虛擬製造與人因工程對產品設計品質的影響 -以福特汽車虛擬製造技術為例

原文出處：美國福特汽車官方網站(March 25, 2008)

翻譯與詮釋：先構技研 郭建甫

日期：2008年10月9日

l          福特汽車領先業界的虛擬製造工具，使得其汽車的產品品質與性能得以不斷得進步。

l         虛擬人因工程工具的應用：知名的數位人體模型Jack和Jill化身為數位員工，消除了生產線上動作姿勢與生理疲勞等相關的組裝議題。

l         虛擬建造工具的應用：使得在真實原型建立之前，設計師、工程師和上游供應商便可在數位化的環境下進行協同的製造可行性分析，在前期就可大幅縮減往後大量成本的產生。

    福特汽車長年來業績與品質的持續成長，有一大部分的因素來自於採用了虛擬製造也就是數位工廠的技術。具有領先業界水準的虛擬技術，福特利用數位化工具來預測和消除作業員的職業傷害，以及進行生產製造上的可行性分析與。 “福特汽車使用虛擬製造的目的，是為了要改進產品設計與組裝流程之間的相容性。” Dan Hettel，福特車輛營運總工程師如此解釋。 ”我們在虛擬環境裡就可針對每個裝配過程進行驗證，以確保實際上可以達到的品質。” ”我們最近證實的成果是，虛擬製造工具的確是有效的。 ”根據2007年RDA group所作的全球品質研究指出，相較於提升二個百分點的全美業界平均水平，虛擬製造方法已經幫助福特將品質足足提升了十一個百分點。

虛擬人因工程：生產線上的Jack和Jill

    福特採用了先進的動作捕捉技術(常用在動畫電影和電腦遊戲中的技術)與數位人體模型工具來進行設計，以找出對作業員而言最佳化的工作與工作站設計。 “其優點是可減少人員傷害、降低工具加工成本的變化、以及更高的生產品質與更快的上市時間。”

     “在我們所看到的種種指標改善當中，虛擬技術都是一個重大的因素。” Allison Stephens，福特的人因工程與汽車製造工程專家如是說。Stephens對媒體展示了一個人因工程技術在虛擬裝配廠中的應用。 ”一名工程師配備上了資料手套、頭戴式顯示器、與動作擷取設備，如此一來對這個工程師而言，這個數位工作站就是整個工廠。” “首先，這位工程師的身體尺寸與肢體運動會被設備擷取並傳送到電腦當中，然後一個名為Jack的化身就會顯示在大屏幕上。” ”以此，數位人體模型軟體便可以協助我們確認組裝線上的工作對於人因工程與生產品質所造成的影響。” “此外，在進行車子與零組件設計時，也可在不造成不利影響的情況下作出迅速且有效率的變更。” 藉此，福特已經將人因工程需求整合到產品設計規格與客戶品質的檢驗當中。

     “有了這個技術，我們的虛擬員工 — Jack和Jill，正在協助我們預測一些長期且重複性動作所會造成的人因工程影響。” Stephens如是說。”這對健康、安全標準以及品質上的影響都是相當巨大的。”  ”福特汽車在數位人因工程上所作的工作一直領先的，因為早在2000年時我們便開始使用虛擬工具來協助改善人因工程上的議題。” 該公司目前正與美國密西根大學聯合參與一個美國國防部的「虛擬士兵研究計劃」，同時參予的單位還有美國的愛荷華大學。

虛擬建造汽車

    “作為產品發展流程中的一部份，上述的人因工程資料會被輸入到「虛擬原型中心 (Virtual Build Arena)」。在這個中心裡，設計師、工程師、供應商與現場作業員合作在一起將每一個汽車元件組立在一起，而且是虛擬的。”  “而這一切都是遠遠發生在第一個實體組件與原型車出現之前。”  ”事實上，這些虛擬建造的活動都發生在福特和它的供應商開始安裝工具和建立工作站之前。” 在這個虛擬建造的活動中，Jack和Jill會開始在一個牆面大小的電腦螢幕上組裝汽車的每一個零件，同時專案團隊會針對每一個組裝細節進行可行性分析。例如，元件的組裝順序與組裝工作站的空間配置等等。

     “這些工作對於成本的節省與品質的提升上具有重大的意義。” Cheryl Bruins-Rozier，虛擬建造經理如是說。”該技術對於福特Flex和林肯MKS兩款車型早期品質的建立上有重大的貢獻，如今這兩車型都在今年暑假上市了。”  “在這兩個案子中，當車子設計到了原型建立的階段時，都已經減少了百分之八十在製造可行性上問題。”

    “多虧了虛擬工具，零組件間的相容性都非常的高。” 她說。”這些產品都將達到世界級的水準。”