同步工程（SE)又称为并行工程，是指在整个产品开发过程中对产品的各个子系统同步开发，即开发时就考虑到整个产品生命周期内所有因素的系统性方法，目前该方法已广泛应用到航天、汽车等行业。从狭义上讲，汽车行业的同步工程主要是指在产品设计的同时通过CAD/CAE软件完成产品的可制造性分析，从而尽早的发现产品制造过程中可能存在的缺陷。

近几年随着国内汽车行业的迅猛发展，汽车企业不断通过提高研发能力和技术手段来优化开发流程，实现并行开发甚至模块化的开发，而这些都建立在同步开发能力的基础上。很多汽车行业的专家对同步工程在汽车各个功能模块中的应用进行了研究，但是针对冲压同步工程如何展开工作，依然缺少全面、系统的对工作流程、内容以及方法的论述。因此，本文将从冲压同步工程的意义和流程、需要解决的问题以及同步工程的资源这三个方面进行论述。

同步工程的意义和流程

工作意义

冲压同步工程是在整车开发过程（包括概念设计、工程设计以及模具招标阶段)中对车身零件进行冲压工艺分析的过程。传统的汽车开发设计环节和生产环节严重脱节，易出现设计、造型一流，但后期制造无法实现的情况，而重大的设计变更会造成开发周期延长、成本攀升，甚至生产出二流产品。运用同步工程后，在早期造型设计时，制造工程师便开始介入，由他们对冲压工艺、模具制造等方面进行评估，是平衡质量、成本和制造周期的有效手段。在项目周期中，越早发现潜在制造风险，可采取的措施越多，解决问题的成本越少（图1)。模具开始制造之后，若出现产品设计变更，情况严重时甚至会导致模具报废，需要重新开模，并使项目节点延后。

工作流程

整车开发流程是将车型最初的规划变为一件件实实在在的产品，最终走向市场的一个覆盖全过程、全业务链的流程。整车开发流程定义了“什么时候，做什么事情”，各功能模块根据整车开发流程制定工作手册，定义“怎么做”的问题，各功能模块可分为架构开发、造型开发、工程开发和制造开发，从架构开发启动到架构初步定型，之后便开始造型和工程开发，工程和制造开发根据造型开发提供的造型面进行工程布置和工艺开发。

冲压SE工作的关键节点主要集中在整车项目启动和整车数模释放之间（图2)，首先是单一造型节点，造型方向确认之后，SE工程师根据造型检查清单评估造型问题，同时产品工程师发布零件数模，SE工程师据此进行虚拟评估。其次是造型冻结，此时SE工程师根据节点数模进行虚拟评估并提供交付物，包括成形性报告以及产品更改需求等。再次是初始造型释放，它是关键的造型和工程节点，此节点数模用于供应商招标以及软模开发，用于开发第一版验证车。最后是整车数模释放，该节点释放的数模用于最终工艺及模具的开发。对冲压而言初始造型释放和整车数模释放节点的SE交付物相同，整车数模释放之后便开始审核供应商工艺、模具设计等。

同步工程解决的问题

在SE阶段，冲压件的问题分为两类，一类为可制造性问题，指零件在后期生产过程中应满足的生产条件和产品质量要求，本文将从设备通过性以及零件成形性这两方面进行分析；另一类为易制造性问题，指在零件满足可制造性前提下，通过优化产品设计、模面设计等以获得质量更优、成本更低的零件。

可制造性问题

⑴设备可通过性。主要是验证产品设计是否满足当前设备条件和生产要求，包括线前要求、压机要求、自动化要求以及线末要求。

1)线前要求。主要有堆垛要求、拆垛要求、一模两件能力、清洗能力以及对中能力等。例如钢板使用磁性分张，铝板采用气刀分张，因此铝板零件要求冲压线前具备铝板拆垛能力。

2)压机要求。包括压机吨位是否满足成形力要求、模具是否超出压机台面、压机数量是否满足工序数要求和模具闭合高度要求等。例如由于门内板侧冲孔较多，单序完成侧冲孔时模具存在斜楔干涉，因此需要两序完成侧冲孔，为了将工序数控制在四序，OP20则在轮罩区域连修带整。

3)自动化要求。主要是检测当前产品设计是否满足自动化设备要求，是否影响生产节拍，包括模具摆放方向、零件冲压方向等是否造成机械手和模具之间的干涉等。为了检测此类干涉问题，开发冲压自动化运动仿真系统（图3)，在模具制造之前评估自动化设备和模具碰撞风险并实现工具离线设计功能。

4)线末要求。线末主要是收料区，线末设备需要满足零件旋转、分张要求以及避免产生零件重力变形。零件重力变形是指冲压线末零件由机械手抓取、放到传送带然后再到收料台的整个过程中由零件自身重力引起的变形。外板零件由于自身刚性较差易出现此类问题，因此开发全过程重力变形模拟系统（图4)，成功识别出若干零件的重力变形问题。

⑵成形性。针对成形性问题，目前主要依靠Autoform软件对零件全工序进行模拟，并对零件开裂、起皱、凹陷、滑移线等缺陷进行识别。由于各整车厂板料供应商、设备和调试能力不同，故不同厂家的模拟设置标准和判断标准会略有不同，但应和现场实际情况对标，使虚拟仿真结果更加接近现场零件。另外，为了验证冲压的稳定性以及模拟模具调试过程，开发了Sigma仿真系统：一方面，在仿真软件中对料厚、r值、n值、屈服强度以及润滑系数等设置公差范围，以模拟材料、设备条件波动后模具的适应性；另一方面，对压边力、拉延筋系数、板料位置等设置公差以模拟调试过程中模具的适应性。图5所示为用Sigma计算得到某零件的润滑、拉延筋等因素对其局部开裂影响的大小。

易制造性问题

易制造问题是指在满足零件可制造性前提下，如何使零件质量更好，模具结构更加简单，开发周期更短、各节点交付满意度更高。本文将从质量和成本这两方面进行分析。

⑴质量。说到质量就必须要提到精品车和精致工艺。精品车就是卓越汽车的概念，着重于外观质量和尺寸配合质量，从早期造型设计开始，便加强造型设计评审，强化制造过程精品车控制。冲压工艺将整车分为7个关键区域，包括前保区域、前大灯区域、后视镜区域、车顶区域、侧门区域、尾灯区域和后保区域，并形成冲压件精品车问题检查清单，关键节点跟踪更新状态直到模具制造调试阶段。

精致工艺的最终目标就是精致质量。针对冲压件而言，精致工艺是指精巧细致的冲压工艺，模面整体平滑、舒展，细节处拉伸充分且均匀，产品圆润饱满（图6)。

⑵成本。每款车型的面世都需要投入大量的研发和材料成本。随着国际上对汽车安全、节能、环保的要求越来越严格，前期投入的研发成本也越来越高，为了保证整车厂效益，必须控制模具的制造成本以及材料利用率。

从模具的制造成本上来说，主要体现在对工序数的优化、简化模具结构以及降低模具更改费用。首先，工序数的优化可通过连翻带整、连修带整等工艺实现，模具结构简化除了节省模具制造费用外，也简化了模具的维护和保养，这两点都需要SE工程师尽早将工艺需求传输给产品工程师用以优化产品设计，尽可能减少斜楔的使用和交刀次数，修边交刀容易产生碎屑，翻边交刀容易产生棱线不顺以及无法消除交刀痕迹，此外，还可以采用一模两件或一模多件的方式来节省模具成本。其次，降低模具更改费用，例如某前盖内板由于风阻问题需要增加密封条孔，造成模具报废。此类问题需要工程师对零件更改需求进行总结，并在模具设计阶段做好空间预留，避免后续产品更改带来大的模具更改费用以及周期延误。

从材料利用率上来说，提高材料利用率需要SE工程师不断进行工艺创新。以前盖内板为例，在风挡角部应用开口拉延工艺可以将材料利用率提高约4%。对于拼焊板形式的门内板，通过优化拼焊线形状，从多道弯曲改成一道弯曲，从曲线焊改为直线焊可节约零件制造成本。

同步工程的资源

随着企业研发能力的不断提升，新车型开发流程不断优化，提升了研发效率，缩短了研发周期，提升了研发质量及产品竞争力。相应的冲压工艺同步工程的工作也要不断地优化，因此完备的流程支持、工艺人员能力发展以及经验总结就至关重要。

完备的流程支持

冲压工艺SE的工作流程如图7所示，造型释放造型面给相关功能模块进行造型评估，产品工程师根据造型面释放数模。冲压造型专家进行造型评估，并将结果反馈给造型工程师；SE工程师根据数模进行制造性评估，若存在可制造性问题则输出产品更改需求给产品工程师。另外，还有针对工程和造型问题的上升机制，确保问题得到及时的解决和反馈。

人员发展

冲压工艺是一个专业性要求较高的工作，需要工程师对冲压工艺、模具结构、车间设备、模具调试等非常熟悉，才能做出合格、优质的模面和工艺规划。针对人员能力发展，我们开发出完善的人员培训及轮岗制度，安排员工到冲压工艺、模具项目管理以及车间现场进行轮岗（图8)，使冲压员工同时具备工艺积累、现场经验以及项目管理经验，对员工自身的能力发展以及同步工程质量的提高有很大的帮助。

经验总结

总结是对一段时间内的工作加以分析、归纳，找寻事物规律、得出经验教训、提升能力的重要途径。经过二十多年众多车型的研发和制造过程，针对冲压工艺、模具设计、项目管理均形成了一系列设计标准以及流程规范等总结性资料，并开发项目管理系统、Lessons Learned系统、在线学习平台等，不断完善产品设计要求及项目管理流程，争取在SE阶段识别所有潜在缺陷并得到易制造性零件。

结论

针对同步工程在汽车冲压行业的应用分析和总结，结论如下：

⑴同步工程是提高产品质量、降低成本以及缩短开发周期的重要手段，需要造型、工程和制造三个团队一起合作，同步工程工作流程的不断完善与优化是提高同步工程质量的有效手段。

⑵将冲压同步工程工作分为可制造性问题以及易制造性问题，并独立开发出全过程重力变形模拟系统以及冲压自动化运动仿真流程，并成功应用到多个项目中。

⑶冲压同步工程工作质量的提升需要完备的流程支持、工艺人员全面的能力发展以及经验总结。

作者简介

罗仁平，整车制造工程车身系统总监，教授级高工，主要从事车身覆盖件冲压工艺的研究，主持完成“大型伺服压力机及伺服冲压生产线关键技术与装备”获得中国机械工业科学技术奖，拥有3项专利。