式：產(chǎn)品的設計和制造都由同一個人來完成，比如我們熟知的打鐵匠，自己設計鐵器的形狀，自己鍛打。然而隨著社會的發(fā)展，產(chǎn)品變得越來越復雜，制造工藝也越來越復雜，產(chǎn)品設計和制造都需要很強的專業(yè)知識，無法由同一個人完成，因此，打鐵匠的產(chǎn)品開發(fā)模式逐漸遠離。于是，產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)生了設計和制造的社會分工，產(chǎn)品開發(fā)分為產(chǎn)品設計和產(chǎn)品制造兩個階段，分別由設計工程師和制造工程師負責。設計工程師關心產(chǎn)品的外觀、功能和可靠性，卻不會關心產(chǎn)品是如何制造、裝配的。因此導致了設計和制造脫節(jié)，從而導致產(chǎn)品設計完后制造困難廢品率高，制造成本高居不下，甚至不得不返回重新設計，使得項目開發(fā)周期長，開發(fā)成本高。

原始產(chǎn)品開發(fā)模式，到現(xiàn)在的傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)模式，都已經(jīng)不再適應信息化、數(shù)字化時代，轉而需要的是新產(chǎn)品開發(fā)模式，文章稱之為面向生產(chǎn)工藝的設計。

1）零件設計應避免鋒利的邊、角，除了防止工傷外，還可以提升材料利用率。

2）零件設計應該易于抓取，如圖4，原始的設計由于產(chǎn)品太薄，工人在抓取時比較費力，這就會浪費生產(chǎn)工時，導致效率低，從而造成成本的浪費；合理的設計應該是適合抓取。

圖4 零件設計應該易于抓取

3）零件應避免把大的零件置于小的零件上裝配，這樣可以避免由于下盤不穩(wěn)導致的零件磕碰，造成質量成本，如圖5所示。

圖5 避免大零件置于小零件上面

4）零件裝配方向越少越好。最理想的產(chǎn)品裝配只有一個裝配方向。裝配方向過多造成在裝配過程中對零件進行移動、旋轉和翻轉等動作，降低零件裝配效率，使得操作人員容易產(chǎn)生疲憊，同時零件的移動、旋轉和翻轉等動作容易造成零件與操作臺上的設備碰撞而發(fā)生質量問題。如圖6，原始的設計中具有兩個裝配方向，當下面兩個零件固定好后，兩個零件必須翻轉180°，再固定最上面的零件；改進的設計中只有一個裝配方向，零件不需要翻轉就可以把三個零件裝配在一起，裝配過程簡單。

圖6 避免多個方向裝配

5）導向特征的設計。常用的導向特征包括斜角、圓角、導向柱和導向槽等，斜角的例子如圖7所示。

圖7 導向特征的設計

導向特征應該是裝配最先接觸點，需要注意的是導向柱的長度不能太短，需要保證導向柱是兩個零件最先接觸點，導向柱才具有導向效果。在裝配時，導向特征應該先于零件的其他部分與對應的裝配件接觸，否則，不能起到導向作用，如圖8所示，而應該設計成如圖9。

圖8 無法起到導向作用的設計

圖9 優(yōu)化后的設計

6）避免零件過約束：原始的設計由于零件A和零件B都完全對應，屬于過度約束，導致裝配是叫困難，要嚴絲合縫，如圖10；而優(yōu)化后的設計是零件A其中一個空位加大，這樣裝配時只需要其中一個空對應上即可，另外一個很容易對上，如圖11。

圖10 過約束的設計

圖11 優(yōu)化后的設計

7）避免裝配干涉，如圖12。

圖12 電插座干涉案例

8）為輔助工具提供空間：原始的設計沒有留出大螺栓的空間，導致裝配困難，如圖13，優(yōu)化后的設計如圖14。

圖13 無法裝配的設計

圖14 優(yōu)化后的設計

2 材料優(yōu)化

2.1 考慮國產(chǎn)材料替代進口材料

隨著我國工業(yè)化進程的不斷發(fā)展，中國制造的水準已經(jīng)完全可以滿足汽車產(chǎn)業(yè)鏈的要求，這時候我們要聚焦適當?shù)牟牧蠂a(chǎn)化工作，比如硅膠，進口硅膠單價至少120元/kg，而國產(chǎn)目前可以做到50元/kg，并且性能通過各種實驗要求。既然國產(chǎn)硅膠可以滿足功能要求，就該推進國產(chǎn)化。

2.2 用常規(guī)材料替代特殊材料

在很多的零件設計中，依然會采用市場不常規(guī)用到的材料，這部分材料因為市場用量很少，導致固定成本分攤極其高，因此能找到這部分材料的替代品對降本有極大助益。比如在汽車零部件中冷器中，偶爾會出現(xiàn)使用PPA6+50GF的材料，這種材料在市場比較罕見，單價55元/kg，而通過CAE和搭載測試，PPA6+35%在多數(shù)情況下很替代PPA6+50GF，單價卻只要26元/kg。

2.3 低牌號的材料替代

關于材料的牌號選擇對成本的影響也很大，比如經(jīng)常發(fā)現(xiàn)汽車鈑金件材料牌號過高，對于沒有震動要求的支架，還選用Q345的原材料。Q345相比Q235，材料單價至少高出1元/kg，其用于支架的多數(shù)情況是有震動，因為需要更穩(wěn)定的性能。而對于完全沒有震動的安裝環(huán)境，Q235完全可以滿足。

2.4 材料利用率提升

材料利用率的提升，直接影響了整體材料費，因此，能提升材料利用率，就能降低成本。材料利用的案例在鈑金件尤其適用，鈑金件在排布時，不同方案將對應不同的材料利用率。

2.5 邊角料、尾料再利用

鈑金件的邊角料很多都可以在利用，比如大型沖壓件，一般邊角料都比較大，可以用來沖壓一些較小的零件；較長的金屬管的尾料很多情況也可以用來制作其他較短的金屬管。

3 結論

價值工程的運用和實施，已經(jīng)變得系統(tǒng)，不再是早期的通過改變產(chǎn)品尺寸、形式、材質達到自己想要的功能，而是已經(jīng)深入到設計、制造、包裝和物流整個供應鏈。未來的價值工程還將繼續(xù)在制造業(yè)的各個領域實現(xiàn)不同的價值和功能。數(shù)字化時代即將到來，價值工程也將在數(shù)字化領域綻放其應有的價值。