克萊斯勒的數(shù)字開拓者

密歇根州的uburn Hills- 克萊斯勒猛犸技術中心的無窗“戰(zhàn)爭室”灰色墻壁上的工程圖紙占主導地位。少數(shù)描述了該公司的Concorde和Intrepid車輛的最新變化;還展示了其安大略省Bramelea裝配廠的布局。但是當克萊斯勒的工程師和高管們坐在戰(zhàn)爭室的長中心桌旁時，他們并沒有注視圖紙。相反，他們的注意力集中在房間一端的計算機化投影屏幕上。在那里，他們可以看到公司重新設計的LH車輛在他們眼前成型。每個主要的LH工程決策都發(fā)生在這個屏幕前面。每個部件 - 從最小的螺栓到最大的金屬片 - 都可以在其上查看。墻上的紙質(zhì)圖紙只是偶爾提供視覺支持。

歡迎來到克萊斯勒風格的汽車設計新世界。通過采取近期汽車歷史上最大膽的步驟之一，該公司已經(jīng)改變了其車輛工程流程，并消除了曾經(jīng)至關重要的紙質(zhì)圖紙需求。

雖然乍一看似乎并不那么引人注目，但克萊斯勒采用這一概念的程度卻非同尋常。對于LH計劃，該公司已在其計算機中存儲了大約1,900張圖紙，其中大約有1100萬個數(shù)字多邊形。使用該數(shù)據(jù)庫，其工程師可以檢查車輛上所有部件之間的靜態(tài)和動態(tài)干擾。他們可以在基于超級計算機的碰撞測試中應用CAD數(shù)據(jù)，創(chuàng)建沖壓模具和裝配工具，并檢查發(fā)動機氣缸內(nèi)的火焰前沿。此外，他們已經(jīng)捉襟見肘了數(shù)字化工程過程，包括所有公司的零部件供應商和其模具供應商。

文化變革。當克萊斯勒工程師在1995年開始重新設計流行的LH車輛時，他們的使命宣言并沒有要求數(shù)字設計?？巳R斯勒大型車平臺車輛開發(fā)執(zhí)行工程師John E. Kent回憶說：“我們希望保留我們在早期LH上做的事情，并改善那些出錯的地方。”

管理人員確定了他們想要在重新設計的LH中保留的五大特征 - 性能，價值，工藝，造型和包裝，以及它的“駕駛樂趣”性質(zhì)。在分類帳的另一邊，該公司呼吁其工程師消除早期LH的問題區(qū)域 - 道路噪音，粗糙度，以及在較小程度上解決汽車除霜器和前燈的困難。

與此同時，克萊斯勒希望“將駕駛室推向下一代”。這意味著降低發(fā)動機罩線，延長擋風玻璃的底部，并取出一些前懸。為了滿足新的排放要求，他們還需要將催化轉(zhuǎn)換器從汽車下方轉(zhuǎn)移到汽車引擎蓋下。

簡而言之，工程師面臨著包裝的噩夢。當克萊斯勒工程師在1993年的模型中首次實施時，駕駛室前進一直是一個挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在他們需要讓引擎蓋區(qū)域比以前更低，更光滑。與此同時，他們需要在已經(jīng)擁擠的發(fā)動機艙區(qū)域增加更多。

然而，這個看似不可能的任務的解決方案已經(jīng)在進行中。五年前，它的第一部分已經(jīng)落實到位?？巳R斯勒的平臺團隊已經(jīng)在LH轎車，Viper，重新設計的小型貨車和Dodge Ram卡車的驚人成功中發(fā)揮了關鍵作用。平臺概念將設計，工程，制造，裝配，采購，會計，財務和其他個人聚集在跨職能團隊中，然后將它們放在彼此相距幾英尺的位置。

突然之間，以前只知道自己的部分和供應商名稱的工程師被迫看到更大的圖景。他們了解了他們特定部件的制造，裝配，成本分解以及它在整個子裝配中的作用。“在這種文化中，每個工程師都成為他們所在地區(qū)的企業(yè)家，”克萊斯勒大型汽車平臺工程總經(jīng)理John C. Miller說。而且，無可否認，平臺概念是成功的。

文化變革二。但隨著LH重新設計的推出，克萊斯勒工程師面臨著另一種文化變革：100%的電子設計。像許多公司一樣，克萊斯勒長期以來在各種組件的設計中實施了CAD技術，但它從未使電子設計成為普遍的法令。“多年來，我們所有人都在CAD中設計零件，”Kent回憶道。“然后我們會把設計交給那些會切割三維木模型的人。所以我們意識到我們在浪費時間。”

更糟糕的是，像通用汽車一樣，克萊斯勒沒有指定任何單一的CAD系統(tǒng)。(福特，1995年，選擇SDRC的I-DEAS作為其單一系統(tǒng)。)相反，公司周圍存在對不同CAD系統(tǒng)的忠誠度。在一個部門中，工程團隊有時會使用兩到三個單獨的程序。“每個人都有這個系統(tǒng)，”肯特說。

但隨著LH重新設計于1995年2月推出，所有這一切都開始發(fā)生變化?？巳R斯勒要求平臺團隊專注于單一的CAD系統(tǒng)，即CATIA。“克萊斯勒所做的最重要的事情就是說，'我們專注于一個且只有一個計算機系統(tǒng)'，”肯特說。“從一組通用數(shù)據(jù)中獲得的時間收益令人難以置信。”

然而，克萊斯勒并不滿足于讓6,000名自己的工程師使用一組通用數(shù)據(jù)來獲得時間收益。該公司還希望其供應商能夠在CATIA工作。鑒于克萊斯勒從供應商那里購買了每輛汽車約70%的內(nèi)容，這是一個特別深遠的決定。(相比之下，福特購買約50%，通用汽車購買約30%。)

“我們告訴所有供應商：'我們不僅要求你們完全合作，我們希望你們能夠以電子方式聯(lián)系，'”米勒說。“我們告訴零件供應商和模具供應商。”

數(shù)字回報。對于克萊斯勒而言，這場徹底的文化變革的痛苦是值得的。從新的LH計劃開始，工程師很快就看到了這些優(yōu)勢。

而不是建立新LH的粘土模型，然后數(shù)字化粘土，設計師反過來做。他們對車輛進行了數(shù)字化設計，在高管在戰(zhàn)爭室的巨大投影屏幕上查看其圖像后，反復添加和減少功能。數(shù)字樣式模型總是以三維方式完成，屏幕上的投影非常詳細，甚至可以看到陽光如何從車輛的金屬板上反射出來。達成協(xié)議時，他們最終建立了一個粘土模型，但只是對那些對其實際存在感到更舒服的人的讓步。

“通過這種方式，我們可以提供10種不同的設計方案，而無需構(gòu)建10種不同型號的成本，”克萊斯勒高級CAD CAM研究工程師Robert M. Trecapelli說。“如果其中一位高管說，'我喜歡那款車型的前大燈和其他型號的尾燈'，那么他們可以在第二天再回來，我們可以向他們展示它的外觀。”

把它吹出來。然而，數(shù)字設計的一些最大回報是在工程過程中完全實現(xiàn)的。為了遏制LH的噪音 - 振動 - 粗糙度問題，克萊斯勒工程師專注于空氣感應噪音。他們的目標是：重新設計進氣歧管并使其聽起來更悅耳。

幾年前，這意味著要構(gòu)建原型，運行測試，修改設計，創(chuàng)建另一個模具，以及構(gòu)建另一個歧管。充其量，大多數(shù)車輛程序允許工程師有足夠的時間進行四到五次這樣的迭代。

然而，在LH上，工程師經(jīng)歷了超過1,500次迭代，他們在六個月內(nèi)完成了比使用舊方法更少的時間。他們采用計算流體動力學程序，通過電子方式改變了發(fā)動機的噪音特性，然后為戰(zhàn)爭中的高管們展示了新的聲音。

為了在實驗室中測試指定的原型，他們只是將數(shù)字數(shù)據(jù)發(fā)送到CNC機器并切割部件的“流動箱”。結(jié)果：它們不僅改善了噪聲特性;它們改善了空氣流動質(zhì)量。該公司的新型鋁塊發(fā)動機得益于該設計，每個尺寸的扭矩比同類別中的任何其他發(fā)動機都要大。

數(shù)字裝配?？巳R斯勒也受益于計算機輔助設計與制造之間的聯(lián)系。與傳統(tǒng)的過程不同，人工干預總是難以確定制造問題的根源，這個過程的每個步驟都是由硬數(shù)據(jù)定義的。結(jié)果，當它們出現(xiàn)時更容易發(fā)現(xiàn)問題。

這在建造新的鋁制罩子時尤其重要;克萊斯勒從來沒有做過一次。由于能夠快速定位潛在問題，因此每次出現(xiàn)問題時，他們不再需要反復重新制作零件。“從數(shù)學的角度來看，這樣做的能力保證了引擎蓋的質(zhì)量，”Trecapelli說。“這將使我們的發(fā)布變得更順暢，因為我們不會在批量生產(chǎn)前10周追逐問題。”

然而，數(shù)字化過程的最大優(yōu)勢在于能夠?qū)⑺衅嚁?shù)據(jù)存儲在一個中心位置。這使工程師能夠更好地理解組件之間的關系，并在他們承諾構(gòu)建零件之前考慮可維護性問題。

克萊斯勒工程師使用一種名為數(shù)字模型裝配的工藝，匯集了車輛四個關鍵區(qū)域的數(shù)據(jù)：車身，動力總成，底盤和內(nèi)飾。一種稱為克萊斯勒數(shù)據(jù)展示器的特殊計算機程序與CATIA合作，讓工程師可以看到組件是否相互干擾，或者它們是否以任何方式共享相同的空間?？梢暬鳛榉浅Ｆ胀ǖ母缮鏅z查過程提供了非凡的速度。在一種情況下，在檢查鈑金零件之間的干涉時，系統(tǒng)在17秒內(nèi)執(zhí)行了8,646次檢查。

由于數(shù)字組裝過程，該團隊消除了對所謂“雄鹿”的需求。在汽車行業(yè)中，雄鹿隊傳統(tǒng)上一直是在設計過程早期檢查干擾的粗略方法。工程師通常用手頭的東西建造雄鹿：玻璃纖維，金屬板，泡沫聚苯乙烯，甚至鞋盒。使用與他們提議的組件大小相匹配的錢，他們參加了他們在汽車中占據(jù)空間的會議。

過去，隨著設計的進步，工程師通常會重建他們的錢。例如，在1993年的LH車輛上，他們共使用了16美元。相比之下，新的LH沒有使用。

LH團隊成員表示，數(shù)字裝配在數(shù)百個實例中簡化了開發(fā)過程。當他們將LH的底盤托盤安裝到汽車車身上時，他們對數(shù)字裝配的優(yōu)勢有了充分的認識。底盤托盤通常包含發(fā)動機，懸架，燃油系統(tǒng)，燃油管路和許多其他部件，在第一次嘗試時很少成功地連接到車身。但是在新的LH上，它在前五分鐘沒有干擾。

“這很容易讓我們把它帶回來并重新安裝，只是為了確保我們沒有做錯任何事，”米勒回憶道。“1993年，當我們試圖裝上第一輛汽車時，我們?nèi)匀辉谌齻€月后試車。”

意義深遠的收益。數(shù)字組裝的優(yōu)點也可以從一個程序轉(zhuǎn)移到另一個程序。最近，當米勒考慮在克萊斯勒Sebring敞篷車上使用LH發(fā)動機時，他請高級底盤動力總成的主管亞瑟安德森對他進行干涉檢查。

“他讓我在星期四下午做檢查，”安德森回憶說。“到星期五早上，我們編制了一份需要更改的所有部分的清單。”安德森補充說，這種干擾檢查以前需要大約三個月。

數(shù)字裝配還為工程師提供了不僅能夠看到零件如何在車輛中組裝在一起的能力，還能看到子系統(tǒng)如何組裝。例如，對于車輛底板的組裝，數(shù)字組件顯示焊接的數(shù)量和所需的機器人的數(shù)量，以及其他工具和固定裝置。

如果沒有數(shù)字數(shù)據(jù)的普遍可用性，這一切都無法實現(xiàn)。如果沒有消除設計，工程，制造，裝配和采購之間界限的文化，也無法實現(xiàn)。

專家們欣然承認，這種文化變革有時會令人痛苦。“這很難處理，因為大多數(shù)人都想要分區(qū)和僵化的結(jié)構(gòu)，”密歇根大學汽車運輸研究辦公室主任大衛(wèi)科爾指出。“但現(xiàn)在，公司需要靈活而敏捷。”如果他們不是，他警告說，他們可能會被拋在后面。

計算工具是關鍵。對于克萊斯勒來說，新工藝的好處很多。它使該公司能夠在31個月內(nèi)生產(chǎn)協(xié)和式飛機和無畏飛機，而1993LH車型則為39架。

更重要的是，它使克萊斯勒的設計師能夠為車輛提供他們想要的外觀，并使工程師能夠解決早期的LH問題。例如，計算機分析使它們能夠改善密封和NVH。計算流體動力學進一步降低了空氣噪音。通過管道的更好的空氣流動提高了除霜器的性能。而前燈一度被批評為無效，因為它們太小，突然占據(jù)了汽車的前部。該公司現(xiàn)在努力在宣傳照片中展示大而時尚的頭燈。

工程師說如果沒有新工藝，這一切都不可能實現(xiàn)。他們聲稱，緊密的包裝將是不可能的。“如果我們沒有計算工具和DMA，我們就不能執(zhí)行這種設計，”肯特宣稱。

米勒說，對于消費者而言，節(jié)省的時間和金錢意味著更多的產(chǎn)品價值。“如果我們能夠從成本中扣除成本，那么我們就可以把這個成本放在可以為客戶帶來更多價值的地方，”他解釋道。“這是我們設計汽車的方法。”

當克萊斯勒工程師重新設計流行的LH轎車時，他們的挑戰(zhàn)是保持最佳功能，并消除現(xiàn)有的缺點：

克萊斯勒的LH車輛不是該公司唯一受益于其對數(shù)字設計的新重視的產(chǎn)品。該公司的新型V-6系列鋁塊發(fā)動機在98周內(nèi)開發(fā)，耗資約6.25億美元，可能成為近期汽車歷史上最短的發(fā)動機項目。

典型的汽車發(fā)動機開發(fā)計劃大約需要21/2年，耗資約10億美元。

盡管成本更低，開發(fā)時間更短，克萊斯勒表示，新發(fā)動機提供的扭矩比同級別中的任何其他發(fā)動機都要高，同時仍能提供良好的效率。關鍵：計算機分析使工程師能夠?qū)Πl(fā)動機的各個方面進行建模，從火焰前沿傳播到空氣感應。“我們不可能以任何其他方式實現(xiàn)這種性能和效率，”克萊斯勒大型車平臺車輛開發(fā)執(zhí)行工程師John E. Kent說道。

該公司的發(fā)動機系列包括三種型號：2.7升，24氣門雙頂置凸輪V-6;3.2升，24氣門V-6;和一個3.5升，24氣門V-6。2.7升將成為1998年道奇Intrepid和克萊斯勒協(xié)和飛機的標準發(fā)動機。3.2升發(fā)動機將為道奇Intrepid ES和克萊斯勒Concorde LXi提供動力，而3.5升將專門用于替換克萊斯勒LHS和Eagle Vision。