标杆样车研究与产品开发研究

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1、标杆样车的分析研究与产品开发,2009 年 7 月 7日,南京航空航天大学车辆工程系 翁建生,1、标杆分析的基本概念 2、产品研发过程中标杆分析研究 3、标杆分析研究的流程、方法与过程 4、标杆分析的应用举例 5、结论,标杆样车的分析研究与产品开发,标杆分析首先应用在企业管理层次上的 Benchmarking是寻找在公司执行任务时如何比其他公司更出色的一门艺术,1、标杆分析的基本概念,标杆分析的定义 标杆分析(Benchmarking)是将本企业经营和产品各方面状况和环节与竞争对手或行业内外一流的企业进行对比分析的过程，是一种评价自身企业和研究其他组织的手段，是将外部企业的持久业绩作为自身企业

2、的内部发展目标并将外界的最佳做法移植到本企业的各环节中去的一种方法（管理）,1、标杆分析的基本概念,基本思想: 孙子兵法:“知己知彼，百战不殆；不知彼而知己，一胜一负；不知彼，不知己，每战必败”。 将管理层次的标杆分析推广到产品开发层次？Benchmarking法起源于施乐（Xerox）公司 （1979年）。通过“逆向工程”，从外向内分析其零部件，并学习日本企业以TQC品质管理方法，从而在复印机产品重新获得竞争优势。,1、标杆分析的基本概念,在产品设计与性能的标杆分析方面： 国外知名企业普遍采用的方法：汽车公司、飞机公司等 国内现状：标杆分析作为几何、结构与参数的逆向设计(产业) 外在的分析与

3、内在（性能）分析不协调 标杆样车性能分析在部分企业已经进行了开发 标杆样车的分析内容与流程建立有待进一步加强 标杆样车分析数据的利用与数字平台建设是关注的热点 原因：成本、时间和专业人才限制,2、产品研发过程中的标杆分析,产品的研发分为两大类： 现有产品的改进 全新的开发 现代产品的研发主要任务： 完成创新设计（整车、部件、零件）与试制 多学科的数字设计平台（性能分析与预测） 回顾完整的产品设计过程？,现代企业的研发过程与数字平台,Customer Collaboration,Enterprise Integration,Marketing - Sales - Planning - Purch

4、ase - Finance - HR,Product Creation - Manufacturing - Resources,Supplier Collaboration,Geometric Modeling,Manufacturing Simulation,Digital Factory,Digital Maintenance,. . . .,Functional Performance Engineering,基于数字平台的研发过程,概念设计的验证,功能与性能验证,Crash - Ride & Handling - Durability - NVH - Manufacturability

5、 & Assembly,主要的参数、功能和性能,概念设计阶段,有形设计,功能与性能,详细的参数、功能与性能,详细设计阶段,如何在产品设计的阶段和流程中确保产品的品质？ 产品研发面临的挑战： 成本和重量的优化以达到不断增长的各项性能的要求 在最短的研发周期条件下，要求达到第一次设计成功率 以最少的研发平台适应产品不断变化的要求 研发产品的数据和知识共享和再使用 OEM和供应商的多层次研究体系与集成 建立在标杆分析（Benchmarking）基础上的CAE和试验相结合的数字研发平台是关键！,1、标杆分析的基本概念,2、产品研发过程中的标杆分析,概念设计阶段：,2、产品研发过程中的标杆分析,1、标杆

6、分析有助于确定和比较竞争对手技术战略的组成要素 ，是产品概念设计阶段确定竞争策略的依据 2、通过对竞争对手的标杆分析，与对客户的需求作对比分析，可发现本公司的不足，从而将市场、竞争力和目标的设定结合在一起 3、标杆分析是产品概念设计阶段主要参数、功能和性能的确定与改进指标的依据（超越目标、差异目标、降低目标） 4、标杆分析是产品概念设计阶段多学科性能之间协调的主要参考依据,概念设计阶段：,2、产品研发中的标杆分析,产品详细设计阶段： 1、标杆分析在详细设计阶段，要符合概念样车参数、功能和性能目标的依据（整车）。 2、标杆分析是部件选取和设计与零件设计的参考依据 3、标杆分析是在零、部件设计的改

7、进和差异设计在性能方面的参考依据 4、作跨行业的技术性的标杆分析，有助于技术和工艺方面的跨行业渗透。,2、产品研发中的标杆分析,产品试制阶段： 产品的零、部件性能分析对标 试制样车的参数、功能与性能的试验研究对标 试制样车的参数、功能与性能调试与改进对标 CAE和试验集成的混合数字化设计平台验证的依据 产品创新设计与知识产权保护的重要依据,3、标杆分析研究的内容、方法和流程,对于企业运作,在不同层面将标杆分析分为三类： 战略层的标杆分析：成功战略中的关键因素 操作层的标杆分析： 在比较成本和产品的差异性，重点是功能与性能分析。一般仅限于生产同类产品或提供同类服务的企业，其目的主要是发现竞争对手

8、的优点和不足，针对其优点，取长补短；根据其不足，选择突破口。 管理层的标杆分析 ：分析企业的支撑功能,3、标杆分析研究的内容、方法和流程,产品研发的标杆分析内容： 1、研发产品的市场标杆分析（产品规划阶段） 明确提供给顾客什么研发产品和市场定位；确定竞争产品。分析竞争产品顾客满意度 （功能与性能），哪些因素决定顾客的满意度 、市场占有率、基本参数等。 2、标杆样车的参数与功能分析（概念设计阶段） 选取对竞争对手和行业领先企业竞争产品,进行参数与功能分析。哪些功能最有改善的空间 ？哪些功能在市场上与竞争对手差异化，由哪些功能着手最佳（或最具潜力）？哪些功能所占的成本百分比最高？,3、标杆分析研究

9、的内容、方法和流程,产品研发的标杆分析内容： 3、标杆样车的性能分析（概念与详细设计阶段） 通过主观与客观（试验与数值分析）评价方法对整车、部件和零件进行多学科的性能分析。 例如整机多学科性能：产品的动力性、经济性、安全性、可靠性和耐久性、NVH、操纵性、制造与装配工艺性等(输出)。系统集成与各性能协调理念与方法；系统的动力学固有特性(系统内在特性)。 部件性能：动力传动系统的动力性、排放与噪声；液压系统设计与控制原理，主要传动机构的原理分析；部件的动力学固有特性 零件：几何设计特点、材料特性，应力分布等，动力学固有特性,3、标杆分析研究的内容、方法和流程,标杆分析研究用途: 产品设计、产品验

10、证、产品问题的原因分析 标杆分析研究的方法: 1、调研法与统计分析方法 2、主观评价法 多学科有经验的专家评价与顾客的评价相结合 3、试验研究与数值分析相结合的方法 基于CAT/CAE现代试验设备和数值仿真软件,3、标杆分析研究的内容、方法和流程,标杆分析研究的流程： 实施标杆分析主要有确定内容 选择目标 收集分析数据 确定行动目标 实施计划 跟踪结果。(不同属性分析) 1、确定要进行标杆分析的具体项目 对不同设计阶段制定不同的分析项目，与设计流程同步。 2、选择目标 确定了进行标杆分析的项目后，就要选择具体的标杆对象：竞争对手和行业领先企业产品和已生产产品。,3、标杆分析研究的内容、方法和流

11、程,标杆分析研究的流程： 3、数据的获取与分析 运用主观与试验分析方法，按试验规范进行大量的试验与数值分析，对试验数据进行分析与对比。(关键之处和难点) 4、确定行动计划 运用数据分析结果，建立模型，找到差距。确定缩短差距的行动目标和应采取的行动措施，这些目标和措施必须融合到产品的设计中。 5、实施计划并跟踪结果 标杆分析是发现不足，改进产品设计并达到最佳效果的一种有效手段，整个过程必须包括定期衡量评估达到目标的程度。如果没有达到目标，就需修正行动措施。,3、标杆分析研究的内容、方法和流程,标杆分析需要相当大的投入 标杆分析的四项典型成本是： 人力资源成本：多学科的专家和试验与分析人员 设备与

12、仪器成本：多学科的试验设施投入 时间成本：是不间断的跟踪研究 数据管理与软件成本：建立混合数字设计平台,输入,附件与风噪声,道路不平,触觉,视觉,听觉,输出,系统,4、标杆分析的应用举例-车辆NVH,整车系统,发动机,方向盘抖动,座椅振动,后视镜振动,司乘人员耳侧噪声,车轮不平衡,4、标杆分析的应用举例,确定汽车NVH性能目标制定的主要因素有： 顾客的要求： 在汽车不同工况和路面条件下的振动噪声水平和声音品质。 政府强制法规:通过噪声的限制。 竞争对手样车水平：开发新车与标杆样车的水平。 公司技术水平： 公司在汽车NVH设计、分析与试验方面的能力和配套供应商水平。,汽车NVH目标设定(概念设计

13、阶段),4、标杆分析的应用举例,顾客的要求分析： 设计新型汽车的市场定位和顾客群的要求。 标杆分析：通过市场信息和咨询结果，对标杆样车在振动噪声方面的特点进行定性认识和定量分析。 在规划阶段确定NVH的水平定位,4、标杆分析的应用举例,4、标杆分析的应用举例,竞争对手标杆样车水平定性和定量分析法： 主观评价：专业试车员评价与顾客评价 试验客观评价： 整车和部件NVH水平试验评价-不同工况下的振动评价、噪声评价、不平顺性评价 整车NVH固有特性试验评价： 振动模态，声腔模态，物理参数、刚度、阻尼、声学材料特性,4、标杆分析的应用举例,通过标杆样车整车和部件NVH水平测试主要和对比样车水平和品质，

14、确定开发车型的NVH指标。 通过整车NVH固有特性试验和部件固有特性试验，可将其频率分布规律和隔振、隔声与消声特性作为整车和部件的特性要求。 在对整车试验中要特别注意参考样车在隔振、吸振结构、隔声与消声材料与结构。通过试验理解这些结构的作用和对整车振动和噪声的贡献。 通过对比样车的试验结果和专家决策提出整车级与部件级振动噪声的指标图：频率范围、隔振、吸振、隔声与消声要求(CASCADES)。,如何实现汽车的NVH目标,4、标杆分析的应用举例,例如：整车模态试验举例(奇瑞车) 车身的固有频率目标 一弯：28-31Hz 一扭：32-35Hz 局部：40Hz 方向柱系统：一弯 35Hz,4、标杆分析

15、的应用举例,动力总成隔振设计,标杆样车隔振试验 动力总成悬置刚度试验 动力总成转动惯量试验 (标杆车与设计车) 悬置安装参数 动力学建模与分析 设计隔振系统,4、标杆分析的应用举例,激励 激振器或力锤 力传感器 响应 加速度计 激光接受器LDV,振动模态试验方法,4、标杆分析的应用举例,杆样车：卡特彼勒(Caterpillar)小型挖掘机3055 三一重机SY65C、SY75C 标杆分析：液压泵噪声是主要源 更换液压泵噪声下降近5分贝 分析方法：阶次分析与滤波预测,挖掘机驾驶舱噪声控制,优化,Yes,No,CAE,试验,4、标杆分析的应用举例,CAE/CAT混合动力学模型的动力学响应分析,标杆

16、分析,X,载荷,系统动力学传递特性,响应,建模,评价,4、标杆分析的应用举例,标杆分析是动力学反问题,CAT,CAE与CAT数字建模集成建立混合数字平台,概念,虚拟样机,总体初步设计,设计,详细设计,零件建模,零件t,试验,车辆,EM,部件 子系统,车辆目标,子系统目标,优化与调试,试验样车,标杆分析,Motion - Mechanics Structural Integrity Durability Vibrations - Acoustics,结构分析,振动与噪声,耐久性与可靠性,运动分析,物理样机 分析,虚拟样机模拟,产品的功能与性能,集成多学科的混合模型的性能分析与优化,运动,疲劳,声振,结构,多学科的数字平台性能分