标杆样车的分析研究与产品开发
2009 2009 年年 7 7 月月 77日日
南京航空航天大学车辆工程系
翁建生
1、标杆分析的基本概念
2、产品研发过程中标杆分析研究
3、标杆分析研究的流程、方法与过程
4、标杆分析的应用举例
5、结论
标杆样车的分析研究与产品开发
标杆分析首先应用在企业管理层次上的标杆分析首先应用在企业管理层次上的
BBenchmarkingenchmarking是寻找在公司执行任务时如何比其他公司更是寻找在公司执行任务时如何比其他公司更
出色的一门艺术出色的一门艺术
1、标杆分析的基本概念
标杆分析的定义标杆分析的定义
1. 标杆分析(B(Benchmarking)enchmarking)是将本企业经营和产品各方面状是将本企业经营和产品各方面状
况和环节与况和环节与竞争对手竞争对手或行业内外一流的企业进行对比分析的或行业内外一流的企业进行对比分析的
过程，是一种评价自身企业和研究其他组织的手段，是将外过程，是一种评价自身企业和研究其他组织的手段，是将外
部企业的持久业绩作为自身企业的内部发展目标并将外界的部企业的持久业绩作为自身企业的内部发展目标并将外界的
最佳做法移植到本企业的各环节中去的一种方法最佳做法移植到本企业的各环节中去的一种方法（管理）（管理）
1、标杆分析的基本概念
基本思想:
••孙子兵法孙子兵法:“:“知己知彼，百战不殆；不知彼而知己，一胜一知己知彼，百战不殆；不知彼而知己，一胜一
负；不知彼，不知己，每战必败负；不知彼，不知己，每战必败””。。
•将管理层次的标杆分析推广到产品开发层次？将管理层次的标杆分析推广到产品开发层次？
BenchmarkingBenchmarking法起源于法起源于施乐施乐（（XeroxXerox））公司公司 （（19791979年年）。）。通通
过过““逆向工程逆向工程””，从外向内分析其零部件，并学习日本企业，从外向内分析其零部件，并学习日本企业
以以TQCTQC品质管理方法，从而在复印机产品重新获得竞争优势。品质管理方法，从而在复印机产品重新获得竞争优势。
1、标杆分析的基本概念
在产品设计与性能的标杆分析方面：在产品设计与性能的标杆分析方面：
国外知名企业普遍采用的方法：汽车公司、飞机公司等国外知名企业普遍采用的方法：汽车公司、飞机公司等
•国内现状：国内现状：标杆分析作为几何、结构与参数的逆向设计标杆分析作为几何、结构与参数的逆向设计((产业产业))
外在的分析与内在（性能）分析不协调外在的分析与内在（性能）分析不协调
标杆样车性能分析在部分企业已经进行了开发标杆样车性能分析在部分企业已经进行了开发
标杆样车的分析内容与流程建立有待进一步加强标杆样车的分析内容与流程建立有待进一步加强
标杆样车分析数据的利用与数字平台建设是关注的热点标杆样车分析数据的利用与数字平台建设是关注的热点
原因：成本、时间和专业人才限制原因：成本、时间和专业人才限制
2、产品研发过程中的标杆分析
产品的研发分为两大类：
现有产品的改进现有产品的改进 全新的开发全新的开发
现代产品的研发主要任务：
•完成创新设计（整车、部件、零件）与试制完成创新设计（整车、部件、零件）与试制
•多学科的数字设计平台（性能分析与预测）多学科的数字设计平台（性能分析与预测）
•回顾完整的产品设计过程？回顾完整的产品设计过程？
现代企业的研发过程与数字平台现代企业的研发过程与数字平台
Customer Customer
CollaborationCollaboration
Enterprise IntegrationEnterprise Integration
Marketing - Sales - Planning - Purchase - Finance - HRMarketing - Sales - Planning - Purchase - Finance - HR
Product CreationProduct Creation - Manufacturing - Resources - Manufacturing - Resources
Digital Digital
EnterpriseEnterprise
Supplier Supplier
CollaborationCollaboration
Geometric Geometric
ModelingModeling
Manufacturing Manufacturing
SimulationSimulation
Digital Digital
FactoryFactory
Digital Digital
MaintenanceMaintenance
. . . .. . . . Functional Functional
Performance Performance
EngineeringEngineering
Functional Functional
Performance Performance
EngineeringEngineering
产品性能产品性能
基于数字平台的研发过程基于数字平台的研发过程
CAE/CATCAE/CAT 概念设计的验证概念设计的验证 功能与性能验证功能与性能验证
Crash - Ride & Handling - Durability - NVH - Manufacturability & AssemblyCrash - Ride & Handling - Durability - NVH - Manufacturability & Assembly
主要的参数、功能和性能主要的参数、功能和性能
CAD/DMUCAD/DMU 概念设计阶段概念设计阶段 有形设
计
有形
设计
功能
与性
能
功能
与性
能
详细的参数、功能与性能详细的参数、功能与性能
ProductionProduction
Validation Validation
物理样机与品质
试制试制 测试测试 改进改进 分析分析
虚拟样机
设计设计 建模建模 分析分析 优化与改进优化与改进
目标目标 概念概念 确认与改进确认与改进
概念设计
详细设计阶段详细设计阶段
如何在产品设计的阶段和流程中确保产品的品质？如何在产品设计的阶段和流程中确保产品的品质？
产品研发面临的挑战：产品研发面临的挑战：
•• 成本和重量的优化以达到不断增长的成本和重量的优化以达到不断增长的各项性能各项性能的要求的要求
•• 在最短的研发周期条件下，要求达到在最短的研发周期条件下，要求达到第一次设计成功率第一次设计成功率
•• 以以最少的研发平台最少的研发平台适应产品不断变化的要求适应产品不断变化的要求
•• 研发产品的数据和知识共享和再使用研发产品的数据和知识共享和再使用
•• OEMOEM和供应商的多层次研究体系与集成和供应商的多层次研究体系与集成
建立在标杆分析标杆分析（（BenchmarkingBenchmarking））基础上的基础上的CAE和
试验相结合的数字研发平台是关键！是关键！
1、标杆分析的基本概念
2、产品研发过程中的标杆分析
概念设计阶段：
2、产品研发过程中的标杆分析
11、、标杆分析标杆分析有助于确定和比较竞争对手有助于确定和比较竞争对手技术战略技术战略的组成要素的组成要素 ，，
是产品概念设计阶段确定竞争策略的依据是产品概念设计阶段确定竞争策略的依据
22、通过对竞争对手的标杆分析，与对客户的需求作对比分析，、通过对竞争对手的标杆分析，与对客户的需求作对比分析，
可发现本公司的不足，从而将市场、竞争力和目标的设定结可发现本公司的不足，从而将市场、竞争力和目标的设定结
合在一起合在一起
33、标杆分析是产品概念设计阶段主要参数、功能和性能的确定、标杆分析是产品概念设计阶段主要参数、功能和性能的确定
与改进指标的依据（超越目标、差异目标、降低目标）与改进指标的依据（超越目标、差异目标、降低目标）
44、标杆分析是产品概念设计阶段多学科性能之间协调的主要参、标杆分析是产品概念设计阶段多学科性能之间协调的主要参
考依据考依据
概念设计阶段：
2、产品研发中的标杆分析
产品详细设计阶段：
11、标杆分析在详细设计阶段，要符合概念样车参数、功能和性、标杆分析在详细设计阶段，要符合概念样车参数、功能和性
能目标的依据（整车）。能目标的依据（整车）。
22、标杆分析是部件选取和设计与零件设计的参考依据、标杆分析是部件选取和设计与零件设计的参考依据
33、标杆分析是在零、部件设计的改进和差异设计在性能方面的、标杆分析是在零、部件设计的改进和差异设计在性能方面的
参考依据参考依据
44、、作跨行业的技术性的标杆分析，有助于技术和工艺方面的跨作跨行业的技术性的标杆分析，有助于技术和工艺方面的跨
行业渗透。行业渗透。
2、产品研发中的标杆分析
产品试制阶段：
•产品的零、部件性能分析对标产品的零、部件性能分析对标
•试制样车的参数、功能与性能的试验研究对标试制样车的参数、功能与性能的试验研究对标
•试制样车的参数、功能与性能调试与改进对标试制样车的参数、功能与性能调试与改进对标
CAECAE和试验集成的混合数字化设计平台验证的依据和试验集成的混合数字化设计平台验证的依据
产品创新设计与知识产权保护的重要依据产品创新设计与知识产权保护的重要依据
3、标杆分析研究的内容、方法和流程
对于企业运作对于企业运作,,在不同层面将标杆分析分为三类在不同层面将标杆分析分为三类：：
•战略层的标杆分析：成功战略中的关键因素战略层的标杆分析：成功战略中的关键因素
•操作层的标杆分析：操作层的标杆分析：
在比较成本和产品的差异性，重点是在比较成本和产品的差异性，重点是功能与性能功能与性能分析分析。一般。一般
仅限于生产同类产品或提供同类服务的企业，其目的主要是发仅限于生产同类产品或提供同类服务的企业，其目的主要是发
现竞争对手的优点和不足，针对其优点，取长补短；根据其不现竞争对手的优点和不足，针对其优点，取长补短；根据其不
足，选择突破口。足，选择突破口。
•管理层的标杆分析管理层的标杆分析 ：：分析企业的支撑功能分析企业的支撑功能
3、标杆分析研究的内容、方法和流程
产品研发的标杆分析内容：产品研发的标杆分析内容：
11、研发产品的市场标杆分析（产品规划阶段）、研发产品的市场标杆分析（产品规划阶段）
明确提供给顾客什么研发产品和市场定位；确定竞争产品。明确提供给顾客什么研发产品和市场定位；确定竞争产品。
分析竞争产品顾客满意度分析竞争产品顾客满意度 （功能与性能），哪些因素决定（功能与性能），哪些因素决定
顾客的满意度顾客的满意度 、市场占有率、基本参数等。、市场占有率、基本参数等。
22、标杆样车的参数与功能分析（概念设计阶段）、标杆样车的参数与功能分析（概念设计阶段）
选取对竞争对手和行业领先企业竞争产品选取对竞争对手和行业领先企业竞争产品,,进行参数与进行参数与
功能分析。哪些功能最有改善的空间功能分析。哪些功能最有改善的空间 ？哪些功能在市场上？哪些功能在市场上
与竞争对手差异化，由哪些功能着手最佳（或最具潜力）？与竞争对手差异化，由哪些功能着手最佳（或最具潜力）？
哪些功能所占的成本百分比最高？哪些功能所占的成本百分比最高？
3、标杆分析研究的内容、方法和流程
产品研发的标杆分析内容：产品研发的标杆分析内容：
33、标杆样车的性能分析（概念与详细设计阶段）、标杆样车的性能分析（概念与详细设计阶段）
通过主观与客观（试验与数值分析）评价方法对整车、部件和零通过主观与客观（试验与数值分析）评价方法对整车、部件和零
件进行多学科的性能分析。件进行多学科的性能分析。
例如整机多学科性能：产品的动力性、经济性、安全性、可靠性和耐久性、例如整机多学科性能：产品的动力性、经济性、安全性、可靠性和耐久性、NVHNVH
、操纵性、制造与装配工艺性等、操纵性、制造与装配工艺性等((输出输出))。系统集成与各性能协调理念与方法；。系统集成与各性能协调理念与方法；
系统的动力学固有特性系统的动力学固有特性((系统内在特性系统内在特性))。。
部件性能：动力传动系统的动力性、排放与噪声；液压系统设计部件性能：动力传动系统的动力性、排放与噪声；液压系统设计
与控制原理，主要传动机构的原理分析；部件的动力学固有特性与控制原理，主要传动机构的原理分析；部件的动力学固有特性
零件：几何设计特点、材料特性，应力分布等，动力学固有特性零件：几何设计特点、材料特性，应力分布等，动力学固有特性
3、标杆分析研究的内容、方法和流程
标杆分析研究用途标杆分析研究用途::
产品设计、产品验证、产品问题的原因分析产品设计、产品验证、产品问题的原因分析
标杆分析研究的方法标杆分析研究的方法::
11、调研法与统计分析方法、调研法与统计分析方法
22、主观评价法、主观评价法
多学科有经验的专家评价与顾客的评价相结合多学科有经验的专家评价与顾客的评价相结合
33、试验研究与数值分析相结合的方法、试验研究与数值分析相结合的方法
基于基于CAT/CAECAT/CAE现代试验设备和数值仿真软件现代试验设备和数值仿真软件
3、标杆分析研究的内容、方法和流程
标杆分析研究的流程：
实施标杆分析主要有确定内容 选择目标 收
集分析数据 确定行动目标 实施计划
跟踪结果。(不同属性分析)
11、确定要进行标杆分析的具体项目、确定要进行标杆分析的具体项目
对不同设计阶段制定不同的分析项目，与设计流程同步。对不同设计阶段制定不同的分析项目，与设计流程同步。
22、选择目标、选择目标
确定了进行标杆分析的项目后，就要选择具体的标杆对象：竞争确定了进行标杆分析的项目后，就要选择具体的标杆对象：竞争
对手和行业领先企业产品和已生产产品。对手和行业领先企业产品和已生产产品。
3、标杆分析研究的内容、方法和流程
标杆分析研究的流程：
33、数据的获取与分析、数据的获取与分析
运用主观与试验分析方法，按试验规范进行大量的试验与数值分运用主观与试验分析方法，按试验规范进行大量的试验与数值分
析，析，对试验数据进行分析与对比。对试验数据进行分析与对比。((关键之处和难点关键之处和难点))
44、确定行动计划、确定行动计划
运用数据分析结果，建立模型，找到差距。确定缩短差距的行动运用数据分析结果，建立模型，找到差距。确定缩短差距的行动
目标和应采取的行动措施，这些目标和措施必须融合到产品的设目标和应采取的行动措施，这些目标和措施必须融合到产品的设
计中。计中。
55、实施计划并跟踪结果、实施计划并跟踪结果
标杆分析是发现不足，改进产品设计并达到最佳效果的一种有效标杆分析是发现不足，改进产品设计并达到最佳效果的一种有效
手段，整个过程必须包括定期衡量评估达到目标的程度。如果没手段，整个过程必须包括定期衡量评估达到目标的程度。如果没
有达到目标，就需修正行动措施。有达到目标，就需修正行动措施。
3、标杆分析研究的内容、方法和流程
标杆分析需要相当大的投入
标杆分析的四项典型成本是：
人力资源成本：多学科的专家和试验与分析人员
设备与仪器成本：多学科的试验设施投入
时间成本：是不间断的跟踪研究
数据管理与软件成本：建立混合数字设计平台
输入输入
附件与风噪声附件与风噪声
道路不平道路不平
触
觉
触
觉
视
觉
视
觉
听
觉
听
觉
输出输出系统系统
4、标杆分析的应用举例-车辆NVH
整车系统整车系统
发动机发动机
方向盘抖动方向盘抖动
座椅振动座椅振动
后视镜振动后视镜振动
司乘人员耳侧噪声司乘人员耳侧噪声
车轮不平衡车轮不平衡
4、标杆分析的应用举例
确定汽车确定汽车NVHNVH性能目标制定的主要因素有：性能目标制定的主要因素有：
•• 顾客的要求：顾客的要求：
在汽车不同工况和路面条件下的振动噪声水平和声音品质。在汽车不同工况和路面条件下的振动噪声水平和声音品质。
•• 政府强制法规政府强制法规::通过噪声的限制。通过噪声的限制。
•• 竞争对手样车水平：开发新车与标杆样车的水平。竞争对手样车水平：开发新车与标杆样车的水平。
•• 公司技术水平：公司技术水平：
公司在汽车公司在汽车NVHNVH设计、分析与试验方面的能力和配套供应商设计、分析与试验方面的能力和配套供应商
水平。水平。
汽车NVH目标设定(概念设计阶段)
4、标杆分析的应用举例
顾客的要求分析：顾客的要求分析：
•设计新型汽车的市场定位和顾客群的要求。设计新型汽车的市场定位和顾客群的要求。
•标杆分析：通过市场信息和咨询结果，对标杆样车在标杆分析：通过市场信息和咨询结果，对标杆样车在
振动噪声方面的特点进行定性认识和定量分析。振动噪声方面的特点进行定性认识和定量分析。
•在规划阶段确定在规划阶段确定NVHNVH的水平定位的水平定位
4、标杆分析的应用举例
4、标杆分析的应用举例
竞争对手标杆样车水平定性和定量分析法：竞争对手标杆样车水平定性和定量分析法：
主观评价：专业试车员评价与顾客评价主观评价：专业试车员评价与顾客评价
试验客观评价：试验客观评价：
整车和部件整车和部件NVHNVH水平试验评价水平试验评价--不同工况下的振动评价、不同工况下的振动评价、
噪声评价、不平顺性评价噪声评价、不平顺性评价…………
整车整车NVHNVH固有特性试验评价：固有特性试验评价：
振动模态，声腔模态，物理参数、刚度、阻尼、声学材振动模态，声腔模态，物理参数、刚度、阻尼、声学材
料特性料特性……
4、标杆分析的应用举例
••通过标杆样车整车和部件通过标杆样车整车和部件NVHNVH水平测试主要和对比样车水平和品水平测试主要和对比样车水平和品
质，确定开发车型的质，确定开发车型的NVHNVH指标。指标。
••通过整车通过整车NVHNVH固有特性试验和部件固有特性试验，可将其频率分固有特性试验和部件固有特性试验，可将其频率分
布规律和隔振、隔声与消声特性作为整车和部件的特性要求。布规律和隔振、隔声与消声特性作为整车和部件的特性要求。
••在对整车试验中要特别注意参考样车在隔振、吸振结构、隔声与在对整车试验中要特别注意参考样车在隔振、吸振结构、隔声与
消声材料与结构。通过试验理解这些结构的作用和对整车振动和消声材料与结构。通过试验理解这些结构的作用和对整车振动和
噪声的贡献。噪声的贡献。
••通过对比样车的试验结果和专家决策提出整车级与部件级振动噪通过对比样车的试验结果和专家决策提出整车级与部件级振动噪
声的指标图：频率范围、隔振、吸振、隔声与消声要求声的指标图：频率范围、隔振、吸振、隔声与消声要求
(CASCADES)(CASCADES)。。
如何实现汽车的如何实现汽车的NVHNVH目标目标
4、标杆分析的应用举例
例如：整车模态试验举例(奇瑞车)
车身的固有频率目标
一弯：一弯：28-31Hz28-31Hz
一扭：一扭：32-35Hz32-35Hz
局部：局部：>40Hz>40Hz
方向柱系统：一弯方向柱系统：一弯 > 35Hz > 35Hz
4、标杆分析的应用举例
ää动力总成隔振设计
标杆样车隔振试验标杆样车隔振试验
动力总成悬置刚度试验动力总成悬置刚度试验
动力总成转动惯量试验动力总成转动惯量试验
((标杆车与设计车标杆车与设计车))
悬置安装参数悬置安装参数
动力学建模与分析动力学建模与分析
设计隔振系统设计隔振系统
4、标杆分析的应用举例
激励
激振器或力锤
力传感器
响应
加速度计
激光接受器LDV
振动模态试验方法振动模态试验方法
4、标杆分析的应用举例
ää杆样车：卡特彼勒(Caterpillar)小型挖
掘机3055
ää三一重机SY65C、SY75C
ää标杆分析：液压泵噪声是主要源
ää更换液压泵噪声下降近5分贝
ää分析方法：阶次分析与滤波预测
ä挖掘机驾驶舱噪声控制
优化优化
ComponentComponent
ModelingModeling
SystemSystem
SynthesisSynthesis
响应分析响应分析 响应评估响应评估
LoadsLoads
OKOK
YesYes
NoNo
ComponentComponent
ModelsModels
ComponentComponent
ModelsModels
零件建模零件建模
LoadsLoads
LoadsLoads
LoadsLoads
CAE
零件建模零件建模 LoadsLoads
试验
系统分析的系统分析的
频率特性频率特性试验验证的试验验证的
混合模型混合模型
4、标杆分析的应用举例
CAE/CAT混合动力学模型的动力学响应分析
标杆标杆
分析分析
X
载荷载荷
系统动力学传递特性系统动力学传递特性
响应响应
建模 评价
问题的原因
验证
目标设定
44、标杆分析的应用举例、标杆分析的应用举例
标杆分析是动力学反问题
CATCAT
CAE与CAT数字建模集成建立混合数字平台
概念 虚拟样机
总体初步设计
设
计
设
计 详细设计
零件建模零
件
零
件
tt
试
验
试
验
车
辆
车
辆
EM
基于零件的建模特性建模
部
件
部
件
子
系
统
子
系
统
车辆目标
子系统目标
特性建模
优化与调试
试验样车
标杆分析标杆分析
Motion - MechanicsMotion - Mechanics
Structural IntegrityStructural Integrity
Durability Durability
Vibrations - AcousticsVibrations - Acoustics
结构分析结构分析
振动与噪声振动与噪声
耐久性与可耐久性与可
靠性靠性
运动分析运动分析
物理样机
分析
虚拟样机模拟
产品的功能与性能产品的功能与性能
集成多学科的混合模型的性能分析与优化集成多学科的混合模型的性能分析与优化
运动运动
疲劳疲劳
声振声振
结构结构
多学科的数字平台性能分析
5、结论
11、标杆分析是产品设计的流程中重要的环节、标杆分析是产品设计的流程中重要的环节
22、标杆分析是保证设计产品达到和改进目标的重、标杆分析是保证设计产品达到和改进目标的重
要方法要方法
33、建立在标杆分析基础上的产品数字平台是产品、建立在标杆分析基础上的产品数字平台是产品
设计与改进设计一次成功的核心技术设计与改进设计一次成功的核心技术
44、标杆分析的成本和投入比较大、标杆分析的成本和投入比较大
南京航空航天大学
车辆工程系
