基于零件功能識別的車身零件平臺化開發方法及其應用

勞兵，許冰，覃鵬飛，劉燁，徐楓

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

基于零件功能識別的車身零件平臺化開發方法及其應用

勞兵，許冰，覃鵬飛，劉燁，徐楓

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

為平衡企業開發制造成本與顧客個性化需求之間的矛盾以及市場快速需求及開發周期長的矛盾，針對自主品牌4種車型的開發，對國內外先進的平臺化、模塊化開發方法進行研究，提出一種基于零件功能識別的車身零件平臺化開發方法。通過實際車型前防撞梁零件的開發應用，驗證了此方法的合理性和重要性，為實現車身零件開發中成本、質量、時間之間的最優平衡點提供了理論指導。

車身零件；功能識別；平臺化

0 引言

隨著近年汽車市場的日趨成熟，汽車市場競爭也日趨激烈。隨著汽車開發流程不斷成熟，各大汽車廠商推出新車型的速度也不斷加快，同時用戶對汽車品質的要求越來越高，各汽車廠商越來越注重通過平臺化、模塊化開發出符合市場需求且品質可靠的汽車產品。傳統方式下，一款新車型開發一般需要48個月，而平臺化、模塊化開發的運用可大大縮短汽車開發周期，在平臺基礎上開發新車型一般只需要18～24個月，甚至更短。平臺化、模塊化的應用使零件開發屬于成熟技術的應用，有效減少了新工藝、新技術、新結構、新供應商所謂“四新”零件，零件的可靠性得到保證。合理運用平臺化開發策略，不但可以大幅縮短開發周期、降低開發成本，而且可以有效降低技術風險、提高產品可靠性。

平臺化設計在國外發展已日趨成熟，目前國內自主品牌對汽車平臺化的具體研究也日趨成熟。文獻[1]中系統分析了車身平臺化開發的主要問題和關鍵點，闡述了車身平臺化開發的基本思路。文獻[2]中通過對行業內模塊化架構開發策略的實例研究，提出前期型譜規劃、架構要素定義和模塊開發的流程方法。文獻[3]中針對前機艙平臺化、前后地板總成平臺化、柔性共線生產以及平臺化車身安全控制技術進行了相關研究。文獻[4]中闡述了在流程上實施車身平臺架構及平臺架構效率的評價方法。文獻[5]中提出了基于平臺帶寬的車身效率評價概念，重點剖析了平臺帶寬對車身架構開發及效率的影響，提出應對和修正的方法，進而建立了車身綜合效率系數評價指標。文獻[6]中通過分析整車開發的實際情況, 從應用合理的試驗設計到近似模型再到優化設計方法, 實現了一種可行的車身架構優化設計思路。

通過分析，以上各類研究均是對某個系統或某個零件的平臺化開發的流程方法進行研究，或是從平臺帶寬或試驗設計等方面切入車身平臺化的開發研究，或是對某一零件平臺化開發的技術總結，基本沒有從零件功能識別方面展開研究。作者針對汽車車身平臺化開發，提出一個基于零件功能識別的車身零件平臺化開發方法，并在公司新開發的某平臺車型中的前防撞梁總成零件上實現了該方法的應用。

1 綜述

車身的平臺化通常會涵蓋多種車，如CAR、SUV、MPV、PICKUP等，各車型之間差異較大，企業對各車型的定位和要求也不盡一致，這就要求在產品平臺化開發中實施更靈活的策略。

如何平衡平臺化車身零件的通用化和獨特性？文中通過對目前各主流車企不同的平臺開發模式的研究，制定了基于零件功能識別的車身零件平臺化開發方法，如圖1所示。

圖1 基于零件功能識別車身零件平臺化開發方法步驟

從產品設計的角度講，產品功能可以分解為若干子功能及更下級的子功能，可以將這種功能的構成模式稱為功能結構。同時構成產品實體的各種零部件，也可以分解為不同層級的、相對獨立的各組成部分，可將其稱為產品的物理結構。

通過對產品功能結構和物理結構進行對應分析，同時通過分析平臺內不同車型要求的功能區別，識別出同平臺的不同產品對功能區別。

針對不同的子零件，它們對應的功能存在差別的情況下，確定哪些關鍵件作為共用件，哪些零件作為差異件，最后得到一系列滿足各車型需求的零件總成，如圖2所示。

圖2 子零件與功能的對應關系

通過這一方法，可以更加靈活地平衡企業開發制造成本與顧客個性化需求之間的矛盾，并能實現如下要求：

(1)關鍵零件的共用。在滿足各車型所有功能差異的前提下，實現關鍵零件的共用，減少大型模具開發成本；

(2)子零件的差異性。通過某些子零件差異化設計滿足各車型的不同需求，這些零件的工程方案是相同的，這樣降低了零件開發的質量風險；

(3)相同的制造系統。確保生產線能滿足多車型生產的靈活性，減少工裝開發成本，縮短開發周期。

2 某平臺的前防撞梁開發應用

2.1 前防撞梁功能分解及歸類

前防撞梁，從名稱上就能略知其作用：汽車在發生碰撞時傳遞能量，同時吸能盒被壓潰而吸收能量，從而保護乘員和行人。前防撞梁是車身的重要組成部分，是一個獨立單元，它與乘員的乘坐安全和行人保護關系密切。其質量的好壞對整車前端碰撞有嚴重的影響。圖3顯示前防撞梁子系統在整車車身的位置及碰撞時防撞梁的變形。

圖3 汽車碰撞中前防撞梁的變形

不同的車型,結構雖不盡相同,但都要求在車輛或其他物體與該車發生碰撞時,防撞梁能吸收大部分的能量,車輛不會有很嚴重的損傷,不會導致車輛無法行駛或維修成本增高,也保證乘員的安全。

根據圖4對前防撞梁總成的功能分析，可以把功能分類如下：

(1)安裝固定。主要針對散熱系統、前蒙皮系統、牽引鉤系統、上彎梁子系統、前大梁系統。

(2)空間配合。主要針對前蒙皮系統、前懸長度、前大梁系統。

(3)保護功能。主要針對中冷系統。

(4)性能要求滿足碰撞法規及CNCAP相關要求。

(5)人機工程要求。主要針對散熱系統、牽引鉤系統。

圖4 前防撞梁總成的功能分析

2.2 平臺各車型前防撞梁功能構成分析

(1)整車前懸長度各不相同，差異較大，而與前防撞連接的前縱梁需要共用，需要利用前防撞梁的位置包容各不相同的前懸長度需求。

(2)碰撞安全性從三星、四星、五星的差異，且整備質量差異非常大，需要前防撞梁的結構能通過某些差異化零件同時滿足以上需求。

(3)前蒙皮造型風格大體相同，其結構需根據前蒙皮總成與發動機艙的距離而定，形狀受外飾造型的影響較大，同時需要滿足制冷系統的進風量需求。

表1 影響前防撞梁平臺化開發的各車型之間的差異

從表2可以看出：前防撞梁總成在安裝固定、空間配合、性能要求這3個功能上存在差異，具體來說：

(1)安裝固定。SUV車型與其他3個車型的前蒙皮造型的不一致，導致前防撞梁上的前保險杠安裝點不同；

(2)空間配合。由于前懸長度、造型風格、安全要求各車型的不一致，導致前防撞梁與前蒙皮、前大梁系統的空間配合的差異。

(3)性能要求。由于各車型在整備質量、安全要求上的差異，前防撞梁總成的性能要求上也有所差異。

可見，隨著學者們對企業核心競爭能力認識的不斷深化，大家就越發注意到企業核心競爭能力與企業文化間的相互關系。企業文化中的使命與愿景、企業精神、價值觀系統、企業制度等“軟”要素為企業形成適應環境、應對變化、獲取競爭優勢相關能力奠定了基礎。

表2 各車型對前防撞梁功能差異性影響分析

2.3 對前防撞總成的物理構成進行分析

前防撞梁總成是一個焊合總成，由各子零件焊接而成。子零件一般包含前防撞梁本體、前防撞梁加強板、吸能盒、牽引鉤螺母、前蒙皮支架等。通過分析子零件的平臺化設計考慮因素及所占總成質量比重，初步評估哪些關鍵子零件可以考慮作為共用件，哪些需體現車型之間差異性的零件作為差異件，如表3所示。

表3 子零件是否做共用件評估表

2.4 制定開發策略

通過對前防撞梁總成的功能構成和物理構成進行分析，對各車型之間差異化的功能與子零件進行對應分析，從圖5可以看出：在車型間差異的功能安裝固定、空間配合、性能要求對應的子零件為前防撞梁本體、前防撞梁加強板、前蒙皮支架、吸能盒、前牽引鉤螺母。同時考慮到此項目中各車型的前蒙皮造型風格大致相同，且前防撞梁本體所占質量比重較大，前防撞梁本體(關鍵件)作為共用件進行開發，滿足各車型所有性能要求。

通過圖5識別零件的功能及對每個子零件的影響因素進行

分析，根據零件及車型的特點，制定出某平臺車型的前防撞梁開發策略，如表4所示。

圖5 前防撞梁總成的物理構成和功能構成的分析

表4 確定開發策略

續表4

3 總結

隨著汽車工業的發展，各整車企業的研發技術日趨成熟，在車身零件開發領域，依靠傳統的單車型開發已不能滿足市場和用戶的需求。作者通過對國內外先進的平臺技術的分析和總結，形成了自有的車身平臺開發技術，并且開發了基于零件功能識別的車身零件平臺化開發方法。此方法成功應用于某系列車型前防撞梁總成零件，總結如下：

(1)同時開發出滿足4個車型差異化的前防撞梁總成，大大縮短了開發周期，節約了開發成本；

(2)通過共用件和差異件的識別和開發，很好地實現了成本、質量、時間之間的平衡；

(3)前防撞梁總成實現共線生產，降低了制造成本，提高了生產效率。

【1】鞠曉峰．車身平臺化開發策略研究[J]．汽車技術，2012(2)：7-10． JU X F.Study of Biw Platform Develop Strategy[J].Automobile Technology,2012(2)：7-10．

【2】楊國培.面向模塊化的整車架構開發策略研究[J]．上海汽車，2013(10):49-52.

【3】袁煥泉.車身平臺開發與關鍵技術研究[J]．大眾汽車，2014(8)：49-51.

【4】沈建東,王鏑.車身平臺架構集成開發應用研究[J].汽車技術,2013(1):34-37. SHEN J D,WANG D.Study on Integrated Development and Application of Vehicle Body Platform Architecture[J].Automobile Technology,2013(1):34-37.

【5】陳東平，沈建東，王鏑.基于平臺帶寬的車身效率綜合評價[J].汽車工程學報，2012,2(6):452-457. CHEN D P,SHEN J D,WANG D.Body Overall Efficiency Evaluation Based on Platform Bandwidth[J].Chinese Journal of Automotive Engineering,2012,2(6):452-457.

【6】姜欣,陳勇，史國宏，等.前期白車身架構優化設計[J].汽車工程，2010,32(8)：682-685. JIANG X,CHEN Y,SHI G H,et al.Body-in-white Structure Optimization in Early Phase of Development[J].Automotive Engineering,2010,32(8)：682-685.

【7】陳春龍，金愛君，李宏華，等.前地板座椅前橫梁結構的平臺化設計[J]．農業裝備與車輛工程，2011(10):23-26. CHEN C L,JIN A J,LI H H,et al.Platform Design of Front Cross Member Structure on Front Floor Seat[J]. Agricultural Equipment & Vehicle Engineering,2011(10):23-26.

【8】陳偉泉,陳楊.基于整車架構的汽車開發技術研究[J].北京汽車，2011(5):31-35.

The Method and Application of Body Platform Development Based on Function Discrimination of Parts

LAO Bing, XU Bing, QIN Pengfei, LIU Ye,XU Feng

(SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd., Liuzhou Guangxi 545007,China)

To balance the contradiction among the manufacturing costs, customer personalized demand , the market demand and the long development cycle, aiming at the development of four kinds of models, advanced platform and modular development methods in domestic and foreign were researched, a method of body platform development based on function discrimination of part was put forward. Through the application of the front impact beam of actual model, the rationality and importance of this method were verified. It provides theoretical guidance in the optimal balance among the cost, quality and development time for automobile body parts.

Body parts; Function discrimination; Platform

2016-11-02

勞兵(1983—) ，工程師，主要研究方向為汽車車身車體結構開發。E-mail:laobing011@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.02.002

U461.99

B

1674-1986(2017)02-007-05