丰田的技术人员是如何设计开发新型车的-

1、丰田的技术人员是如何设计开发新型车的每当丰田汽车发布一个新的车型时,总会有人提出这样的问题-是谁设计的这辆汽车?然而对这个问题的回答只有一个,而且只要是丰田人,无论是谁都会毫不犹豫的回答:"是总工程师!"在丰田汽车公司,人们把Chief Engineer(总工程师简称为CE。今天,这个人物的存在以及以他为核心的开发体系已经成为人们了解丰田"汽车生产"的最初的钥匙。之所以这样说,就是因为一项新的设计最终将成为一辆什么样的汽车完全取决于这位担负着综合管理职责的CE。特别是在新车开发方面,丰田把相当大的"权力"和责任都委托给了CE一个人。与

2、此同时,CE也不负众望,在整个开发过程中,他会把自己的全部能力都集中于新车型的开发工作。这种曾经被称为"主查制度"的开发模式从丰田创业之初开始一直沿用至今,最近几年更是受到了世界各国汽车生产厂家的极大关注。那么CE的权限到底有多大呢?用曾经担任过CE,现在已成为丰田汽车公司领导人的渡边浩之常务取缔役的话说,"CE有权从工作方法开始进行修改","如果CE认为某一款汽车应该设计成什么样子,那么最终生产出来的汽车就肯定是什么样子"。如果把CE的业务用一句话来概括的话,那就是开发工作总体上的"最优化"。的确,在丰田汽车公司

3、,CE的所有工作或许都是从"最优化"这一课题开始起步的。正是从"最优化"这点考虑,人们才意识到有必要开创新的业务推进方法(改变开发的方法。另外,对于某一种汽车,人们往往会抱着"绝对应该如何如何去制造它"的设想和追求,而"最优化"这一最恰当的诠释正好将CE的业务与人们的这些设想和追求结合成了一体。举个例子来说,我们不妨看看丰田生产的 "PRIUS"。正是这款混合动力汽车给汽车的驱动方法带来了一个根本性的变革。大家知道,在开发PRIUS的当初,蓄电池和马达这些混合动力系统的关键技术尚处在开发的&qu

4、ot;初级阶段"。随着这些关键领域里发明和进步的出现,同时也产生了将它们逐一运用到不断推出的新车型上的必要性,这种必要性就成为让新技术的开发和在新车型上的"登台亮相"同步进行的"超级动机"。与此同时,创造出一种新的"工作方法",使这一动机变为现实,就成为了一项尤为重要的"最优化"。再看另外一个例子。丰田在开发Vitz(在欧洲被称为YARIS时,这个项目当时曾在公司内部被称为"新基础微型车(NBC = New Basic Compact"。据现任CE 市桥保彦先生所说,在对汽车款式进行最

5、终研究的阶段,他们曾经让欧洲人观看了将用于最终确定的黏土车型。一般来说,把正在研究当中的设计方案公布于众被认为是不可理解的事情,而市桥CE认为恰恰由于这款准确地说,在提议公开YARIS黏土模型的时候,市桥还不是正式的CE,只不过是"Z组"当中的一名成员。请注意,所谓"Z组",也是丰田的一项独特的新车开发方法,在丰田公司内部,其地位可以与CE体制相提并论,而在其他公司却很少见到类似的体系。其实"Z组"只不过是丰田公司内部的叫法,对外则称做"制品企画"。然而,这里所说的制品企画并不是人们通常从字面上理解的主管计划工作的

6、某个负责人,确切地说它是丰田新车开发业务的核心。也不妨把它看成是一个汇集全部信息的中枢。对于CE来说,由3-4名成员构成的"Z组"就是它的替身和臂膀,是它接收信息的"天线",同时还是一个极为重要的智囊团。人们甚至可以认为,丰田的汽车就是靠着"Z组"造(汇总出来的。而位于这一群体最上层的领导者就是本篇所介绍的CE。处在CE这样一个位臵,需要处理的工作涉及很广的范围。这也是"Z组"之所以有必要存在的理由之一。所谓CE,他首先应该作为一名技术者充当生产过程中的核心,也就是说具体工作人员送上来的设计图纸如果不经CE亲笔签字

7、,这项工作就不能继续往下进行。也正因为这样,一名职工如果他不是技术人员,看不懂设计图纸的话,就不能成为丰田公司的CE。然而,CE的业务范围却又不仅仅限于技术性的工作。他应以技术工作为主,同时兼顾设计、考核、判断以及对生产的指挥和对质量的管理。总而言之,在一辆新车的开发过程中,CE的业务范围囊括了从项目的整体推进到产品问世后的广告宣传的全部内容。在其它公司又是如何呢?以A公司为例,作为新车开发工作的负责人,他们专门设臵了一个叫做"项目总指挥(LPL = Large Project Leader"的职务。但是A 公司的项目总指挥主要负责的仅仅是技术方面的业务,也就是相当于汽车生

8、产过程中的硬件部分,与丰田的CE相比他的业务范围要小得多。如此看来,在丰田汽车公司里,仅靠CE 一个人却要处理如此繁多的业务,无论从内容上讲还是从时间上讲,都会使人产生出一种不堪重负的感觉。总工程师(项目总指挥制度YARIS汽车是决定丰田能否在欧洲获得成功的一张重要王牌,所以才有必要进行这样的尝试,并且真的把这种尝试付诸了实施。丰田义无返顾地实行CE制度,与此同时还要坚持它的"Z组"体系,其中肯定有它自己的道理。"Z组"在新车开发过程中的存在,实际上有它值得关注的另外一面。正如人们在丰田NBC项目中看到的市桥保彦先生一样,除了极个别的情况以外,当某一项新

9、的开发工作完成以后,下一届的CE人选几乎都是从这一届"Z组"成员中选拔出来的。也就是说,"Z组"并不仅仅是为了支撑一名高高在上的CE 而存在的群体。正如人们从市桥保彦的身上所看到的那样,它是一个通过实际工作来锻炼和培养下一代总工程师的体制,而经它培养造就出来的总工程师对于汽车生产厂家来说恰恰就是最最重要的人才。我们可以这样认为,丰田所实践着的这种独一无二的"Z组"制度正在出色地发挥着培养人才的"学校"的作用。当然,我们并不是说只要有了CE和Z组就等于造出了汽车。当我们想要开发出一个A车型时,就要从发动机、底盘、车身

10、等所有的设计、审核、实验部门抽调必须的人才,这些人作为从事具体工作的人员,在整个开发期间也必须与CE及"Z组"成员一样为 A车型的开发倾注自己的全部精力。从组织形式上看,等于把一群分别属于纵向关系中各部门的工作人员横向地组合在A车型开发这一课题当中。用太阳和行星的相互关系来比喻的话也许让人更容易理解一些,丰田的CE和"Z组"好比是太阳,而从各部门抽调的人员则好比是太阳系中的行星,这些行星在围绕太阳公转的同时还要自转(即各人员独立地开展工作,但行星的自转必须与太阳的运动保持协调一致,并且始终都不能脱离的围绕太阳公转的轨道。那么,这些行星们又是怎样地在历时数

11、年的开发期间与作为太阳的CE和"Z组"携手合作的呢?这个问题我们将在下一期的丰田通讯中与各位一起去探讨。设计之前必须要做的工作以项目总工程师(简称为CE和全面支持项目总工程师工作的产品企划人员(在丰田称之为Z为核心,丰田开始了"生产汽车"的征程。在这一回,我们将一起去看看在当开发人员和开发期限被确定下来之后,他们是如何生产汽车的。说到"生产汽车",首先浮现在人们脑子里的头一项工作,也是令很多人为之忙碌的,恐怕就是"设计"了。因为从这时起,这里将开始制作一个此前从未有过的崭新的东西,而设计图就是以后全部工作的指针。假

12、设我们现在要进行车身的设计。究竟应该做些什么,才能使发动机室这个以前从未存在过的东西变成具体的实物,而制作它又需要哪些零件呢?解决这一问题的工作就叫做"设计"。可是这时候设计者所想象的某种"模样"到底在什么地方呢?可见在动手设计之前,还必须首先对汽车的具体形态做出一个决定。所谓设计师,就是对产品的最终形象,即通常所说的"款式"做出决定的人。而汽车的生产首先就是从确定一个新的三维物体的形状开始的。因此,所谓"汽车生产的第一步就是确定款式"这一说法是有一定道理的。在对老型号汽车进行全面改型时,这一步也就意味着一个新车型

13、的开端。设计工作的两大要素当要开发的车型的基本计划确定之后,经过激烈的设计竞赛,设计方案也被明确下来接着新型车开发的主战场将要移至“设计”上来了。车身,底盘,发动机等各设计部门,虽然已经有了基本车型的雏形,但那也仅仅是在图纸上的雏形,下面要做的工作就是要将这个只存在于意识中的新车型,变成现实中具体的的新型汽车。说到汽车,我们在外观上看起来是一个整车,但它实际上是由许许多多的零件组合而成的。因此设计者们所要从事的工作大体上可分为两个部分。其一,就是要考虑某一已有形状的零件,比如门这样的零件最终可以形成汽车的哪部分零件,另外,它与什么样的零件结合才能制造出这部分零件来,这样极具创造力与想象力的艺术

14、性工作是设计工作的一部分。在这一部分工作中,并不单单是概念的组合,要想制造出汽车,还需要考虑强度,韧性及耐久性等要素。也就是说,在创造力与想象力之后,要有强大的技术力量作后盾。把创造力具体化,形成让所有的人都能够明白的形式,这就是设计工作的另一部分。要达到这一目的,用设计者的话来说,就要进行“画图”的作业。这里所说的图就是设计图,就某一个具体零件来说准确地描绘出从三个方向都能够看的三维图,是一件非常精密且认真的工作。将一个尚未存在的零件进行概念设计,使其在技术意义上明确,再将结合的工作就是汽车厂家们所说的设计工作。其落实到设计图这一纸面上,这种想象力与手工操作相CAD出现以后的设计工作以上所说

15、的设计工作,在1980年代中期开始,发生了巨大的变化。是的,就是由于引进了计算机辅助设计。在NBC这一项目中担任车身设计的福岛啓市是这样描述CAD的。“你可以将CAD考虑成为是将圆规与铅笔引进了计算机里”。由于计算机的引进使得对三维事物的考察从以往的用二维的纸来设计的方式发生了变化,“在计算机的空间里突然就可以用三维画图了”。(福岛的话不仅如此,由于在电脑中可以随意移动三维画面,因此对某一零件的从后面看上去如何如何的讨论也变得非常容易起来。这种CAD的设计在汽车行业已变得十分普遍,其他汽车厂家也都采用了这种方式。在丰田公司采用CAD是由1982年进公司的福岛提出的,他当时提出“要少保留一点用纸

16、的设计,今后要逐步向CAD设计过渡。”现在担任NBC的主设计师的市桥保彥原来是汽车底盘的设计师,由于他从1983年开始就不做设计工作了,因此他没有CAD设计方面的经验。计算机的数据传输使得设计师之间共享情报的技术日益先进,而计算机的技术也在日新月异。但另一方面,作为设计工作还有一项重要内容就是要经过设计认可这一步骤,即将设计图落实到纸面上,将三维图提交给主设计师,取得其签字认可。至此设计工作算告一段落。NBC的设计主题:轻量化在此次NBC项目中,设计阶段最重要的任务是使车体轻量化。因为所搭载的发动机考虑到适合欧洲市场的、排气量为1升的条件,所以要使其在给定的马力下发挥最大的性能设计轻体的汽车就

17、成为必要条件。因此有必要研究一下什么样的设计是可行的设计。其战略之一就是要将零件简单化。要减掉零件中被认为多余的“赘肉”。还有一点就是要减少零件的数量。比如以往有一组零件是由三个零件靠螺钉,螺母组合在一起使用的,如果将它设计成一个零件组,那么至少螺钉、螺母就不需要了。这样一来螺钉、螺母那部分份量也就减下来了。还有一个在NBC设计中去掉“赘肉”的典型例子。这就是下车身的前纵梁。此零件除了要起到保持车身的韧性的作用之外,还要在汽车发生冲撞时起到缓冲冲撞的吸收作用它是汽车中一个极其重要的零件。但是迄今为止这个零件从来也没有被设计成笔直的形状。这是因为在车体设计时要搭载的发动机的形状已定,而且汽车的尺

18、寸也已确定的缘故。所以对它的设计大都按发动机与外壳的缝隙来进行,而它的形状也只能是呈弯曲状了。从设计到模拟实验都在计算机上可是如果要考虑到抗冲撞这一点的话,我们总希望它在发生以外时能够象手风琴那样漂亮地折叠起来。可如果它的某一部分呈弯曲状的话,在受到冲撞时该部分会先折断不能达到缓冲冲撞的作用。那么,我们想出了一个办法就是在它的凸凹部分加入辅强材料纵梁的强度达到均一化。丰田正在推行安全车体的GOA运动,因此在此之后推出的新车型的重量有所增加,也正是由于这个原因。但在此次NBC项目中,让前纵梁变得笔直,是我们的设计主题。也许你要问你怎么可以这样自由自在地进行设计呢?这是由于此次要搭载的发动机也完全

19、是新型的发动机的缘故。包括发动机在内,一切都是全新的因此,我们想方设法设计出最高效率,最轻量的车身。然而,这种车身的设计与发动机的设计是同时进行的。同步工程SE和事前讨论在丰田的设计中还有一个值得关注的特点是它极其活泼的事前讨论过程。例如,设计师向工场或生产能手发出邀请。“这周我们用三天时间,从下午3点开始一直谈到晚上如何?”然后他们就会就设计中的某一零件,一边看着CAD画面,一边探讨“这个你看如何?”“这个在组装上也许会有问题,因此作为我们工场。”像这样互相交换意见的做法。具体的说,要将某个板金零件装上车身组成一个新零件。在设计的时候,这个零件牵掣到要安装的车身板金部位的形状,要设计的新零件

20、的形状,而这些又与工场在安装时的诸要素是分不开的。比如,玻璃呀,螺母等零件在工场中是如何被安装的,要将工场的这些安装要素统统考虑进去。因此,在设计这些零件时,就要请厂方看看是否与工场的实际生产线相吻合。“不是要等到生产开始后才发现设计有问题,而是在生产前就发现,更具体地说就是要在生产东西之前在零件有具体形状之前在设计阶段就发现”。这样就能减少在工场试生产阶段的设计变更”,主设计师市桥保彦这样说。现在丰田公司上下都在推行SE同步工程运动,SE=(Simultaneous Engineering也就是设计部门,生产技术部门和工场团结一致,进行车辆-生产的准备同时进行开发,这种方式在零件设计的阶段也

21、是十分合适的方式。从“实验屋”到所有性能的大汇探索丰田汽车开发过程的连载到了本回终于该进入“考核”或者说“实验”这一话题了。一个新车型的概念和基本计划最终拍板,并且室内外的款式形式也确定下来以后,由于已经有了车的形状,也就使向下一步设计作业的转移成为了可能。按照设计人员绘制好的图纸,所有试生产的零部件都将在这个阶段完成。对于这个实验作品进行实验和确认,检测它是否真正具备了设计预定的性能,并进一步考查这些性能水准是否真正符合要求,这项工作就叫做“考核”。在丰田汽车公司由实验部门负责进行有关考核的业务。从开发工作的时间顺序上看,基本上就是这样一个过程。但如果只是像上面那样进行说明的话,人们可能会误

22、认为实验部门只有在所有实物都已经完成之后才能开始自己的工作。的确,首先来说,根据实际零部件进行判断正是一贯重视现场的丰田的优良传统之一。其次作为一个实际问题,离开了实际的零件或组件等,要想进行实验也不可能,因此上面所说的误解当中应该说有一半是正确的。然而,最近几年来,实验部门的业务已经不再像人们通常所想象的那么单纯了。也不知是谁从什么时候开始的,在丰田公司里人们给实验部门起了个外号叫做“性能店”。的确,从对实验品所应该具备的性能承担责任这层意义上来看,“性能店”的称谓要远比叫做“实验店”更加贴近实情。不管怎么说,近几年来,实验部门的业务顺序确实发生了“逆转”。在丰田公司,今天的设计与实验的相互

23、关系,已不再是前面所说的“先由设计部门做出实验品,然后由实验部门进行考核”的模式,确切地说是“掉了个个儿”。也就是说,当设计部门设计某个零件的图纸时,首先要由实验部门提出对将要制作的那个零件提出性能水平方面的提案。在此之前,相对“设计”而言,实验部门总是处在一种被动的地位上对“设计”的成果进行“考核”。而今天我们把实验部门的主要业务比喻为“性能汇演”也决不为过也正因为如此,实验部门才被人称做为“性能店”的。其中“性能设计”一项,作为一种设想很早以前就已经存在了。由于预测和模拟技术开始有了长足的进步,使得“性能设计”也逐渐成为了可能。“关于一辆新车应该设计成什么样的性能,提方案是考核部门的工作”

24、,Vitz和Yaris的CE市桥保彦说:“而接受考核部门的提案并最终拍板决定的则是CE!”防范事故性能从对交通事故的分析结果中找出容易引起重大事故的行驶方式,通过对易造成各种交通事故的行驶方式进行模拟和再现等驾驶试验,力争提高车辆的防范事故性能有所提高。设计与实验的业务循环无论实验部门的前期性能预测在模拟技术与计算机技术飞速发展的今天有了多么突飞猛进的进步,但模拟终归与实际有所不同。虽说近几年来,丰田的实验部门所做的“预测”当中也考虑了模拟与实际之间的差异,但通过实物进行的严格试验检测最终性能仍然是技术部门不可推卸的责任。在此,我们不妨通过“冲撞试验”的例子,来看看设计与实验在业务上的相互关系

25、。在“冲撞试验”方面,之所以对实际试验尤其重视,是因为在进行实际的撞车试验时,汽车零件会发生变形,并且由于变形的程度太大,很难进行准确的计算。正因为如此,在“冲撞试验”时,设计与实验的业务是按照以下的模式进行循环的。从时间的先后顺序来说,实验部门要想提高汽车的抗冲击水平,首先要先制定出一个具体目标,比如以前的性能是什么样,下一步将提高到什么程度等等。然后再根据这个目标去考虑结构的改动。为此,先要在计算机上进行一个模拟,通过模拟对应该使用什么样的材质、采用什么样的构造、由此可以达到什么样的程度等得出一个初步的判断。有了这个判断作为基础,于是就能设计出试生产车的图纸,而这张图纸中也就包含了“提案”

26、和“模拟”两方面的因素。有了图纸,就可以造出试生产车的实物。接下来就是用这辆真实的汽车去进行真实的冲撞。从被撞得七扭八歪的汽车中,我们能发现需要改进的部位并得出如何进行改进的方案。通过这个过程,设计才逐渐地趋于成熟。在市桥CE的NBC项目中,由于开发的是又轻又小的汽车,而在丰田新车身安全构造标准中对于这种小型汽车又专门设定了特别严格的指标。于是怎样才能达到这个构造的规定标准就成为了摆在市桥CE面前的一个重要课题。尤其是正面冲撞时,汽车的前部应该撞成什么形状。于是,对材料的选择、加工的方法以及驾车人的姿势等都做了充分的考虑。而正是这些不断研究改进的结果,使Yaris在2000年欧洲NCAP冲撞试

27、验评比中赢得了最高的荣誉。生产技术开发人员与生产之间的桥梁-生产技术在生产一辆汽车的时候,首先要根据其基本的计划,清楚将要生产什么样的车型,根据其概念决定设计,根据被确定的形状,做出设计图,最后对由各种零件组成的各个单元部分做出评价。在经过这样的评价过程之后,还要对这些新零件所组成的新型车进行试生产。这时,新车型的“试验车”就诞生了。当这辆试验车进入可以进行“行走试验”阶段时作为汽车这一商品的一个最重要的试验“行走一下看看效果如何”就将要被完成，这一试验将会仔细，认真地被技术人员进行。 进行这种行走试验的目的，实际上就是要以“能够确保这样或那样的性能”这 样的目标而对该车进行检验。 就这样，试

28、验车经过多种检测，对应该加以改正的地方进行设计变更，在即将 被开发的车型的零件设计图中，还应有一个重要的因素被考虑进去。这就是如何制 造被设计出来的这些零件的加工问题考虑这一加工过程的部门就是“生技”部门。 “生技”的概念及其内容 生技” 我们将这样的部门称为“生技”部门，那么在这个部门当中都要进行什么样的 工作呢？为了讲清楚这个问题，我们暂且将丰田的汽车零件比喻成我们餐桌上的一 把叉子。为了制造这把叉子。让我们来看一看为了生产这把叉子“生技”部门应该 进行什么样的工作。 首先我们应该考虑的是：我们应该生产什么样的叉子，比如，它有几根齿，有 四根齿是否合适？其长度又该如何？其四根齿应该呈什么角度？另外手柄部分应该 呈什么形状？要不要加上装饰花纹等等。 。？ 这一部分就是属于概念部分的工作，在这里经过深思熟虑，将各类产品加以确 定，将这些最终决定落实在图纸上。设计图就是这样产生出来的。可是，这时设计 人员头脑中所描绘的仅仅是“这次我将要设计出的是这样一种形状的叉子” ，他头脑 中存在的只是产品完成时的“完成预想图”的形状，下一步设计人员将要用立体图 将其表现出来，这是他们的主要工作。 但是在这里需要明确的是，在这张完成预想图里， ，还必须明确加入要将叉