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數字化研發引領企業的協同設計

長城汽車 IT管理本部副本部長 嶽毅

很高興大家能夠來到長城汽車,歡聚一堂,互相交流和學習,也非常榮幸,由我來給大家分享長城汽車在研發方面的一些探索。在認真學習了前面幾位的演講內容之後,我特別認可CIO發展中心汽車BOM聯盟祕書長李曉龍在開場辭中的一句話:中國汽車企業的設計週期已經很快了——36個月,汽車行業整體已經具備了一定的競爭力。但是像日系企業這樣的競爭對手,已經把設計週期壓縮到了24個月,與之相比,中國汽車行業還是慢了。

基於以上現狀,對於設計部門來說是個巨大的挑戰。作為技術支援和服務的IT部門如何能夠從效率、能力上幫助設計部門,這是我今天想要分享的課題——數字化研發引領企業的協同設計。

一、行業動態及發展趨勢

1、行業趨勢

近兩年,汽車行業從巨集觀和微觀層面上,都在發生著深刻的變革:在銷量方面,汽車市場已經連續下滑五個月,行業競爭加劇、合資品牌價格持續下探;在利潤方面,行業已進入深紅海市場,價格戰使利潤持續下降;在政策環境方面,國家及行業的監管持續加嚴,如4月1日出臺的雙積分、7月1日推出的關稅下降,以及將於19年7月正式啟動的國六標準等等;在新技術方面,車聯、無人駕駛、新能源、智慧互動等創新技術層出不窮,這些都在驅動著企業要持續加快創新步伐。

2、設計週期的影響因素

汽車行業的設計週期普遍在加快,中國汽車行業的創新需要迎頭趕上。那真正影響設計週期的重要因素有哪些呢?據行業統計,主要有兩點:一是等待浪費,二是設計返工。

等待浪費:汽車行業本身是一個超複雜的綜合專案體,涉及到多學科、多單位、多專業、多部門的配合,設計流程中的各任務既相互制約,又互為前提,因此,基於序列的整車設計流程裡,有60-70%的工作都存在著非增值專案。

設計返工:這是最常見的,表面上看,是某個專案工程師,犯了錯誤、出現了問題,但深層原因,可能是企業內部積累的相關知識、開展的實效分析,並沒有完全轉換成其個人的能力。那麼,在沒有轉換成能力之前,企業是否可以建立一個敏捷體系,能讓工程師在更早期發現相關問題並預防?

基於以上,我們引申出一個課題——如何打造高效、嵌入知識的協同設計平臺,以幫助業務部門快速和高效的達到目標。

二、數字化研發協同思路

1、研發模式發展趨勢

從業務模式的層面來看,未來的業務模式,到底會向什麼方向發展;從資訊化的層面來看,有沒有更好的工具和環境,來輔助其有效落地。

“精益研發”裡提到研發模式的發展趨勢,主要劃分了五個層級:

無序級:基於個人意識的積累,在組織尚未有意識之前,優秀員工自發促進個體成長。組織級:基於組織意識的彙總,企業識別出研發的關鍵要素,著手有意識地積累工作。流程級:基於穩定流程的共享,在流程的引導下,企業開始將研發關鍵要素有序的排布並進行執行。協同級:基於完整體系的協同,完整的研發體系使得研發關鍵要素得到有效協同,整合甚至融合。精益級:基於柔韌體系的精益,完整的精益研發體系使這些關鍵要素融合貫通,隨需而變。

在以上五個層級中,協同是從某種程度上變化之後,需要相關人員瞭解配合並做出相應變化。而精益實際上提出了在做變化的同時,背後有一套知識體系以及輔助模組,能快速的支援變化順利的執行下去,正是基於這一因素,它將給企業帶來難以模仿的競爭優勢。

2、助推研發模式發展的數字化技術

就IT技術領域而言,從最早的二維到之後的三維,到近期常提到的MBD、MBE,都運用到了汽車行業。從中可以看到無論是上下游業務協同、多專業設計協同,還是機電軟開發協同,行業都在通過謀求協同的環境,來促進業務的改善。

基於以上背景,長城汽車嘗試梳理了基於協同與敏捷研發的相關目標:一方面通過設計方法以及知識嵌入的協同,來提高設計方案的準確性;另一方面建立虛擬驗證的數字環境,大幅減少物理樣車;第三,建立滿足概念、設計、工藝、海外技研、供應商之間的協同設計環境,縮短設計週期。

3、數字化協同實施路徑

基於以上理念和目標,長城汽車做了相關的探索與嘗試,數字化協同的實施路徑共分了五個層級。

統一環境的協同:構建單一資料來源的協同設計環境,滿足全球協同研發需求;各專業基於統一CADBOM結構樹,能夠實時檢視設計進度。這一層級更偏向於物理級的協同,將以前互相割裂的設計,做物理層面的整合。規範設計方法的協同:引入引數化等設計方法,保留設計過程便於知識傳承與修改;通過引數引用、關聯,實現設計自動變更與提醒,即讓相關聯的內容能實時提醒、互動。整合工具的協同:實現CAD、CAE等跨專業軟體的整合,形成邊設計邊分析的敏捷協同設計流程;開發輔助工具,實現數模、圖紙間同步轉化。這是多學科、多專業之間工具性的問題,是否也能產生一些關聯和協同。流程重組的協同:基於研發大日程,將業務流程前置後進行重組,縮短設計週期;細化業務流程顆粒度到天,建立工作包,實現精細化的協同管理。業務流程的協同,無論前置還是重組,或者細化顆粒度,都是協助業務進行整體流程優化,進行工具和系統的嵌入。知識智慧化的協同:通過模板技術實現知識重用,結合設計菜譜,建立設計流程嚮導。將設計知識嵌入設計流程,實現設計過程自動防錯的智慧化協同。知識層面的協同,才能讓自動化、自學習、自提醒成為現實。

三、研發協同設計解決方案

下面分享一些長城汽車近幾年在研發協同設計方面的舉措和實踐。

措施一:統一設計環境,藉助協同設計平臺開展專業間自動關聯的設計。

搭建CADBOM結構樹,將所有設計人員放在統一環境中,改變以功能分組為標準的模式,拓展到以模組開展的相關設計。引入基於骨架模型的關聯設計方案,嵌入自頂向下的模式,在設計早期確定跨專業的硬點、邊界、介面等骨架資訊,進行前期的討論、預定義,再開展各組織的相關設計。這個設計平臺,能滿足車身、內外飾、電子電氣相關人員在同一平臺裡快速的線上協同和交流。

在這一模式之下,資料組織效率較原來提升了80%,而自頂向下以及共享的協同平臺,能使設計問題更早的在前期暴露,減少設計變更15%。

舉措二:實現基於工具的協同。

分為兩塊:一塊是三維設計和CAE效能分析協同,另一塊是三維設計與製圖自動化協同。

長城汽車以前的模式,更多的是概念設計與三維設計,而後進行相應的效能驗證,在驗證基礎上發現相關問題並做相應整改,再進行實車、樣車,最後進行相應的反攻,這一流程會在後期出現很多相關問題,導致對前期的設計進行大量更改。

在未來的模式裡,長城汽車嘗試構建產品設計和分析的敏捷迭代流程,通過CAD、CAE跨專業軟體整合,將部門間的序列流程轉變為邊設計邊分析的敏捷設計。這一轉變將原有的分析能力由專業分析向全員普及,提升分析的覆蓋率;將原有的系統級的效能指標分解成零件指標,進行更細顆粒度的擴充套件,在設計早期將產品成熟度從30%提升到50%。

第二塊,更偏向於三維和二維之間的協同,通過設計工具(CATIA)的二次開發,固化三維數模轉二維圖紙設計規範及經驗,將複雜、重複的操作步驟簡化為操作命令,實現自動、快速、準確完成製圖工作,製圖效率提升60%。這種協同很多企業在做,甚至比長城做得更早,雖然不是很複雜,但是效果還是很明顯的。

措施三:實現基於流程的跨專業、跨地域的協同。

流程的協同涵蓋了全生命週期的整個鏈條,包括了概念協同、詳細設計協同、設計與工藝協同、海外設計協同和供應商設計協同等。

以概念協同為例做分享:概念設計主要集中在總佈置和造型之間的協同。眾所周知,造型設計師更偏向於設計美感、流線型、時尚性等,從某種程度上更偏向於工程落地。而前期造型更多的需要用草圖、二維效果圖,往往需要很長時間,因此,長城汽車著重思考總結以下改善方向:第一,流程能不能前置?第二,重用能不能快速自動的進行相關的生成?第三,能否讓這幾個組織或專業在同一個環境裡開展工作?第四,基於大迴圈的節點分析,能否讓迴圈的節點更小?第五,能否通過IT手段,讓檢查、確認等工作更快更自動的進行。

此前的概念設計,長城已經建成了相關的一些庫,可以從庫裡邊快速的呼叫嵌入法規、嵌入相關要素的模板,並將其傳遞給造型人員,造型人員在拿到硬點和佈置要求後,開展二維效果圖的設計,通過相關軟體的拉伸、映象操作之後,快速建模,法規及教科人員也可以快速的拿到資料,調取車身相關數模,比如人體、眼部包絡視野並確認。效果圖上已經存在一些干涉,會反饋給造型人員,通過引數整體的拉伸,進行優化和進一步修改,來滿足系統設計。

在概念造型階段,長城汽車增加了先行CAS流程,使第一個三維數模提前2個月出現,概念階段早期通過資料校核確定整車體量;將原有互動週期從1~2個月縮短到1~2天;基於模板化的校核,從原來的1.5周縮短到了35小時;其次,長城汽車在DMU的做法有點差異:原來主要集中在整體數模建設完成後,進行大節點稽核和校驗,現在把需要校驗的要素嵌入到整個設計流程,讓校驗更簡單、更快、更小顆粒度進行,同時也做了像輕量化的資料自動產生、固定教研模式後臺批量處理等資訊化的工作,使組織資料更加簡單,讓設計人員基於空間篩選、配置篩選、功能篩選的便捷環境,快速交割和確認。

措施四:實現基於知識的協同。

將大量分散設計、知識分類、重組,從三個應用級別實現設計知識一元化管理並嵌入工具流程。知識協同三個層面的工作主要是:知識共享、知識共享+嵌入工具、知識共享+嵌入工具+嵌入流程。

每個人在開展設計工作的時候會並發現一些問題、形成一些經驗,把分散的知識形成統一的環境,以滿足相關人員快速呼叫和抽取,比如標準件庫、材料庫、元件庫、特徵模板、斷面模板庫等,形成庫並建立了共享之後,即使知識標準很多,相關檔案也很多,但是未必能夠預防問題發生,為什麼?一方面在於獲取知識的方便性,另一方面在於工具和流程沒有有效結合。因此,長城也在做和工具整合整合層面的工作。在平臺建設完成之後,會有一個共享知識庫,可以基於分組、功能、名稱,快速實時呼叫、查詢、識別相關的關鍵要素。長城也做了三維輕量化的展示,包含關鍵要點,部位、要求、指標等。在真正設計時,會再設計結構樹左側嵌入相關標準,以供隨時檢視,同時也可以做自動提醒,當設計不滿足法規要求或標準時,會及時提醒對引數做調整和優化。

長城也在研究基於流程的模板建設,類似於軟體操作和安裝過程,會給出相關的選單及選擇,同時可以呼叫以前重複的知識、模板來快速滿足借用;同時,也嵌入了檢驗標準和校核模板,可以快速協助確認設計是不是滿足相關要求,使工程師能夠真正地從面向流程的產品開發轉向面向模型的產品開發。

四、心得體會

長城汽車在探索研發協同設計時,也在不斷總結經驗,不僅侷限於工具方面的改善,也是對於業務模式的變化和調整。其中也遇到了很多共性問題和心得體會,分享給大家。

第一,在做工具推行時,需要提前考慮多版本間的資料轉換、異構設計軟體的資料互動,如果能自動開發一些專業轉換工具做轉化和生成,就會規避很多不增值的工作量。

第二,需要具備相應的能力,IT人員作為專案的引領者,不僅需要知道IT領域的知識,也需要掌握其他相關能力,比如三維設計軟體的能力、設計方法論的能力,便於更好地和業務溝通。

第三,因為會對未來的業務模式有很大影響,所以,建議應該由業務部門的高層進行牽頭來驅動整體的業務變革,也建議IT在專案實施過程中能夠跟相關領導多彙報、多交流、多分享,才能將業務模式和工具高的融合,真正發揮其價值。

最後送給大家一句話:協同只是手段,縮短週期和精益研發才是我們最終的目標。

(本文轉載自:CIO發展中心)

本文由CIO發展中心根據長城汽車IT管理本部副本部長嶽毅先生在CIO發展中心汽車BOM聯盟2018年會之“走進長城汽車”活動演講整理

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Reference:Man's Daily

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