正向研发一款汽车是个什么样的经历?

车云网 钱木

我就依着自己还算幸运的走过几个完整的正向开发全流程,尝试把这个过程的全貌勾勒一下。我的切入点可能稍稍不同,因为重要的不仅仅是做了哪些事情,而是你能做多快。

问题一、开发一部汽车需要花多久?

在深入的探讨汽车产品的开发历程之前,我先要讲讲从一个念想到这个车子开上发布会的舞台这个过程需要多长的时间。按照一般正向汽车开发的进度,这个时间大约是不到5年。这个念想还不是如果你白手起家建立一家汽车公司后,你的第一个产品的念想迸发;而是在正常运转的汽车公司里面,在一个正常运转的开发序列当中,当一辆车的产品生命周期结束后,他的下一代全新产品能够正常更替这样一个正常循环的开始。如果是一代产品在产品生命周期当中的小改型,比如只是更改一下前端/后端的外造型,内饰的一些饰件的更改,娱乐信息设备的更新,这样的开发周期大约是3年多一点。

问题二、花了这么长的时间到底做了些什么?

相比IT电子类产品,这3~5年的开发时间可以说是非常漫长了。也许你会有疑问,如果一款全新的汽车从策划开始到上市需要5年,以当今时代的变革速度,谁能预料5年后的客户需求是什么,整个市场处于什么形势。没错,谁也没办法预料5年后的事情,但是汽车行业的变化速度还远达不到IT业的速度,基本都是以10年甚至更长为时间单位的变革,所以工作的起点基本不会偏离整个行业的方向太远而导致最终的失败。

如果我们把这5年的时间细分一下,划分出几个相对比较独立的区块,我想应该分为:规划和基础架构开发,产品开发,产品验证,产品制造这几个部分,他们互相之间在时间上互有重叠,工作内容上也有交互,共同组成了整个汽车产品的开发过程。

1.产品规划和基础架构开发。规划的工作非常重要,要保证一个庞大的公司中的各个业务链环节能够完成各自的工作并在5年后让新车开下生产线;要统筹各个业务部门,其中最重要的几个包括,市场,财务,研发和制造。而这些部门的需求往往是互相冲突的,如何平衡这些不同的需求,往往是最困难的,而最终决策人也就是整车的总监,是决定这一切的角色。

市场部可以说是一切需求的起源,对于一个新车型来说,有很多要素要定义清楚,包括:

产品定位

目标客户

客户购买理由

产品卖点

目标市场(中国,东南亚,中东,非洲,南美,欧盟,北美……)

产品价格区间和预计销量

竞争车型

产品配置

在这些市场需求定义的基础上,研发和制造部门会相应的提出自己的一些要求和限制。对于研发部门,最根本就是回答一个问题,市场想要的这种车到底能不能设计出来。细分下去要考虑的东西就太多了,这儿试着罗列一下,包括:

目标市场法规符合性(包括排放法规,安全法规,左右驾等等);

配置表中是否包含新技术,能否实现这些新技术;

发动机和变速箱的组合方案;

主要子系统的更改级别和共用方案;

车辆形态尺寸和比例;

预计整车性能水平,尤其是卖点是否能实现;

预计开发成本和物料成本。

对整车企业来说,因为制造是重要的业务链环节,所以反而是更加慎重的。在规划阶段,需要考虑现有产能是否能满足将来新车的需要,如果可以,那么安排在哪个/几个工厂生产,如果不能,在哪里投资新厂。相应的,各种方案的制造投资是多少。此外,现有工厂的生产线是否能支持新车型的制造,是否需要改造,也是早期需要考虑的。这些不同的方案带来的是N多亿投资的区别。

要问老板最关心什么,上面这些都没有是不是赚钱,能赚多少钱重要。市场部提出一个理想的售价区间,研发部算出整车的物料成本是多少,制造部门算出需要多少投资及分摊的制造费用,其他相关业务部门也会提出自己的预算。最终财务把这些钱通过自己的过滤和修正,就能计算出这个车型能不能赚钱,在整个生命周期里面能赚多少钱。这也决定了这个车型能不能通过最高执行机构的审核,进入下一步的开发工作。

对于市场和研发之间的冲突,是需要相当的一段时间细致工作才能达到一个平衡的,在汽车产品开发的早期,这些工作主要由研发部门承担,又称作基础架构开发。

整个产品的研发流程,可以分为前期的基础架构开发和后期的产品开发两部分,两部分的区别可以从多个角度来看。比如时间一前一后,比如架构开发针对的零件是和车辆造型无关的,我觉得还有一个重要的区别就是架构开发阶段的开发费用相比产品开发阶段要少很多,这样意味着试错的成本低,在早期花不长的时间,不多的钱,如果证明是一条能够走通的路,那么后面追加的大笔投资则比较有保障,否则趁早收手,转向下个项目。支持前期架构开发低成本的前提条件有几个:

1.有多个前代车型的成熟架构作为基础,架构性能的验证可以用某个前代车型改装而来,花费不高。

2.大量借助虚拟分析的手段,提升研发速度,减少实车验证需求。

基础架构开发的另一个特点是,开发的对象都不是仅仅在一辆车上使用的零件或子系统,他面向的是一个未来可能承载多个车型的架构,开发策略要尽量的保持一致,零件能尽量多的在这一架构的多个车型上共享。一个成功的基础架构,应当是较低的成本,合适的性能以及潜在的高适应性三者的完美结合,这部分工作需要在这5年开发周期的第一年完成。

2.产品开发。基础架构的成功开发意味着,一个满足市场需求和公司盈利目标的项目基础已经打好,后面就是一个车型的开发工作了。产品开发起始的标志应当是车辆内外造型工作的正式展开。虽然在基础架构阶段,造型已经开始基本整车比例探索,并和总布置工程师一起探讨比例的工程可行性,不过造型师的工作重点还是草图和一些小比例模型。在进入产品开发阶段,造型部门会按照一定的节奏,由多个造型团队同时展开多个造型方案的开发,完成大尺寸模型的制作,由公司领导层会定期对这些整车的模型进行评审,淘汰不合适的造型方案,数轮评审之后选定一个最终的主题,进入精雕细琢的部件设计过程。这个过程的目的是让更多的创意能够被展现出来,同时让研发人员能够有时间认真的研究这些创意的可行性,双方不断磨合和互相靠拢到一个中间的可行状态。

产品开发阶段的历时相比之前要长很多,大约占5年当中的22个月的时间。新的工程师总有疑问,为什么设计一个产品的时间根本不需要接近两年,拿到造型把里面结构做好功能实现,前后一两个月即可完工了,那余下的20个月在干啥呢?造型是一个逐步淘汰的过程,从最初的各种比例,各种主题,慢慢交汇碰撞和淘汰,最终胜出一个主题,胜出的那个主题还要经过不断的精细雕琢,这个过程是一个不断迭代的过程,即同一件事情反复做好几遍的过程,但这又不是简单的重复,而是不断的有新的创意加入,新的市场、研发、制造的输入进来,再杂糅到一起的过程,每一次迭代都是对前一次工作的挑战,甚至是颠覆,一个迭代过程我们又称为一个学习周期,在这20多个月当中,这样的周期会有4~5次。

不同的零件在这个迭代工作当中根据自身的特点,完成开发的时间是不同的,这主要是为了匹配零件验证工作的时间,同时也是为了逐步降低系统开发的变数,如果我们把开发工作理解为盖楼,有一些零件相当于是地基,有一些相当于第一层,有一些是屋顶。如果在盖第一层的时候,地基还在没打完或者打错地方还要改动,上面的楼层就算是白盖了。

之前提到,规划人员很难做到提前预知5年后的市场,而从架构开发到产品开发的这接近3年的时间,给了整个团队调整航向的机会,当然随着时间的推移,可调整的范围是越来越窄,直到产品设计完成并发布进行制造,产品基本算是定型了。

3.产品验证。我认为汽车这个产品相比其他大众消费品来说,在复杂性和可靠性这两个方面综合评估应该是当之无愧的第一。要知道全世界每年因为交通事故伤亡的人数一直都是各类伤害因素中最高的。虽然这其中的原因千差万别,很多是人的主观原因而非真的是汽车设计的原因,但汽车作为最普遍使用的交通工具,总是难脱干系,这也导致了在汽车研发中对于质量和可靠性的追求是异常严格的。

产品验证是产品研发当中花费最大的部分,虚拟分析的技术在这些年已经大大进步,很多实验已经被虚拟分析的方式取代,但是目前开发一辆车的过程当中,上百辆的实车被制造出来进行各种实验是必不可少的。在整个研发过程中,大概有三轮整车级别的集成验证工作,其余的零部件和子系统级别的验证也遵守这三个轮次,但额外增加一轮或几轮测试也是很正常的。三轮整车级别的验证分别对应了基础架构零件,初步设计概念,最终设计产品三个层次的验证。在每个验证阶段开始前,会用完成自身验证的零部件制造一些样车,然后运行整车的验证测试规范,测试的内容每轮都有差别,发现的问题都是不一样的,这些问题被解决后在下一轮验证中会得到检验。

产品验证的项目非常繁多,要包括各种不同工作环境下的测试,高温工况在吐鲁番,极寒工况在黑河,高湿工况在海南,天南海北的都要照顾到。还有全世界各种路面,柏油路,水泥路,石子路,泥路,上坡,下坡,甚至是被重车压过的坏路。而不同客户对于汽车使用习惯的差异也需要不同的针对性测试。如今各种复杂的功能集成在整车上,这些新功能的测试又增加了验证的工作量。按照大的类别,验证的项目分为如下这些:

发动机标定;

变速箱标定;

底盘子系统和控制开发;

主被动安全实验;

振动、噪声、热测试;

电子架构、功能验证;

整车耐久性测试;

排放耐久测试;

整车功能耐久测试;

虽然说产品验证这个阶段是单独划分出来的整车开发的一个重要组成部分,但是正如前面描述的,他是穿插在其他工作间的,除了在产品设计完成发布后有一个集中的测试阶段外,往前延伸到基础架构开发阶段已经有一些验证工作展开了。可以说整个5年时间当中有接近4年的时间都会安排测试和验证工作。

4.产品制造。IT行业制造外包的趋势在汽车行业当中好像丝毫没被发现,各大车厂依旧视制造这个本业为自己的核心竞争力。虽然整车厂制造部分的配置都是一样的,从冲压到焊装到涂装到总装,这四大工艺走一遭一辆车就下线了。但是每个工艺大类下面细致看来,各家的做法差别可就大了。所以你不可能让大众的车厂去生产丰田的汽车,反之亦然。一套工艺流程在一个车厂中运用纯熟后,会推广到各个制造基地并随着大规模的投资固化下来,提升制造的兼容性和可靠性,同时这套工艺流程又反过来决定了研发产品的特性,两者是互相配合的。

制造部门在产品开发的早期就会参与到项目中来,但真正开始大规模的把钱投下去要等到产品开发到一定的阶段,经过严格评审后,标书才会发给承包商,承包商也正式基于已经开发到一定阶段的产品来给出报价,对于冲压车间来说,主要的投资是冲压模具,因为一些大的车身零件在冲压车间是自制的,虽然压机是现成的,但模具需要供应商来制作,这块是主要投资项目。焊装车间投资更高,不像压机可以每个项目重复利用,每个车的车身零件基本都不一样,能重复利用的只有场地。包括固定零件的夹具,进行焊接的焊机,移动零件的机器人,都需要新的投资,单独规划场地,焊装的投资相对其他车间来说是最大的。涂装车间的一次性投资很大,但是重复利用率高,所有的车都是走统一的线,要完成的工作也比较统一固定。总装线也类似,装轮子的地方统一装轮子,加油的地方统一加油。各个车型当中有差别的部分通过调整一些零件的装配顺序即可实现,单独车型特有的投资额不大。

制造工作中最耗时的工作就是工装设备的制造以及模具的开发。例如整车当中最大的零件,侧围外板,模具设计制作调试的时间前后加起来要接近一年,这一年的时间就变成了连接设计到试生产这两个阶段之间的最短关键路径。

制造部门最忙碌的时间是5年当中最后的一年时间,当所有的承包商完成了模具,工装的制作,开始进场调试的时候,制造部门需要全程验收,监督安装调试工作。当工厂设备安装完毕后,可以装车的整车零部件也都由供应商准备好了。最后一年的试生产阶段就开始了。试生产也会分好几轮进行,全程在工厂车间内进行,对整个制造工艺,生产速度,操作人员培训,物流,以及正式产线出产的车的性能和质量,都要做仔细的确认。不出意外,前后一年的时间会发现和解决大大小小上千个问题。包括各种工艺缺陷,设计缺陷,供应商零件质量问题等等。同时整车质量检查人员还会对下线的几百辆试生产车辆用最苛刻客户的标准来个彻底检视,这个批量是远超过之前研发阶段的验证数量的,一些概率缺陷会在这个时候暴露出来。最后一年的忙碌为的是正式投产交付客户后,尽量的保证长期的生产过程平稳有序,减少故障在客户手里发生的概率。

小结

介绍完了汽车研发的各个阶段,我们可以看出各个阶段其实是互相紧密嵌套的,用犬牙交错形容不为过,经过这么多年的行业发展,这些事情都还要继续做下去,一件也少不了,但经过不断的优化,各种可以缩短时间的方式都已经融入到流程当中,让原先可能比较清晰的工作阶段分野慢慢模糊了起来,越来越多的工作被安排并行完成,决策的时间被不断前移。我们努力的终极方向应该是和开发一台手机花的时间差不多吧。

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