汽车用挤压铝合金零部件开发质量先期策划

摘 要：伴随汽车轻量化推进，铝代钢在汽车上运用更加广泛，挤压铝合金汽车结构件如前后防撞梁、门槛梁、电池托板、副车架等早已实现了大规模运用。而挤压铝合金的企业进入汽车行业的时间并不长，对汽车行业的项目开发管理也是在摸索中前进，如何在快速的项目开发中将APQP的要求与本企业流程紧密结合，文章研究产品质量先期策划在挤压铝合金企业中的应用。对挤压铝合金企业构建汽车项目开发具有借鉴和参考价值。

关键词：挤压铝合金 特殊特性 过程失效模式及后果分析（PFMEA） 汽车零部件

0 引言

根据国家发展改革委公布数据：2023年全年新能源汽车产销量分别达到958.7万辆和949.5万辆，同比分别增长35.8%和37.9%[1]。伴随着我国新能源汽车制造业的快速发展，高强度挤压铝合金型材用于汽车结构件，如前后防撞梁、门槛梁、电池托板、副车架等在汽车轻量化的要求下已大批量应用，然而由于挤压铝合金企业进入汽车行业时间短，对汽车行业项目管理和开发体系要求接触较少，企业缺乏汽车项目开发的经验，开发过程中对项目策划、风险分析及预控、过程阶段性工作质量评审、初期质量爬坡、质量问题整改等都与主机厂期望存在差距[2]，面对开发周期短，试错机会少，如何确保新产品开发项目的质量、进度和成本受控，以及达成“第一次就把事情作对”的期望，已经成为挤压铝合金企业面临的重要课题。

1 落实APQP要求与本企业业务流程结合

汽车零部件企业开发管理广泛使用的产品先期质量策划（APQP）是一种结构化、系统化的方法，用来确保产品开发过程和结果使顾客满意所需的步骤，划分为5个阶段，明确了每个阶段的工作任务，每个阶段都安排了工作完成情况的评审，因其结构化和系统化的特点使得质量策划更加具象化和指导性更强[3]。汽车零部件产品的开发和制造，应在APQP的体系指引下，结合企业自身特点和资源、组织机构，形成企业特有的新品开发流程，可确保开发过程在最佳路径下进行。推行质量先期策划目的是在项目策划时嵌入质量管理方法和工具，识别、分析相关制造风险，采取对应的风险预控和其他降低风险的措施，以及过程管理，降低质量成本，提升开发管理效率。

由于人员能力和体系建设与汽车供应链要求存在偏差[2]，因此企业汽车项目必须结合APQP的普遍要求与企业现组织架构和业务流程重新整合、调整。由于APQP是一种开放的工具，机械地照搬其他企业做法或形而上学的套用，没有深刻理解背后的驱动逻辑，缺少体系建设和保障机制，并不能使企业长期受益。

2 公司明确推行开发管理项目制，配套完善项目管理相关规则

企业传统开发管理容易出现各部门推诿扯皮，责任不清，开发周期长，初期质量问题繁多等现象。由于汽车整车开发项目通过发包零部件开发项目的模式实施[4]，为顺利推进汽车项目负责制，企业需要着重解决好以下几个方面：

2.1 界定项目组人员职责、争议解决方式、项目运行评价等，逐步完善相关制度

汽车零部件的开发，公司指定项目经理，在项目经理的领导下成立横向职能小组（CFT），在项目目标的指引下进行工作策划，完成工作分解结构（WBS），制定开发大计划，计划审批后并依计划推进。根据多篇文献的调查结果[5-6]，汽车零部件企业有项目质量管理体系和员工项目质量管理意识、组织架构不适宜、缺少培训等诸多问题。由于项目制运行与原有产品开发体系存在一定冲突，因此企业必须研究采用项目制开发需要优化的制度、流程等，在实践中不断修正完善。

2.2 定义先期质量策划的阶段性关键质量阀设置和评审通过条件，确保阶段工作交付质量

针对项目5个阶段，设置关键阶段性质量阀检查项点（见表1），明确质量阀的检查通过规则，项目小组评审后，先期质量工程师应对开阀状态做最后的评审。当关键任务状态未达到通过或未达到带有条件通过，不得进入后续阶段开发活动。倒逼阶段工作关键任务完成工作质量，减少项目偏离目标或费用不受控风险。

2.3 区分A点或二轨开发

在项目起始阶段明确开发的性质是A点开发还是二轨开发很重要。一是体现在开发技术支持上差异性，二轨开发可以借鉴A点开发产品验证方法、资源，装配关系经过了验证，基本没有设计变更，可在主机厂设计、质量管理支持下，可以提前规避A点产品已经出现的质量问题。二是体现在项目风险评估，二轨开发较大程度上规避了项目中途夭折风险，产品需求量比较清晰。

2.4 高层领导参与项目评审，作出管理决策；明确公司战略方向，战略客户

企业通常多个项目并行，存在资源争夺等现象，因此适当的周期组织公司高层参与所有项目进展评审，有利于公司聚焦资源在关键项目，瞄准未来公司盈利的支撑，侧重资源投入，及时裁决项目管理事项，对项目已出现和潜在风险进行预判、指示，已出现较大问题作出管理决策。

3 把握项目过程各阶段工作重点和关键

在企业资源有限情况下，通过先期质量策划，必须保证特殊特性受控，项目追求质量、成本、进度、安全等多方面因素的最佳统一。挤压铝合金企业的汽车项目管理，也是遵循项目一次性活动的性质，主要适用局部反馈控制方法[7]，运用先期质量策划将工作进行分解和控制，将产品质量保证、风险预防控制措施分解到开发的各阶段和阶段具体工作，落实关键工作任务结果满足要求情况实施评审、验证、确认，能及时发现项目缺陷和潜在风险。通过阶段性工作完成评审，不仅是总结，也是一种风险预警手段。

3.1 项目的计划和确立项目阶段重点

企业收到主机厂项目定点通知后，组建开发项目团队，项目启动会通常是项目重要的里程碑。双方团队就产品开发具体事务性沟通，再次确认项目相关要求，具体对供应范围、开发周期要求、产能预测、开发过程的重点与难点、产品验证要求与费用分摊、专用检具需求和免费样件需求、包装方案的设计准则、数据交换要求、开发相关的规范表格以及双方的责任和对接窗口等达成一致，对产品制造过程相关形位尺寸公差适用等级、制造可行性优化等深入探讨，并形成会议纪要会签确认作为后续工作的指引和基线，未能达成一致的事项进入开口问题清单台账[8]，随后主机厂开发团队应审核、批准供应商提交的产品开发计划（项目甘特图），若后续计划发生变更，需要重新获得主机厂的书面认可。

通常在完成与客户项目启动会对接后一周内，项目经理主持完成内部项目启动会，进行总体策划，明确所需资源，已识别出的开发的难点和重点、主要风险点，输出详细的含有工作分解结构（WBS）、人员分工和时间要求APQP计划，主要包括供应商开发计划，模具与检具制造与验收计划、试生产与测试验证、送样计划，项目文件开发计划，包装方案设计等，并在会议充分讨论进一步修正后，通过公司审批发布，作为内部推进项目的标准。

这一阶段关键工作包括确保项目信息输入正确、完整；项目各项目标拟定合理。双方预测开发验证费用分配责任，并书面明确相关意见。项目计划（项目甘特图）排布合理，完全考虑了工厂内项目并行可行性和向后逻辑关系，避免出现前松后赶情况。

3.2 产品设计和开发阶段重点

图纸是一切生产、工艺、质量保证的基础，如果图纸标准制定模糊、不规范，会影响到整个项目的质量实施和管理[9]。产品设计阶段双方完成产品的3D模型和2D图面细节确认，以及3D与2D的对应符合，输出双方签字认可的2D图纸（注意版次）、BOM表，产品试验大纲和验证计划（DVP），产品检验基准书等产品接收的准则，这些准则和定义必须是准确、完整、互不冲突的，特别是引用相关的标准是清晰可获取的。供应商应严谨评审产品的产品接收准则（特别是产品形位尺寸公差合理性，充分考虑挤压过程自变异以及淬火、时效的内应力引起的变形，使量产具有可行性）和试验大纲，任何异议和优化建议应及时得到澄清、书面确认，保留必要的沟通记录。当发生设计变更必须确保3D模型、2D图纸版本、BOM表等更新替换。

3.3 过程设计和开发阶段重点

围绕产品特殊特性的识别、特殊特性过程能力满足，进行过程的设计和开发，同时注意特殊特性的识别要全面[10]。

挤压模具是保证挤压产品形位和尺寸，保证产品内外表面质量的基本工具。挤压模具设计不良容易导致挤出的型材出现拉裂、波浪、扭拧、弯曲和焊合不良等缺陷，严重时不能成型[11]。因此模具方案的设计、评审非常重要。在模具方案的设计和评审，不仅要参考类似产品断面的经验，还用借助相关软件分析预测挤压缺陷，优化模具设计的质量和效率［12-13]，最后集中众人智慧，努力将可能出现的偏差和缺陷在模具设计时予以规避，减少试模次数，规避模具报废。

工艺参数对挤压过程影响[14]以及热处理工艺对产品性能具有决定性的，也是特殊特性。为控制挤压变形可能调整横截面的出模方向；为减少淬火应力变形引起形位公差超差，需要配合调整淬火剂喷头角度、降温速率等。

在工序策划中落实预防胜于检查的理念，落实相应的预防、探测措施和防错设计。比如CNC的工艺评审可减少批量制造过程中制造偏差，特别在工步转化，加工基准、设计基准、检验基准的统一。工艺评审不仅需要评审加工步骤，还要评审工装夹具定位的准确可靠，方便装夹取放放置到位，还要考虑人机工程，同步考虑制造过程的操作防错[16]、自动探测辩错、报警，可以设计专用防错工装、盛具等；对一些存有较高风险CNC加工工步，考虑快速检具配置和在线100%检查，能及时发现制造偏差。挤压和机加工需要谨慎评审检具设计方案，检具的检测便捷性；检测结果可快速识别；检具应具有识别工序潜在不良品能力。成品检具的方案，应获得主机厂的认可。另外检具应该在首次试模前完成预验收，以便对产品的符合性作出判断。

PFMEA分析基于过程初始过程流程图、初始特殊特性清单和隐藏因素分析（HFA）[15]，过往内部相似产品经验和客户端的输入（如SOR、项目启动会、过往项目经验教训等），必须在试模和试制前开发完成，应真正落实横向职能团队开发和评审、降低风险的活动。比如某型电池托板采用多个型腔组件搅拌摩擦焊（FSW）形成电池承载主体，总成形位公差需要合理分配到组件形状公差和焊接变形，而挤压型材形位公差则需要进一步分解到模具控制和工艺控制。PFMEA的分析结果，应完整反映到控制计划等支持现场控制的文件和规范中[16]。

各阶段的控制计划应在考量制造相关风险与有效监测产品状态的基础上，覆盖进货、过程、性能检测、最终检验、委外质量控制和年度型式试验。

鉴于供应商能力保证对保证向主机厂提供稳定的产品有重要意义[2]，除了铸棒供应商，机加工和焊接、FDS等部分深加工工序可能采取委外完成，供应商的开发也极为重要，比如热熔焊接过程的熔深一致性控制，焊接应力变形控制，自动化和防错漏探测能力；门槛梁热融自攻丝技术（FDS）的连接一致性[9]，都需要引入开发、质保能力和生产能力验证强大供应商。供应商的开发应形成详细开发计划，开发计划满足项目整体时间要求，供应商开发状态的管理纳入项目评审、跟踪范围。

策划产品批次的可追溯机制，确保批次关键信息准确移植到单支产品，实现批次追溯能力和意图。

成品包装方案设计满足客户要求，满足运输、周转对物料的防护，具有高性价比和耐用性，得到客户审批。

3.4 产品和过程的验证阶段重点

试生产前检查模具、专用工装、专用检具、夹具以及对应过程防错技术完成情况是否满足试制要求。生产控制计划应在首次样件制造后评审、更新。其他的过程控制文件和终检接收准则文件应适时更新。

由于铝合金高温挤压特性，每次上机试模并不一定有合格样品产出，因此项目经理应组织项目团队对每次试模、试产产出品进行分析，展开尺寸测量、性能验证、外观检查，完成工艺优化和固化，修整模具等，展开加工和外协深加工等各工序控制，必要时完成OTS样件的封样，当主机厂有需求时，完成OTS尺寸、外观样件认可。试模和机加工、深加工等试产的产品评价项目应完整，尽可能量化相关数据（比如精密测量取代通止等属性测量），评估的样本量和样本代表性应作评审，避免反复和遗漏。在试产过程中发现的产品和控制问题，列入开口问题清单管理。

样件的试验和测试依照DVP计划展开，发现的异常应组织评审和分析，列入开口问题清单管理。

展开和完成供应商的开发状态认可，供应商的开发准备完成状态直接影响挤压企业向主机厂交付的状态和交付效率。项目评审时应报告和评审供应商开发状态，当不满足预期时，应重新评审推进计划和反应计划。

围绕特殊特性的能力测定，能力测定结果作为开展过程能力薄弱环节的分析和改善输入。

3.5 反馈、评估和纠正措施阶段重点

OTS样件或经过与客户沟通后样件送到主机厂评价和验证，发现相关质量问题应归入开口问题清单管理。项目经理组织项目组成员分析开口清单中问题原因，可以参照8D/5why的问题解决思维进行管理，验证查找真因，制定措施进行关闭，验证措施有效性和效率，完成措施相关标准化固定，而不仅是PFMEA和CP的修正。定期评审未关闭项的状态，暂时不能关闭的事项有控制手段和关闭推进计划，控制的状态必须满足顾客阶段性需求，必要时获得客户的批准。

准备PPAP文件包，相关策划和验证结果进行整理。开发过程还要做好变更管理[17]，防范变更管理不善带来的成本激增、产品报废、模具大修等现象。

针对项目量产初期，质量波动因素繁多，人员培训和操作熟练存在适应过程，风险暴露不充分等潜在威胁，项目组应制定质量爬坡计划（通常确定过程能力不达标的关键特性、内部开发小组指定的特性或客户指定的特性），实施全检或有效的控制手段。

4 项目开发经验与总结，系统提升开发能力

在量产断面上作改型开发或外形类似产品的汽车项目开发，如风险可控，可不适用完整的先期质量策划，根据实际情况做出删减，包括质量阀评审，但必须确保特殊特性过程能力得到满足。

经历多个汽车项目开发管理后，企业组织项目开发经验分析会，可以从平衡计分卡和SMART原则结合，也可以从管理多维度检讨先期质量策划的完善程度，应评审、修订企业的APQP程序和项目管理相关制度，使成熟的经验和相关教训得到总结，应用到后序项目中。

本文对挤压铝合金汽车项目先期质量策划运用了过程方法和风险思维，先期质量策划符合APQP方法论，识别了过程关键管控要点和方法，保证了项目可控性和交付质量。本文对挤压铝合金汽车项目先期质量策划实践进行了梳理，对其它汽车零部件先期质量策划也有借鉴意义。

基金项目：2023年重庆市九龙坡区技术创新与产业发展项目（项目编号：CESCO20244B001）资助。

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