汽車模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

黃方怡 鄭浩

摘 要：文章通過對(duì)汽車模塊化技術(shù)在車型開發(fā)之初的重要性進(jìn)行分析，得出模塊化技術(shù)在車型開發(fā)中發(fā)揮著非常重要的作用，（1）高度集成模塊化設(shè)計(jì)裝配;（2）提高設(shè)計(jì)自由度和裝配精度;（3）實(shí)現(xiàn)裝配可操作性高及安全性;（4）工廠內(nèi)物料配送集中物流轉(zhuǎn)運(yùn);（5）提高后續(xù)衍生車型換代降本，實(shí)現(xiàn)改款成本最小化，可以通過不斷深入研究提高汽車模塊化率的研究，來提高汽車整體架構(gòu)裝配質(zhì)量及成本優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：模塊化設(shè)計(jì);模塊化劃分;集中物流轉(zhuǎn)運(yùn)

Abstract： Through the analysis of the importance of automotive modular technology at the beginning of model development， it is concluded that modular technology plays a very important role in model development.1.Highly integrated modular design and assembly; 2.Improve design freedom and assembly accuracy; 3.High operability and safety of assembly; 4.Centralized material distribution， logistics and transship -ment in the factory; 5.To improve the cost reduction of subse -quent derivative models and minimize the cost of modification， we can improve the assembly quality and cost advantage of the overall structure of the vehicle through continuous in-depth research on improving the modularization rate of the vehicle.

引言

隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，新能源車型需要縮短開發(fā)周期，提前搶占市場(chǎng)、在此背景下，模塊化的生產(chǎn)方式則脫穎而出，要想在眾多汽車生產(chǎn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中奪得先機(jī)，就必須提高車型的模塊化設(shè)計(jì)及模塊化的生產(chǎn)方式，以此來提高企業(yè)自身的競(jìng)爭(zhēng)水平，汽車模塊化率的高低，將是影響車企能否搶得市場(chǎng)先機(jī)的重要因素之一，因此車企在研發(fā)產(chǎn)品模塊化的集成設(shè)計(jì)程度高低就顯得格外重要。

1 模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于模塊結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是模塊接口標(biāo)準(zhǔn)化。模塊化設(shè)計(jì)所依賴的是模塊的組合，即聯(lián)接或嚙合，又稱為接口。顯然，為了保證不同功能模塊的組合和相同功能模塊的互換、互搭，模塊應(yīng)具有可組合性和可互換性兩個(gè)特征，而這兩個(gè)特征主要體現(xiàn)在接口上，必須提高其標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、規(guī)格化的程度。例如，具有相同功能、不同性能的單元一定要具有相同的安裝基準(zhǔn)面和相同的安裝尺寸精度，才能保證模塊與模塊之間的有效組合。例如在計(jì)算機(jī)行業(yè)中，由于采用了標(biāo)準(zhǔn)的總線結(jié)構(gòu)，來自不同國(guó)家和地區(qū)廠家的模塊均能組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并協(xié)調(diào)工作，使這些廠家可以集中精力，大量生產(chǎn)某些特定的模塊，并不斷進(jìn)行精心改進(jìn)和研究，促使計(jì)算機(jī)技術(shù)達(dá)到空前的發(fā)展。相比之下，機(jī)械行業(yè)針對(duì)模塊化設(shè)計(jì)所做的標(biāo)準(zhǔn)化工作就略差一籌。

2 模塊化劃分

模塊化設(shè)計(jì)的原則是力求以少數(shù)模塊組成盡可能多的產(chǎn)品，并在滿足要求的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，且模塊結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、規(guī)范，模塊間的聯(lián)系盡可能簡(jiǎn)單。因此，如何科學(xué)地、有節(jié)制地劃分模塊，是模塊化設(shè)計(jì)中很具有藝術(shù)性的一項(xiàng)工作，既要照顧制造管理方便，具有較大的靈活性，避免組合時(shí)產(chǎn)生混亂，又要考慮到該模塊系列將來的擴(kuò)展和衍生，對(duì)變型產(chǎn)品的輻射。劃分的好壞直接影響到模塊系列設(shè)計(jì)的成功與否。總的說來，劃分前必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)的、系統(tǒng)的功能分析和結(jié)構(gòu)分析，并要注意以下幾點(diǎn)：（l）模塊在整個(gè)系統(tǒng)中的作用及其更換的可能性和必要性;（2）保持模塊在功能及結(jié)構(gòu)方面有一定的獨(dú)立性和完整性;（3）模塊間的接合要素要便于聯(lián)接與分離;（4）模塊的劃分不能影響系統(tǒng)的主要功能。

3 模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

將模塊化的概念帶入到整車設(shè)計(jì)開發(fā)中，制造與生產(chǎn)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)之中。是將整車分為若干塊的模塊集成生產(chǎn) 最終拼接，整車質(zhì)量容易保證，有利于國(guó)產(chǎn)化的實(shí)施，可以改善勞動(dòng)條件降低施工難度，維修方便，同時(shí)兼顧整合與成本削減，利用“單品種或模塊集成的大量生產(chǎn)”可以解決該問題，從而突破了降本增效的壁壘。在二十世紀(jì)20年代，美國(guó)通用汽車導(dǎo)入了“克隆系統(tǒng)”，通過推進(jìn)眾多車型席卷了整個(gè)汽車市場(chǎng)。通用汽車通過推進(jìn)各零部件的標(biāo)準(zhǔn)化，使多種車型共用同一種設(shè)計(jì)零部件件，在利用這種克隆系統(tǒng)使整車成本下降的同時(shí)，同時(shí)能夠推廣多種車型共用及衍生。

3.1 高度集成模塊化設(shè)計(jì)裝配

通過模塊劃分與集成，使其具備結(jié)構(gòu)與造型的可選性、功能需求的可選性和互搭性;通過集成模塊間的劃分，可實(shí)現(xiàn)模塊間的自由組合，來滿足不同用戶個(gè)性化、定制化需求與專項(xiàng)功能需求等[4]，這樣可以使總裝裝配效率可以更高，通過模塊劃分、規(guī)范及模塊間的聯(lián)系，可減少零部件種類，可規(guī)避各零部件的錯(cuò)裝、混裝，也可避免質(zhì)量事件的發(fā)生幾率，同事還可壓縮產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期等。汽車的主要大模塊包括前端模塊、動(dòng)力總成模塊，前橋模塊、車門模塊、儀表系統(tǒng)模塊、內(nèi)飾模塊、車輪模塊等。在這些大模塊里面還可劃分一部分小的模塊集成，例如：散熱器模塊集成、頂棚模塊集成、線束模塊集成、車門內(nèi)飾模塊集成等等，開發(fā)這些模塊與集成時(shí)，開發(fā)者需考慮這些模塊及集成的各零部件結(jié)構(gòu)獨(dú)立性和模塊互搭性。

3.2 提高設(shè)計(jì)自由度和裝配精度配

通過模塊劃分使開發(fā)者提高設(shè)計(jì)自由度，能最大限度的發(fā)揮實(shí)現(xiàn)該模塊的設(shè)計(jì)預(yù)想，模塊集成的優(yōu)點(diǎn)在于較為靈活，受其他因素約束較小，易于設(shè)計(jì)開發(fā)、制造安裝。由于單體零件尺寸相對(duì)較小，更有利于零件本身成型制造，形狀相對(duì)簡(jiǎn)單、有利于控制零件的變形及尺寸偏差，并對(duì)生產(chǎn)裝配的定位方式、安裝精度及互換性需求可以更為靈活布置開發(fā)，所以在汽車開發(fā)之初就需要考慮到結(jié)構(gòu)、形狀、功能等的模塊化設(shè)計(jì)，不但能實(shí)現(xiàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)最小、成本控制最佳、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)更高的綜合目標(biāo)，而且能更好地滿足用戶的個(gè)性化定制的要求[2]，通俗來講，就好比樂高玩具。不同的動(dòng)力模塊、電器模塊、底盤模塊、車身模塊等都可以在同一個(gè)架構(gòu)上如樂高積木般隨意組合，各模塊接口在架構(gòu)設(shè)計(jì)之初就實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和共享化，設(shè)計(jì)自由度非常之高。

3.3 實(shí)現(xiàn)裝配可操作性高及安全性

產(chǎn)品高度的模塊化集成包括了很多小的集成模塊。使模塊與模塊之間的裝配更為簡(jiǎn)化，從而提高生產(chǎn)節(jié)拍效率，車型的模塊化率集成成度的越高，生產(chǎn)工廠的生產(chǎn)節(jié)拍則越快，生產(chǎn)投入成本則越低，模塊化技術(shù)在汽車總裝工藝系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)方面也發(fā)揮了很大的作用，大大降低了汽車裝配的難度，提高了生產(chǎn)效率[1]。更有主機(jī)廠可以將一個(gè)或者幾個(gè)的整個(gè)模塊進(jìn)行外包處理，簡(jiǎn)化裝配流程，提高生產(chǎn)效率。結(jié)合合眾汽車項(xiàng)目代號(hào)EP12項(xiàng)目前端模塊案例，該項(xiàng)目車型是從已有成熟量產(chǎn)車型改款而來，設(shè)計(jì)開發(fā)則是利用車身模塊化設(shè)計(jì)的一個(gè)成功案例。其原有車型是不具備前端模塊結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)工廠生產(chǎn)裝配時(shí)，操作員工需要穿過車身一體前橫梁進(jìn)入到機(jī)艙進(jìn)行安裝作業(yè)，在生產(chǎn)過程中操作人員往復(fù)穿過前橫梁過程中存在較大安全隱患，為生產(chǎn)過程帶來很大的不安全性和不便利性。

3.4 工廠內(nèi)物料配送集中物流轉(zhuǎn)運(yùn)

物流配送是企業(yè)生產(chǎn)管理的重要環(huán)節(jié)部分，它貫穿于生產(chǎn)過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，模塊化設(shè)計(jì)是滿足與模塊化裝配的先決條件，而模塊化裝配是不再由單體零部件由物流配送至生產(chǎn)流水線體上，而是由物流集中轉(zhuǎn)運(yùn)供貨至獨(dú)立的模塊化分裝區(qū)域，集中配送模式可借鑒現(xiàn)代物流模式，改變以往分散式配送，組織專門的物流配送[3]。而另一種供貨方式為：零部件供應(yīng)商提供給生產(chǎn)主機(jī)廠一個(gè)模塊或一個(gè)模塊化集成，主機(jī)廠直接采用整個(gè)模塊化集成的整個(gè)模塊化裝配。還是以合眾EP12車型的前端模塊結(jié)構(gòu)為例，采用前端模塊與不采用前端模塊的生產(chǎn)方式，使總裝生產(chǎn)線的工位數(shù)量減少了10多個(gè)。隨著模塊化生產(chǎn)方式的越來越普遍，國(guó)外成熟的主機(jī)廠模塊化裝配甚至已經(jīng)達(dá)到了80%之多。

3.5 模塊化設(shè)計(jì)提高車型換代降本，實(shí)現(xiàn)成本最小化

模塊化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，產(chǎn)品可以分散地開發(fā)與生產(chǎn)，極大地降低了開發(fā)和制造過程中的成本，這種方式的使用，最直接的獲益是生產(chǎn)主機(jī)廠，減少了開發(fā)費(fèi)用，減少了設(shè)備廠房等投資，減少采購費(fèi)用、庫存、物流費(fèi)用、管理費(fèi)用，從而提高利潤(rùn)比[2]。當(dāng)前企業(yè)如已有成熟平臺(tái)模塊化，那就可以在后續(xù)車型開發(fā)直接借用或做一些微小的變動(dòng)，不同的模塊集成可以組合出不同的排列組合，以各模塊集成之間的互搭性來實(shí)現(xiàn)車型更新?lián)Q代，模塊化架構(gòu)造車。例如國(guó)內(nèi)自主品牌吉利汽車的CMA平臺(tái)架構(gòu)模塊，CMA作為一個(gè)模塊化、可伸縮全新中級(jí)車架構(gòu)，給予設(shè)計(jì)師、工程師較大創(chuàng)造空間，讓汽車工程設(shè)計(jì)靈活度高，同時(shí)可以適應(yīng)不同級(jí)別的車型開發(fā)、可覆蓋由A0到B級(jí)產(chǎn)品的開發(fā);軸距、前懸后懸均可按需調(diào)節(jié)，A0級(jí)到B級(jí)、兩廂或三廂定義開發(fā)，坐姿高度可按需調(diào)節(jié)，可同時(shí)適配轎車、跨界車、SUV及MPV基于平臺(tái)模塊可實(shí)現(xiàn)軸距可變，寬度可變，CMA架構(gòu)模塊之間的互搭與配合將模塊化集成設(shè)計(jì)展現(xiàn)的淋漓盡致。

4 汽車模塊化設(shè)計(jì)的展望

汽車產(chǎn)業(yè)作為當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要戰(zhàn)略支柱產(chǎn)業(yè)，尤其是進(jìn)入新能源汽車時(shí)代，模塊化應(yīng)用技術(shù)是未來汽車生產(chǎn)總裝裝配過程中必不可少的技術(shù)，也是最具競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)，只有不斷優(yōu)化和提高模塊技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，才能保證汽車企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展[5]，因此，我們必須充分利用模塊化帶來的便利，積極向歐洲國(guó)家學(xué)習(xí)，不斷提高我國(guó)汽車企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，提升汽車汽車整體技術(shù)水平。因此對(duì)汽車模塊化集成有迫切的需求，模塊化的設(shè)計(jì)可分階段實(shí)施，由單一零件過渡為總成零件，由總成零件集合為小的集成模塊、由小的集成模塊提升到中度集成模塊，最終發(fā)展為高度集成模塊，實(shí)現(xiàn)模塊與模塊之間的互換與互搭，對(duì)此需重點(diǎn)關(guān)注如下幾點(diǎn)：

（1）企業(yè)加大模塊化的研發(fā)力度、深度研究模塊化集成的可行性及集成率。

（2）整合企業(yè)模塊資源，使單個(gè)零件得到高度平臺(tái)化、通用化。

（3）整合供應(yīng)商模塊資源，零部件供應(yīng)商可直接參與主機(jī)廠商的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)當(dāng)中，做到同步開發(fā)，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)費(fèi)用，采用模塊化供貨方式，提高整車技術(shù)水平，這將會(huì)成為未來主機(jī)廠的一條重要生存之道。

參考文獻(xiàn)

[1] 石領(lǐng)占.關(guān)于模塊化技術(shù)在汽車總裝工藝應(yīng)用的分析南方農(nóng)機(jī)（2018）07-0176-01.

[2] 黃青斌; 陳平 淺談模塊化發(fā)展在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用國(guó)防制造技術(shù)ISSN：1674-5574.

[3] 王鵬，崔勝軍.“快遞式”集中配送模式在礦井物流系統(tǒng)中科技創(chuàng)新與應(yīng)用ISSN：2095-2945.

[4] 王云峰，模塊化設(shè)計(jì)在專用車汽車制造中的優(yōu)勢(shì)及其應(yīng)用示例? 科技創(chuàng)新與應(yīng)用商用汽車ISSN：1009-4903.

[5] 許博.基于CAPP的汽車總裝工藝與TS16949集成與應(yīng)用實(shí)施研究[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2015.