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設計一臺車需四年 設計發動機需要多久?


- 2018年1月23日18時48分
- 汽車文摘 / 知乎專欄

曾經撰文《造一輛花4年,都幹了啥》,談及造車流程“全球整車開發流程(GlobalVehicle Development Process,GVDP)”,整個設計週期需要四年左右的時間,涵蓋整車及部件研發的每個環節,設計一臺發動動機有需要多久時間?與整車的設計如何匹配與實施?

設計一臺車需四年 設計發動機需要多久?圖片

造一臺發動機的時間會更長,在整車設計的過程中,動力總成的設計是獨立的,今天,我們就來談談發動機研發週期的話題,事實上,很早之前,幾位業內人士談及部分汽車製造商研發週期過短是對消費者不負責任,時隔多年,汽車製造商研發已經相對成熟,不過,仍然參差不齊,據瞭解部分汽車製造商是兩年以內的研發週期,外資或者合資汽車研發週期長,完整的週期大概四年多的時間,應用最為廣泛、且被多家自主汽車引入的是通用汽車的流程。

相對應來講,發動機的開發遵循“全球動力總成開發流程(GlobalPower Train Development Process,GPDP)”,相對“全球整車開發流程(GlobalVehicle Development Process,GVDP)”更長,這麼長時間,都做了什麼?


今天我們不是用一篇文章來解釋幾百頁的時間節點及定義,而是從全局抽出一塊車開發是什麼做的,每項工作做了什麼,給予消費者帶來了什麼?

因為通用汽車在這方面做的很突出,GVDP、GPDP也最能夠體現出全局協作的概念,被國內包括上汽及其它幾家車企模(抄)仿(襲),而近期通用推出了第三代小排量發動機,我們結合這個案例進行分析。

目前,國內車企都在努力推進全球化,通用汽車的全球化做的最為充分,通用汽車在全球有七個研發中心,包括美國、中國(泛亞汽車技術中心)、義大利、韓國、巴西、印度、澳大利亞,其中美國、中國和義大利屬於三大核心研發中心。

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在發動機研發的動力總成層面,通用汽車全球驅動系統部負責通用汽車旗下所有驅動系統的設計、開發與驗證,包括發動機、變速箱、電氣化系統、燃料電池系統、以及所有相關控制系統。該部門在世界範圍內擁有超過8,600名員工,在過去多年中的研發投入總計高達15億美元。其中位於美國密歇根州龐蒂亞克市的全球驅動系統部龐蒂亞克工程中心為其旗艦中心。

完整的GPDP研發主要做什麼?


汽車研發流程有個關鍵的名詞叫“Milestone(裡程碑)”,用來表述四年多的時間內,關鍵的時間節點裡關鍵的階段成果,研發內容涉及太多方面,我們簡單歸類,可以歸為三個方面:

第一、優勢互補的研發及協調

對於發動機來講,任何一個零件都很重要,比如說通用小排量發動機最大技術亮點單缸雙噴技術,這個噴射器非常重要,關係到了最核心的技術,同樣進氣歧管、燃燒室、缸體、缸蓋也非常重要,一款優秀的發動機首先要沒有短板,然後讓長板優勢更加明顯。

在最初設計的時候,兩個方面最為重要:

其一,找到責任人,在工程上叫“零件父母官”,又叫設計釋出工程師(DRE),他們要熟悉每一個零件,從概念、樣機、量產件的每一個過程和環節,零件作為孩子,和生活中的孩子又有所不同,因為從項目開始的時候,這些孩子每個節點做什麼要清清楚楚,其實和孕婦孕檢也差不多,只不過,比孕檢還要麻煩、且持續時間比較長。

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其二是大家的分工要清晰,我們知道,一臺發動機動輒數百個零件,這需要大量的工程師,對於通用汽車來講,在全球範圍內它有七個研發中心,七個國家如何進行分工,進行相應的零部件開發,設計圖紙、零部件試製、零部件試驗等,就顯得極其重要。

採用七個國家的研發團隊,更多的是想要利用不同國家最優秀的研發力量、因地制宜、採取眾家之長進行研發,比如北美研發更偏重在於控制,這是美國人的優勢,義大利更偏重於設計等,如果步調不一致,整個研發團隊不在一個頻道上,研發就不可能成功。

GPDP最大的功效就是設定分工,讓各方都知道自己設計什麼,如何從全局上達到最優,在全球範圍內,一個項目因為時差的原因24個小時不停歇低進行運轉,這也是我們經常談到的體系的力量。

第二、全球專家資源充分博弈與驗證

分工完成之後,會有另外一個關鍵詞,“交付物”,它分為各個節點,每個節點如何協作成為關鍵。

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交付物又分為很多種,比如說為了保證設計的效能可靠性,據悉,此番通用汽車小排量發動機進行了千輪次以上的CAE虛擬模擬分析,每一次的分析要進行如下輪次的工作:

三維模型的設計,進行有限元分析、完成分析報告,然後根據評審報告進行全球評審,根據專家評審結果進行優化及下一輪分析,這些保證了設計的可靠性。

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事實上,泛亞汽車技術中心崇尚一種精神,叫“夯”,這是工程師協作的極致,工程師對於上一輪的交付物進行充分的驗證,保證本輪次的研發輸入是正確的,這種“夯”的博弈過程中,讓設計問題消滅在萌芽狀態。

另外一個重要方面是試驗驗證,驗證充分體現了體系的力量,驗證是發動機中最重要的部分,所以我們看到每一輛量產之前,要造數百輛的樣車,樣車之前還要造很多臺發動機的樣品,這些樣品都會不停的做各類試驗。

一個完善的整車開發裡程,會做大量的試驗來驗證系統的可靠性,資料列出來,可能會超出你的預期,根據GPDP,通用汽車全新一代小排量發動機,共採用7項發動機耐久試驗(280萬公裡,15年使用壽命,735萬次啟停),累積測試總裡程超過598萬公裡,滿足全球範圍內使用者嚴苛的需求。

這是個什麼樣的概念呢,地球沿著赤道轉一圈是4萬公裡,通用汽車全新一代小排量發動機的240萬公裡常規耐久性試驗意味著,可以沿著赤道繞地球轉60圈。

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有時候,我們會看到一些其它車企一年內都能更新新的車型,這裡面更多的風險從整車轉嫁到消費者身上。

可能還有人講,這些試驗又是黑河、又是海南、又是敦煌,是不是很有意思,事實上,這就是我們經常談及的三高試驗:高寒、高溫、高原,在一年中最冷的時候在最冷的地方做高寒試驗、在一年中最熱的時候在最熱地方做高溫試驗、在最高的地方做高原試驗,通過冬練三九、夏練三暑的魄力避免汽車研發中的所有問題。


第三、智慧製造如何保證質量

發動機的製造和質量控制,製造和設計在潛意識中是一致的,在現實中,製造工程師和零件父母官經常吵架的角色,父母都希望自己的孩子有個好歸宿,然後儘可能提高要求,製造工程師則要考慮成本、製造質量保證等多個方面,還要考慮零部件進廠的運輸、製造完成的運輸,所以,一臺發動機剛開始製造的時候,零件父母官與製造工程師會一直守在產線,這也是非常辛苦的事情。

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通用汽車全新一代Ecotec智慧發動機1.0T/1.3T採用新一代廠房、新一代裝置,其中採用全數字化廠房設計,互動式虛擬模擬,實現對工廠設計的整體評估,車間在暖通智慧控制系統下溫度全年受控,保證裝置滿足發動機機加工零件μ級(0.001mm)加工以及裝配精度要求。

採用智慧製造裝置高精度五軸聯動加工中心、智慧機器人(覆蓋65%裝配裝置)、智慧視覺系統、智慧輸送系統等,同時加工線裝置平均自動化率高達95%,避免人為失誤製造缺陷,為製造高質量的產品保駕護航。

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在缺陷控制上,通過大資料,讓質量問題可預測可追溯。在質量控制方面,整線應用了先進的測量儀器,比如蔡斯和海克斯康的三座標(CMM),電子和氣動檢具等,所有測量資料全部上傳伺服器儲存,一方面便於查詢和追溯,另一方面也為基於大資料的質量預測奠定了基礎。

發動機製造質量除了自身本領過硬,還需要完善的供應商體系支撐,麥迪童鞋曾經說過“無兄弟不籃球”,打球不是一個人的遊戲,汽車更是這樣,研發一款汽車,絕對不是一家企業自己就可以完成,這屬於閉門造車,是不可能實現的,所以,一個完善的研發流程同樣涵蓋了汽車供應商企業的配合。

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通用汽車全新一代Ecotec智慧發動機1.0T/1.3T採用全球供應鏈體系,採購全球知名的先進供應商零件,通過全球供應商先進的質量管理體系,智慧化的生產,以及全球領先的工藝,為Ecotec發動機提供了優秀的質量保證。如全球領先的供應商:博世,舍弗勒,博格華納,電裝,三菱,大陸,萊頓,法雷奧等。

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當然,完整的研發流程會花費很多時間,但是百年打造的流程研發的產品更讓人信賴,這是汽車作為日常生活重要的交通工具來講,最讓人放心的地方,這也是我們看到一個品牌含金量的重要部分。

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