論設(shè)計平臺化對工藝平臺化的影響

1、論設(shè)計平臺化對工藝平臺化的影響張慶庚（沈陽華晨汽車工程研究院110141）關(guān)鍵詞：平臺化；工藝規(guī)劃。摘要：目前汽車設(shè)計的平臺化主要考慮節(jié)約設(shè)計成本和零部件的通用性兩方面，而對工藝的平臺化的滿足不夠，對工藝平臺化的滿足，可以大大節(jié)省工藝規(guī)劃的投資，提高整個生產(chǎn)過程的兼容度、自動化水平、縮短工藝開發(fā)周期。 當(dāng)前，汽車市場需求的個性化越來越高，為了更好的占領(lǐng)市場，必須適應(yīng)個性化需求越來越高的市場趨勢。汽車生產(chǎn)也一樣，各個汽車生產(chǎn)廠都不斷的根據(jù)市場需求，多品種、多車型的進行汽車生產(chǎn)，以滿足汽車市場的多品種的需要。適應(yīng)這一需求，汽車設(shè)計也改變以往的設(shè)計方式，改變了以往的單一化設(shè)計，進而進行多車型、多品種

2、設(shè)計。在進行整車開發(fā)過程中，為了盡可能的縮短開發(fā)時間、降低開發(fā)成本和生產(chǎn)成本，大多采用平臺化、模塊化設(shè)計。一般來講，汽車的平臺化、模塊化設(shè)計應(yīng)該從零部件的技術(shù)和結(jié)構(gòu)的通用性、工藝流程的通用性、接口的通用性等幾方面入手，但目前來說，汽車設(shè)計時的平臺化、模塊化主要還是從最大程度的增加零部件的通用性入手的，而一般都忽略了生產(chǎn)工藝流程的通用性。下面我們就談?wù)勗O(shè)計平臺化對工藝平臺化的影響。何為汽車設(shè)計平臺化？平臺：從概念上講，是指基礎(chǔ)，一般主要指具有通用性的技術(shù)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)或業(yè)務(wù)基礎(chǔ)。在汽車開發(fā)過程中，平臺通常是指技術(shù)基礎(chǔ)(如基礎(chǔ)材料技術(shù)、基礎(chǔ)的物理技術(shù)或化工技術(shù)等)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)(模塊化結(jié)構(gòu)與非模塊化結(jié)

3、構(gòu)、如承載結(jié)構(gòu)和非承載結(jié)構(gòu)、獨立懸架結(jié)構(gòu)和非獨立懸架結(jié)構(gòu)等)，而較少指業(yè)務(wù)基礎(chǔ)(如一體化開發(fā)模式或同步開發(fā)模式等)。在這里要注意，通用性不是平臺，而是平臺的結(jié)果或平臺具有通用性的特征。汽車設(shè)計平臺化主要是為了適應(yīng)個性化需求，縮短汽車的設(shè)計開發(fā)周期、工藝開發(fā)周期，以及降低產(chǎn)品設(shè)計成本、零部件采購成本、工藝設(shè)計成本、生產(chǎn)制造成本、物流成本，采用平臺化設(shè)計以提高通用化的理念，將產(chǎn)品平臺化、模塊化，以便以更低的開發(fā)成本和更短的開發(fā)周期來實現(xiàn)更多的產(chǎn)品類型的開發(fā)和生產(chǎn)。由于采用平臺化設(shè)計，在產(chǎn)品設(shè)計方面，整車的技術(shù)、結(jié)構(gòu)甚至具體參數(shù)都是通用和只需要局部和簡單的修改，所以設(shè)計周期會大大縮短。同樣，在工藝設(shè)

4、計方面，在平臺化下，新車型的生產(chǎn)，可以完全或大部分借用原有的工藝方案、工藝流程、工藝裝備、甚至工藝參數(shù)，所以工藝開發(fā)周期會大大縮短。由于采用平臺化設(shè)計，對于產(chǎn)品設(shè)計來說，由于采用統(tǒng)一的技術(shù)平臺和結(jié)構(gòu)平臺，產(chǎn)品設(shè)計更多的是在原平臺技術(shù)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行簡單化的修訂（MODFY）而不是重新設(shè)計（NEW），使得產(chǎn)品設(shè)計量變少；使得零部件開發(fā)的工作量變少；使得零部件的通用化率提高，采購成本降低。同樣，對于工藝設(shè)計來說，由于采用技術(shù)平臺和結(jié)構(gòu)平臺，工藝設(shè)計量更多的是在原平臺工藝設(shè)計的基礎(chǔ)上進行簡單化的修訂而非重新設(shè)計；最大程度的實現(xiàn)工藝方法、工藝流程和工藝裝備的通用化，使整車的制造成本降低。此外，對于物流

5、規(guī)劃來說，平臺化帶來的直接影響就是通用化，在平臺化下，物流規(guī)劃和物流器具具有更多的通用性。還有，平臺化還會降低生產(chǎn)管理、銷售和售后的管理的成本。就目前來說，汽車的平臺化設(shè)計，主要是指發(fā)動機和電氣技術(shù)的平臺化（如動力總成是采用燃油技術(shù)還是新能源技術(shù)、電器線路技術(shù)構(gòu)架是采用有線技術(shù)還是無線技術(shù)），以及車架、底盤設(shè)計的結(jié)構(gòu)平臺化（車架結(jié)構(gòu)形式是否一致、底盤結(jié)構(gòu)形式是否一致）。即一個平臺的車系中，是在同一個動力總成和電氣技術(shù)平臺、車架和底盤結(jié)構(gòu)平臺上進行設(shè)計的，同一平臺一般動力總成技術(shù)和電氣技術(shù)，以及車架結(jié)構(gòu)和底盤結(jié)構(gòu)形式基本相同，只是整車造型有一些變化?，F(xiàn)在整車平臺化設(shè)計的程度越來越高，通過造型、配

6、置和簡單的結(jié)構(gòu)變化，同一平臺上可能有幾種或十幾種車型。何為汽車工藝平臺化？汽車工藝的平臺化，是指為了盡可能的降低工藝規(guī)劃成本、提高工藝柔度而盡可能的將多品種、多車型用相似的工藝方法、相近的工藝流程、同一工藝裝備進行兼容性生產(chǎn)。目前現(xiàn)在大多數(shù)轎車生產(chǎn)企業(yè)所采用的生產(chǎn)方式都是平臺化工藝生產(chǎn)，即多品種、多車型在同一條生產(chǎn)線上混流生產(chǎn)，這樣可以大大減少工藝開發(fā)的投資費用、簡化與統(tǒng)一工藝方法、提高生產(chǎn)平臺的兼容度。工藝流程工藝方法工藝裝備汽車設(shè)計的平臺化與工藝平臺化的統(tǒng)一的好處。第一：可以實現(xiàn)工藝方法、工藝流程、工藝裝備的兼容，滿足混流生產(chǎn)的技術(shù)可行性。第二：會減少工藝開發(fā)投資費用。由于目前生產(chǎn)線的柔性

7、都較高，所以一般新開發(fā)的車型，都通過生產(chǎn)線的改造達到兼容，而其中主要的改造包括模具、夾具、車身輸送設(shè)備、生產(chǎn)輔助設(shè)備等的改造。如果采用平臺化策略，從車架結(jié)構(gòu)到零部件如果通用化，就可以實現(xiàn)工藝方法、工藝流程、工藝裝備的兼容，大大節(jié)省模具、夾具、車身輸送設(shè)備、生產(chǎn)輔助設(shè)備的改造費用。一般一個車型在國內(nèi)開發(fā)，如果采用混流生產(chǎn)，模具、夾具、車身輸送設(shè)備、生產(chǎn)輔助設(shè)備的改造費用大約2-3億元，如果在設(shè)計過程中充分考慮平臺化，盡可能的滿足車身及零部件的通用性、滿足混流生產(chǎn)模具、夾具、車身輸送設(shè)備、生產(chǎn)輔助設(shè)備的兼容性要求，則可在工藝實施過程中，較少或根本不用進行生產(chǎn)線的改造，大大節(jié)約改造成本，如果做得好，

8、最多可節(jié)省非平臺化工藝投資的40%-50%。1. 模具的投資成本降低：如果平臺化做得好，下車身件通用化率一般占整車車身件數(shù)量的50%左右，成本的40%左右(對于轎車類由于上車身比較復(fù)雜，一般通用化率可以達到數(shù)量的30%，成本的20%；對于客車類由于上車身比較簡單，一般通用化率可以達到數(shù)量的70%，成本的60%)。2. 夾具投資成本的降低：一般車架或下車身的分總成通用化率較高，比如車架焊接總成、輪罩焊接總成、地板焊接總成、下車身焊接總成、主車身焊接總成等，一般會占整個夾具成本的20%40%左右。一般來講，同一平臺化的車身，車架焊接總成、輪罩焊接總成、地板焊接總成是相同的，所以，其相應(yīng)的焊接夾具可

9、以完全借用現(xiàn)生產(chǎn)夾具；而下車身總成及主車身總成一般是在同一平臺基礎(chǔ)改制的，如果下車身總成及主車身總成的定位點和主要夾緊點與現(xiàn)生產(chǎn)一致，則也可以利用現(xiàn)生產(chǎn)的下車身及主車身夾具。3. 其它生產(chǎn)設(shè)備的投資成本降低：主要體現(xiàn)在輸送線、機器人、打碼設(shè)備、機械手、底盤合裝設(shè)備、輪胎擰緊設(shè)備、加注設(shè)備、檢測設(shè)備等。 如果平臺上的車架或下車身完全相同，或者適應(yīng)現(xiàn)生產(chǎn)輸送設(shè)備的要求進行簡單的改制，就可以與現(xiàn)生產(chǎn)的輸送設(shè)備兼容，整個輸送線就不必或很少進行改造，而節(jié)約輸送線投資費用。一般而言，一個新車型進行混流生產(chǎn)，如果充分考慮輸送線的兼容性要求，輸送線的改造費用可以節(jié)約幾百萬至幾千萬元，而且大大降低輸送線改造的技

10、術(shù)風(fēng)險。 機器人一般用于車身焊接、車身噴涂等方面，一般運行軌跡都是可以通過編程控制的，如果車身設(shè)計時能充分考慮到機器人的運行空間，則可以與現(xiàn)生產(chǎn)機器人設(shè)備相兼容，節(jié)省再投資。 車身上一般都要布置整車VIN碼的刻印位置，如果此處的位置結(jié)構(gòu)與現(xiàn)生產(chǎn)的車型一致，則就可以實現(xiàn)打碼設(shè)備的兼容而節(jié)省此設(shè)備的投資，大約十幾萬元。 整車的儀表板一般都采用模塊化生產(chǎn)，儀表板模塊一般都采用機械手進行與車身合裝，如果整車儀表板模塊的定位與夾緊點與現(xiàn)生產(chǎn)車型一致，則就可以實現(xiàn)儀表板機械手的兼容而節(jié)省設(shè)備的投資，大約十幾萬元。 整車的底盤一般都采用模塊化生產(chǎn)，底盤模塊一般都采用合裝設(shè)備進行合裝，如果底盤模塊的定位、支撐

11、點與現(xiàn)生產(chǎn)車型一致，就可以實現(xiàn)此設(shè)備的兼容而節(jié)省設(shè)備投資，大約幾十萬元。 整車的輪胎的安裝螺栓的頭部尺寸、頭數(shù)、分度圓直徑、擰緊力矩如果與現(xiàn)生產(chǎn)車型一致，則就可以實現(xiàn)輪胎擰緊設(shè)備的兼容，大約會節(jié)省一百多萬元。 整車的各種液體的加注口型式如果與現(xiàn)生產(chǎn)車型一致，也會節(jié)省生產(chǎn)線加注設(shè)備改造的投資幾十萬元。 此外，整車電器檢測的通訊協(xié)議、檢測規(guī)范如果通用化，也可以節(jié)省整車電器檢測的設(shè)備改制投資幾十萬元。第三：可以大大減少生產(chǎn)管理成本，由于零部件及生產(chǎn)設(shè)備的通用性，可以大大節(jié)省新增零部件和設(shè)備的場地面積、新增零部件物流周轉(zhuǎn)器具種類、新增零部件物料管理費用，設(shè)備維修費用等。第四：能充分保證生產(chǎn)線充分的柔度

12、。一條生產(chǎn)線，被改造的次數(shù)越少，其生產(chǎn)的兼容度越高，即接納后續(xù)車型的能力越強。而如果生產(chǎn)線的改造量越大，會使備用的生產(chǎn)場地被占用而減少、生產(chǎn)設(shè)備的兼容度降低，而且有些生產(chǎn)線的改造，有可能會破壞原有生產(chǎn)線對現(xiàn)有車型的兼容性。第五：能充分保證生產(chǎn)線的自動化水平。一條生產(chǎn)線，一般由于新車型的上線需求而經(jīng)過改造后，很多自動的部分都需要改為手動，這樣就降低了生產(chǎn)線的自動化水平。第六：平臺化設(shè)計對工藝平臺的滿足，也可以大大縮短整個項目開發(fā)中工藝開發(fā)部分的周期。第七：可以高質(zhì)量生產(chǎn)。采用平臺化設(shè)計， 零部件的種類大幅度減少，使得在批量化生產(chǎn)和維修過程中的質(zhì)量控制的關(guān)鍵點變少，對質(zhì)量控制而言有很大好處。而且產(chǎn)

13、量增加有助于增加重復(fù)性而提高產(chǎn)品質(zhì)量。目前存在的主要問題是：由于設(shè)計開發(fā)時對工藝部分的平臺化要求的滿足程度較差，大部分的新車型上線生產(chǎn)時，都需要新增大量的模具、夾具，并要對整個車身輸送設(shè)備、輔助設(shè)備，專機的改造才能兼容，這對整個工藝開發(fā)的進度以及投資、生產(chǎn)線的柔度和自動化程度都是不利的。如何實現(xiàn)汽車平臺化設(shè)計與汽車平臺化生產(chǎn)的統(tǒng)一？第一、整車基本結(jié)構(gòu)、基本參數(shù)的定義：整車的基本結(jié)構(gòu)、基本參數(shù)的定義要滿足工藝方法、工藝流程、工藝裝備的要求。新車型要能夠與現(xiàn)生產(chǎn)的工藝方法、工藝流程、工藝裝備兼容，其基本結(jié)構(gòu)、基本參數(shù)要滿足現(xiàn)生產(chǎn)工藝方法、工藝流程、工藝裝備的要求范圍。比如整車的模塊化分塊方案，長寬

14、高和表面積(其中表面積涉及到涂裝的最大噴涂面積)，白車身及整車重量，輪距軸距、車身板材規(guī)格、白車身焊點總數(shù)、白車身弧焊總長度等。第二、車身：車身結(jié)構(gòu)形式是影響工藝平臺化的重要方面，一般會影響模具、夾具、生產(chǎn)輔助設(shè)備中的輸送線、VIN碼刻印設(shè)備等。車身平臺化的開發(fā)四原則為：車身主結(jié)構(gòu)模塊化；縱梁系統(tǒng)一致性；定位系統(tǒng)一致性；尺寸工程一致性。對于車身制造而言，對車身平臺化的主要要求在于地板結(jié)構(gòu)及定位系統(tǒng)的平臺化，即不同車型的地板結(jié)構(gòu)和定位系統(tǒng)盡量保持一致，有利于簡化地板定位夾具及輸送系統(tǒng)。1、模夾具的要求：由于平臺化設(shè)計的變化的部分主要集中于在消費能感知的部位(如外觀造型、動力總成、電器配置等)進行

15、個性化設(shè)計，在消費者不易感知的部分(如車架、底盤總成等)進行通用化或平臺化設(shè)計。所以從車身設(shè)計角度講，同一平臺的汽車，應(yīng)盡可能的共用車架、下車身、主車身的車身部件及焊接總成，就可以實現(xiàn)部分模具和夾具的兼容。其中夾具的兼容一般只要求焊接定位點、主要夾緊點與現(xiàn)生產(chǎn)一致就可以實現(xiàn)與現(xiàn)生產(chǎn)夾具的兼容。2、輸送設(shè)備的要求：對于車身對輸送線兼容性的滿足需要重點介紹一下，由于同一平臺的變型車一般都是軸距和輪距的變化，所以一般同平臺的下車身一般都不可能完全COPY現(xiàn)生產(chǎn)，為了實現(xiàn)車身及整車輸送設(shè)備的兼容，需要對下車身進行局部的改制以滿足整車輸送設(shè)備的要求?，F(xiàn)在一般的汽車輸送線，都是將車身內(nèi)四孔的前兩孔作為整車

16、的輸送過程中的定位和前支撐，將車身內(nèi)四孔的后兩孔所在的平面作為整車輸送的后支撐。如下圖：內(nèi)四孔的前兩孔內(nèi)四孔的后兩孔及所在平面前對于混流生產(chǎn)的輸送線改造，主要是由于軸距、縱梁距離的變化而影響整車輸送線的定位和支撐。軸距的變化一般會直接影響車身內(nèi)四孔及外四孔相對位置關(guān)系，而車身在焊裝、涂裝、總裝之間以及各工藝流程內(nèi)部進行轉(zhuǎn)接時，由于要用到內(nèi)四孔或外四孔，由于軸距的調(diào)整導(dǎo)致內(nèi)四孔及外四孔的相對位置的變化。所以在進行車身設(shè)計時，同一平臺的不同車型，要保證內(nèi)四孔的前兩孔的相對位置一致，后兩孔所在的平面X向前后兩向加長，以保證軸距變化時，前兩孔定位與原定位一致，后支撐面的支撐有充分的布置空間，為了保證總

17、裝底盤合裝過程中改造工作量最小，在設(shè)計上還可以保證車身內(nèi)四孔的前兩孔與車身外四孔的前兩孔的相對位置（X向、Y向）一致。這樣就可以實現(xiàn)整車平臺化新車型在焊裝、涂裝、總裝進行輸送設(shè)備改造量最小或基本不用改造。要進行如上工作，有一個前提，一方面在進行整個輸送線設(shè)計時，包括焊裝、涂裝、總裝的輸送設(shè)計，一般要將輸送線的支撐點統(tǒng)一設(shè)置于車身的內(nèi)四孔上（焊裝、涂裝、總裝內(nèi)部輸送及焊裝、涂裝、總裝轉(zhuǎn)接過程都要用內(nèi)四孔，實現(xiàn)輸送過程支撐的統(tǒng)一，而不是有的過程用內(nèi)四孔，有的過程用外四孔）。3、VIN碼刻印設(shè)備的要求：按國標(biāo)要求，一般在車身右前方的車架上都要刻印整車VIN碼，如果新車型的車身VIN碼刻印的位置和面積

18、、為VIN碼刻印機預(yù)留的定位及夾緊位置、以及板厚與現(xiàn)生產(chǎn)VIN碼刻印機的要求基本一致，就可以實現(xiàn)VIN碼刻印設(shè)備的兼容。第三、動力總成及底盤：1、燃油加注機的兼容性要求：燃油加注口在車身上的位置區(qū)域（左側(cè)或右側(cè)）與現(xiàn)生產(chǎn)車型相同。2、動力總成與底盤分合裝設(shè)備的兼容性要求：底盤模塊（動力總成、前后橋）的型式與現(xiàn)生產(chǎn)相同，動力總成、前橋、后橋以及相應(yīng)的車身主定位孔不變(孔徑、孔位、結(jié)構(gòu)型式)。3、防凍液、制動液、動力轉(zhuǎn)向液的加注設(shè)備的兼容性要求：罐口相對于液位標(biāo)志（MAX及MIN）的Z向高度與現(xiàn)生產(chǎn)一致，加注液體型號與生產(chǎn)一致。4、輪胎擰緊設(shè)備的兼容性要求：輪胎的擰緊螺栓數(shù)量及排列分度圓直徑、螺栓的頭部尺寸、擰緊力矩應(yīng)與現(xiàn)生產(chǎn)相同。²第四、內(nèi)外飾系統(tǒng)：儀表板抓手對新儀表板模塊的要求：儀表板模塊（駕駛模塊）的定位點、夾緊點與現(xiàn)生產(chǎn)車型