數字化轉型 — 新能源汽車

1. 策劃階段

在汽車新産品開發之前，通常要對産品和市場進行調查，了解市場需求和新技術的發展狀況，同時結合公司自身的特點、技術水準、裝置狀況、工藝水準、生産能力和實力等狀況進行分析，必要的時候還要走訪客戶、考察配套商或者進行必要的試驗測試等工作。

這一階段必須要确認新産品的技術狀态、産品檔次、産品配置、目标成本以及預期售價、合理利潤等。這些都是産品開發的初期資料和基本依據。決策階段的工作必須務實和求真，分為如下步驟。

1.1. 進行積極的市場調研和技術調研

提出準确的市場預測和技術可行性報告。

市場調研是為了确定産品的預期市場占有率，同時也是為了全面了解市場對該類産品的功能、性能、安全、壽命、外觀等方面的需求。

技術調研包括對目前市場上同類産品的技術水準，所使用的新技術、新材料和新工藝等進行預測。同時關注國家的重點項目、科技發展資訊及産業結構調整對技術提出的新要求等，關注國家是否有新的技術法規和使用标準等。

1.2. 進行可行性分析

從本企業的生産經營角度，進行新産品開發的可行性分析，掌握本企業的技術來源和技術優勢，對産品的開發周期和開發費用等投資作預測，對該産品的産量和盈利能力作預測，編寫産品開發可行性報告。

1.3. 對可行性報告進行評審

評審通過後列入企業産品開發計劃，然後編寫産品開發任務書。

任務書一般包含如下内容：

産品設計和立項的依據
産品的用途和使用範圍
産品的總體方案概述
關鍵性技術方案
總體布置及主要結構概述
基本的技術參數和性能名額
與其他同類産品的比較和改進目标
對産品的性能、壽命、成本的要求
标準化的綜合要求
産品所遵循的法律法規
确定産品的開發周期和開發團隊名單
對産品的試制試驗周期和上市日期的估算
等等

2. 設計階段

設計階段主要是指通過設計确定總體方案、造型方案，進行設計計算，繪制設計圖紙，編寫設計檔案，必要時還需要進行試驗和設計評審等，整車設計一般分為如下步驟。

2.1. 概念設計階段

在汽車新産品開發之前，公司需要對産品和市場進行調研，了解市場需求和新技術的發展狀況，提出準确的市場預測和技術可行性報告，企劃部門根據可行性報告，制定項目概念，包括産品車型基本參數、車身樣式、同類車型、開發周期、競争優勢、生産地、生産綱領等項目立項的戰略檔案，成立項目組，啟動項目開發。

概念設計階段确定整個汽車産品的目标定位，确定整車、各大總成的性能參數，制定各大總成設計任務書，規定設計控制資料，完成可行性研究報告。概念設計是汽車設計中最重要的階段，許多整車參數都在此階段确定。這些參數決定了整車結構尺寸的詳細設計。由于整個系統的複雜性，僅依靠經驗和樣車試驗，無法形成完整科學的設計控制名額。

基于 CAE 技術及大量經驗和試驗資料的整車數字化仿真體系可以模拟整車在不同路況下的實際響應，為各零部件的精确 CAE 分析提供載荷條件，進而進行複雜的非線性動力學分析、關鍵部件疲勞壽命分析、整車 NVH 分析。

使用 CAE 分析驅動車身結構設計的方法，在詳細 CAD 設計過程之前介入對各種方案的粗略分析，定量地配置設定強度、剛度、品質等設計控制名額，并設定碰撞安全性目标和 NVH 性能目标，明确車輛動态性能的目标。

概念設計階段決定了車輛整體結構性能，要求設計者具有豐富的設計和制造技術經驗。

2.2. 方案設計階段

主要工作内容為确定總體方案、造型方案，設計計算，繪制設計圖紙，編寫設計檔案，内外油泥模型當機。這标志着前期整車開發結束和項目工程開始正式啟動；

産品的技術方案的可行性分析和總體工藝可行性分析結束。

2.2.1. 制定設計原則

這一階段的主要任務是制定設計方針，明确目标，确定是全新産品設計還是改型設計，是自主設計還是反求設計等。

明确最基本的技術要求後，還要了解國家在汽車産品的技術方面的先進性、産品的系列化和生産方式方面的具體要求，同時收集國内外的資料，進行使用調查、生産狀況調查以及同類産品的結構分析，通過整車結構和外形設想，制定産品的開發設計原則。

設計原則應包括：

對技術的先進性、工藝性、繼承性、零部件通用化和生産成本的要求；
産品使用中要優先保證的性能以及要考慮到的變型等。

通過對産品方案進行性能和成本分析，确定合理的設計方案。通常要繪制或提供多套總體方案，要求各個方案的特點要突出，思路明确，然後對這些方案進行分析、評價，區分各方案的差别并改進，形成最終方案。

2.2.2. 選型和制定設計任務

這一階段主要是正确地選擇整車和各總成的結構形式以及主要的技術特性，确定性能參數，形成整車概念，并進行總體布置和選型工作，編制設計任務書。主要包括以下内容。

2.2.2.1. 汽車總布置設計

總布置設計時要求将汽車各個總成及裝載的人員或貨物安排在恰當的位置，以保證各總成運轉互相協調、乘坐舒适或裝卸友善。還需要拟定出許多重要總成的相關位置和控制尺寸。這個過程一般需要由經驗豐富的專門人員進行。經過汽車總布置設計，可确定汽車的主要尺寸和基本結構。

2.2.2.2. 繪制效果圖

效果圖用來表現汽車造型效果。總布置圖完成後，造型設計師根據總布置設計确定的電動汽車尺寸和基本形狀，勾畫出汽車的大體形象，或繪制構思草圖，或繪制彩色效果圖。

2.2.2.3. 制作産品模型

可根據需要制作縮小比例模型。比例模型是在彩色效果圖的基礎上更進一步表達造型構思，更具有立體形象，更有真實感，要求各部分比例嚴格、曲線流暢、曲面光順。縮小比例的模型還可以用于風洞試驗，用來确定空氣動力學特性。

在汽車造型設計中，油泥模型制作是十分重要也是必須經曆的一個環節。它将平面圖形立體化，呈現出了一個十分逼真的立體汽車形态。這些模型帶給我們的感受和實車是截然不同的，但相同的是，都能讓我們體會到汽車每一個細節設計，或結實飽滿，或端莊，或動感十足。

2.2.2.4. 編寫産品設計任務書

其内容包括：

任務來源、設計原則和設計依據；
産品的用途及使用條件；
汽車型号、承載容量、布置形式及主要技術名額和參數，包括：空車及滿載下的整車尺寸、軸荷及性能參數，有關的可靠性名額及環保名額等；
各總成及部件的結構形式和特性參數；
标準化、通用化、系列化水準及變型方案，拟采用的新技術、新結構、新裝備、新材料和新工藝，維修、及其友善性的要求，續駛裡程；
生産規劃、裝置條件及預期制造成本和技術經濟預測。
等等

有時也加入與國内外同類型汽車技術性能的分析和對比等。有的還附有汽車總布置方案草圖及車身外形方案圖。

2.3. 詳細設計階段

在汽車造型審定後，就可以着手進行汽車結構設計，确定整車、部件（總成）和零件的結構。主要内容如下：

進行各項參數計算，确定總體配置。
确定各部件總成所在的位置和連接配接方式。
确定各部件總成的控制尺寸和控制品質。
确定各操縱機構的位置及其運動範圍。
對各運動零件進行運動校核，防止運動幹涉。
确定駕駛區的内部布置，駕駛員視野以及周邊各附件的操控的友善性，此時要考慮駕駛員的操縱輕便性以及義表、照明、暖氣、除霜及通風性能。
确定車輛内部空間的大小，確定乘客的乘坐安全性和舒适性。
确定各部件的質心位置，計算電動汽車在空載和滿載時的軸荷分布情況和質心高度。
詳細設計階段的 CAE 技術具有傳統的應用，支援産品設計，保證設計滿足強度、剛度、疲勞壽命、振動噪聲要求和設計品質控制目标，達到優化設計的目的。

這一階段的工作取決于汽車的性能目标，關鍵在于建立完善的分析方法和評價政策，主要包括以下分析内容。

2.3.1. 碰撞分析

目的在于提高産品的被動安全性能，通過正面、側面、後面、翻滾等各種實車安全性能方面的模拟分析，在産品設計階段及時發現産品被動安全性能方面的缺陷，提出改進措施，確定産品及時通過國家規定的各種被動安全性能方面的法規，避免産品投入市場後出現不良的反映及其帶來的各種嚴重後果。

如何提高車身的抗碰撞能力是汽車被動安全性中需要解決的問題。抗碰撞性能直接影響到産品最終能否投向市場。為了提高抗碰撞性能同時考慮到輕量化的要求，目前汽車産品越來越多地使用超高強度鋼闆和輕質合金材料，如鋁、鎂合金。

2.3.2. NVH 評價

NVH 性能是評價車輛舒适性的重要名額，直接關系到産品的市場形象。

NVH 分析有助于比對産品結構中各子系統的振動頻率特性，合理分布各子系統的振動頻率和振型，以消除振動過程中的耦合現象，進而改善産品的振動特性，降低産品的噪音，提高産品的舒适性能。

噪音、振動分析包括動力總成的剛體模态、點的傳遞函數、靜負荷強度及動态響應、BIW 動态穩定性，整車各子系統的剛度頻率比對等。目前國内在該方面的研究能力仍較薄弱，主要原因在于試驗手段的缺乏和資料積累的不足，尚未形成系統的分析規範。

自主品牌的汽車和國外知名品牌的汽車競争，NVH 性能是關鍵的衡量名額之一。

2.3.3. 系統整體優化

在工程樣車試制之前，基于多柔體系統理論，解決汽車機械系統設計和動态性能的優化設計問題，将車輛作為一個完整的控制系統進行分析研究，可以建立整車動力學模型，并針對操縱穩定性、平順性和制動性等性能進行虛拟試驗場動态仿真分析，并輸出标志整車動态性能的特征參數，制定優化政策。

它可讓設計人員掌握部件結構參數和整車性能的關系本質規律，并對其性能進行預測、可行性研究和優化設計。車輛多體分析内容包括懸架振動、車輛操穩性能和舒适性能等。

2.3.4. 流體分析

流體分析在汽車工業中主要考慮車外流場對汽車的阻力和升力、車内空調系統通風口的設計、發動機艙的散熱、制動系統的散熱等，考察整車外形是否流暢，空調系統是否可以快速調節車内所有地點溫度，發動機艙和制動片是否散熱良好等。

在産品設計階段就可以預測産品的空氣動力學特性，確定産品制造出來後符合設計時的空氣動力學的要求。通過流體動力學分析驗證和改進流體及熱傳導對産品性能的影響。

2.3.5. 産品疲勞壽命分析

産品疲勞壽命是現代設計的一個重要名額。它有助于提早發現産品結構的強度及疲勞耐久性方面的問題，對高應力區域提供優化解決方案。

通過合理地配置設定結構中的各種載荷，進而改善其疲勞耐久性能，提高産品的可靠性能。疲勞壽命設計需要了解産品的使用環境。疲勞耐久性分析包括懸挂元件強度、車門強度、引擎蓋強度、行李箱蓋強度等。随着市場競争的日趨激烈，産品的壽命成為樹立産品品牌形象的重要名額。

2.3.6. 沖壓仿真分析

沖壓成形仿真有助于确定産品的可制造性，優化沖壓方向，工藝補充，坯料估算和排樣。

它可以在設計階段預測産品沖壓成形中可能出現的品質缺陷（如起皺、開裂等），進而對産品設計進行優化, 以消除成形缺陷。

由于此時還處于産品設計階段，産品的修改代價最小。此部分成熟的應用軟體有 ETA 公司的 DYNAFORM 和 LSTC 公司的 LS-DYNA。

由于汽車車身上金屬覆寫件占的比例最高，钣金件的模具成本是整個制造過程中最大的成本之一。工藝過程仿真是降低廢品率壓縮生産成本的有效方法。

2.4. 工作設計圖

工作設計圖是指在技術設計的基礎上，完成在試制或生産過程中加工、裝配、銷、生産管理及随産品出廠使用的全部圖樣和技術檔案。

成套的産品圖樣有：

總圖
簡圖
主要零部件圖
部件裝配圖
總裝配圖
安裝圖
樣目錄
明細表
彙總表
等等

零件圖需要詳細地标注出各部分的尺寸。總成圖應清地表達零件互相裝配的關系并标注出相關的裝配尺寸及裝配要求。

圖紙繪制成後．需要部件和零件按照它們所屬的裝配關系編成 “組” 及其下屬的 “分組” 号碼。每個部件、件及其圖紙都給定一個編号，以便于對全部圖紙進行管理。

設計階段工作量大而繁瑣，可能需要一個或幾個團隊一起來進行。整個設計工作的綱領即是設計任務書，設計人員之間始終要對相關的零部件進行校核，預測可能出現的盾和問題，共同探讨解決問題的辦法。

3. 試制試驗階段

試制試驗階段是産品由圖紙走向實踐的過程，進行樣機試制試驗并進行小批試制，驗證産品圖樣、設計檔案和工藝檔案、工裝圖樣的正确性；驗證産品的适用性、可靠性和安全性，并完成産品的鑒定。通過小批量試制，進行産品的各種形式試驗和試銷，确認産品的性能和适應性。

試制試驗階段的主要工作包括以下 3 個方面。

3.1. 樣機試制

樣機試制是指根據設計圖樣生産零部件，進行樣機組裝試制。汽車的樣機試制不僅是按汽車零部件圖紙生産，還需要對生産所用到的一些輔助模具、檢具進行設計，包括編制工藝檔案和制作必要的工裝裝置。

生産樣機的數量應根據産品的類型和試驗需要來确定。試制樣機的主要目的是為了驗證設計産品的結構、性能和工藝性等，考核産品圖樣和設計檔案的品質，同時為試驗提供必要的車輛。

3.2. RP 裝車件

快速成型（也稱快速原型）制造技術（Rapid Prototyping & Manufacturing，RP & M）是 80 年代發展起來的一種新型制造技術。

RP 試制樣件可以用作 CAD 數字模型的可視化、設計評價、幹涉檢驗，甚至可以進行某些功能測試。

另外試制件能夠使使用者非常直覺地了解尚未投入批量生産的産品外觀及其性能并能及時作出評價，使廠方能夠根據使用者的需求及市場調研及時改進産品，為産品的銷售創造有利條件并避免由于盲目生産可能造成的損失。利用 RP 件試制能優化産品設計、縮短産品開發周期、降低開發成本，進而提高企業的競争力。

3.3. 樣機試驗

樣機試驗是對電動汽車的設計和産品進行驗證，以保證産品的結構和安全。樣機試驗是多方面的，目的是為了驗證産品的可靠性、安全性，并進行技術鑒定。

整個試制試驗過程也是汽車設計從理論走向實踐的過程，試制試驗的主要工作是進行樣車試制，掌握整車和部件的結構工藝性，發現整車在裝配中發生的問題并及時協調解決。

這一階段要求技術設計的開發團隊進行必要的跟蹤和服務，将反映出來的問題一一記錄，為技術或工藝的改進提供最直接的參考。為驗證樣車是否符合設計要求，必須進行試驗。

在試驗過程中，設計人員要及時地與試驗人員溝通，及時分析和解決出現的問題，取得相應資料，對設計的改進提供原始資料。試驗的項目包括尺寸參數和品質參數的測定、整車性能試驗、可靠性試驗和耐久性試驗，試驗的過程有可能延續至産品定型。

3.3.1. 目前最常用的整車試驗驗證方式

整車道路（公路）試驗
場道地路試驗
整車台架試驗
整車動、靜态主觀評價試驗
計算機仿真驗證分析

3.3.2. 整車開發各階段的試驗驗證及目的

整車的試驗和驗證與整車開發的各個階段總是互相伴随着：

建立目标階段伴随有對标樣車的試驗、評價；
設計開發階段伴随有數字樣車的資料仿真驗證分析、騾子車的專項性能試驗、FT（功能）樣車的各項功能性驗證和車身相關試驗；
生産準備階段伴随有 ET（工程）樣車的耐久試驗驗證和評價及标定和法規認證；
試生産階段伴随有 PT（生産）樣車的品質驗證确認。

3.3.3. 考核類型、試驗方法和裝置儀器

3.2.3.1. 考核類型

功能（也即性能）
強度（極限工況不至于失效的能力）
耐久性及可靠性（整車和部件的使用壽命、确定期間内不出故障的品質能力）

3.2.3.2. 根據考核類型确定試驗方法

整車公路試驗：實際環境考核耐久和可靠性。
整車場地試驗：考核性能和耐久和可靠性。
整車台架試驗：主要考核性能。
整車動靜态主觀評價：以對比打分的形式評價性能。

3.4. 小批試制

小批試制是在樣機試制試驗的基礎上進行的，它的主要目的是考核産品的工藝性，驗，證正式生産全部工藝檔案及工藝裝備品質，并進一步驗證産品的性能、結構和經設計改進後的産品設計檔案及圖樣的正确性和合理性。

小批量試制在工藝上為批量生産做準備，是以應按工藝管理的有關規定進行。小批試制應依據樣機試制階段經确認的全部技術檔案及圖樣進行。

小批量試制完成以後，送出經過修改、改進并最終通過評審的設計資料、工藝檔案和全部圖樣，最終形成完整的産品檔案。

4. 生産階段

4.1. 試生産準備階段（ET）

ET（Engineering Trial，工程調試）設計驗證階段。

沖、焊、塗、總四大工藝及檢驗的人、機、料、法、測已準備完成，設計确認車完成規定的可靠性和耐久性試驗項目。

4.2. 批量試生産階段（PT）

PT（Production Trial，生産調試）生産驗證階段。

所有的零部件和總成件都是用批量生産的裝置及工裝模具制造出來，整個生産過程可在不連續的條件下按試生産階段圖紙進行生産，進而對各工序加工能力、生産裝置、試生産控制計劃是否适當以及生産線的制造可行性、裝配可行性、通過性、批量生産的适宜性進行實際驗證；新産品上市流程已啟動。

4.3. 預生産階段（PP）

PP（Pre-production or pilot production，預生産），初期量産。

典型要求：工藝規範化、物流規範化，包裝規範化、工位器具規範化、節拍符合設計要求、人員與訓練組織到位。

4.4. 量産階段（SOP）

SOP 階段（Start Of Production，小批量生産階段）。