模塊化設(shè)計(jì)對攪拌車機(jī)架降低成本的影響

羅情

（中國重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力專用汽車有限公司，廣西 柳州 545112）

0 引言

改革開放后我國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資不斷擴(kuò)大，基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)得到了快速發(fā)展，加之國家對商品混凝土政策的支持使混凝土攪拌車快速發(fā)展起來。

混凝土攪拌車的主要作用是在行駛時不斷對混凝土進(jìn)行攪拌，并將勻質(zhì)的混凝土運(yùn)輸?shù)绞┕龅夭⒂行Х乐箶嚢柢囍械幕炷岭x析[1]。近20年來，隨著商品混凝土需求量的增大而使其需求旺盛、市場繁榮，眾企業(yè)紛紛加大投入力度搶占市場，因此企業(yè)間競爭壓力不斷增加，原材料價格的逐年上漲、企業(yè)人工費(fèi)用的持續(xù)提高導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)營成本不斷提高；隨著市場競爭加劇、商品服務(wù)的價格提升導(dǎo)致利潤空間急劇減小。一邊是成本的不斷提升，一邊是利潤的不斷下降。在這樣的雙重壓力之下，推進(jìn)混凝土攪拌車降低成本、促進(jìn)混凝土攪拌車良性發(fā)展是生產(chǎn)企業(yè)的重點(diǎn)。

混凝土攪拌運(yùn)輸車主要由底盤部分和上裝部分兩大模塊組成。上裝部分的機(jī)架總成是重要的承重部分，其中的攪拌筒、進(jìn)出料結(jié)構(gòu)、操縱系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、供水系統(tǒng)及防護(hù)欄等附件都是直接或者間接地安裝在機(jī)架上，機(jī)架還用于承載作業(yè)時的載荷并將載荷傳遞給底盤，同時還能起到緩沖路面的顛簸和沖擊載荷的作用。因而該機(jī)架的成本也占據(jù)了很大的分量，對機(jī)架進(jìn)行降成本設(shè)計(jì)勢在必行[2]。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的機(jī)架焊接工藝問題。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是通過機(jī)架焊接工裝，將縱梁、前臺頂板、前臺前封板、前臺后封板、前臺左封板、前臺右封板、油箱座板、前臺內(nèi)筋板、后臺主板、后臺前封板、后臺左封板、后臺右封板、后臺后封板、吊座、拖輪調(diào)整板、后臺內(nèi)撐板和斜拉墊板等多種物料進(jìn)行拼搭、焊接在一起（圖1），整個過程費(fèi)時費(fèi)力，且需要復(fù)雜的工藝工裝支撐，需求成本高，且組成機(jī)架的諸多物料松散與積壓，堆垛麻煩且不易管理，也增加倉庫壓力與人力成本。

圖1 傳統(tǒng)的機(jī)架焊接模式

由于成本居高不下，當(dāng)下諸多工程師對機(jī)架類結(jié)構(gòu)件的降成本模式基本都是通過減薄板件和簡化結(jié)構(gòu)等形式進(jìn)行降成本工作，此舉不可避免地造成結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度降低，功能減少的不良影響，因此本文著重討論新的設(shè)計(jì)方法對機(jī)架降成本的影響，即模塊化設(shè)計(jì)對機(jī)架降成本的影響，以避免單純地通過減薄板件和簡化結(jié)構(gòu)等形式進(jìn)行降成本。

1 模塊化簡介

產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)是在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上,劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊,通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品,以滿足市場不同需求的設(shè)計(jì)方法[3]。

在設(shè)計(jì)時，針對單個模塊完成的設(shè)計(jì)達(dá)到的價值有限，而通過設(shè)計(jì)軟件的自頂向下功能，根據(jù)機(jī)架具有不同的功能，將不同的功能設(shè)計(jì)成多個不同的模塊，最終把多個不同的模塊組焊成一個完整的機(jī)架總成，可以進(jìn)一步體現(xiàn)出模塊化設(shè)計(jì)的作用，通過不同的模塊組合快速完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)更新并形成客戶需要的多個產(chǎn)品系列。由此可知，模塊化設(shè)計(jì)在機(jī)架設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢，可以快速地對多樣化的市場需求做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)調(diào)整，并縮短設(shè)計(jì)時間和降低設(shè)計(jì)的工作量，在批量生產(chǎn)時更能保證機(jī)架的質(zhì)量和穩(wěn)定性，使產(chǎn)品更能贏得客戶的青睞。

模塊是模塊化產(chǎn)品的基本組成元素，是一種實(shí)體的概念，如把模塊定義為一組同時具有相同功能和相同結(jié)合要素，具有不同性能或用途甚至不同結(jié)構(gòu)特征，但能互換的單元。一個部件結(jié)構(gòu)成為模塊的條件是：部件的功能、空間以及其他接口特征存在于模塊化產(chǎn)品的特定標(biāo)準(zhǔn)接口允許的范圍內(nèi)[4]。

2 模塊化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備與規(guī)劃

機(jī)架的設(shè)計(jì)需在技術(shù)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行，要確保在合理確定產(chǎn)品系列和產(chǎn)品的主要參數(shù)的情況下對機(jī)架進(jìn)行設(shè)計(jì)。

機(jī)架模塊化就是根據(jù)機(jī)架不同的功能設(shè)計(jì)成不同模塊，以多個模塊組成多種類及規(guī)格的產(chǎn)品，后續(xù)設(shè)計(jì)同系列產(chǎn)品不同功能要求的機(jī)架時只需要用在現(xiàn)有的模塊進(jìn)行組合即可，或許僅僅需要對某些個模塊進(jìn)行微小的改動即可使用，因此模塊化設(shè)計(jì)能在短時間內(nèi)快速響應(yīng)市場的各種不同需求。

3 機(jī)架部件構(gòu)成

機(jī)架零件是指經(jīng)過機(jī)加工工序制成的單一成品，是組成機(jī)架的基本單元。

機(jī)架模塊是指根據(jù)機(jī)架具有的不同功能，將組成某一功能的零件經(jīng)過焊接而成的零件集合體。

機(jī)架總成是指通過縱梁、橫梁、加強(qiáng)梁等零件將前臺模塊、后臺模塊和斜拉梁模塊等模塊組焊到一起，形成一個完整的機(jī)架總成。

4 模塊劃分

在將機(jī)架總成模塊化設(shè)計(jì)時，可通過功能、生產(chǎn)或運(yùn)輸?shù)炔煌较驅(qū)C(jī)架劃分為若干模塊，本文主要從功能方向進(jìn)行劃分，然后將機(jī)架設(shè)計(jì)成各功能模塊，各功能模塊為基本單元，因此合理地將模塊進(jìn)行劃分模塊的互換性、批量化生產(chǎn)以及有效降低成本等有很大影響。

該機(jī)架按功能方向劃分為多個功能模塊，這些功能模塊為機(jī)架的基本單元，最后通過連接件、加強(qiáng)件和各功能模塊進(jìn)行組焊，形成機(jī)架總成件，實(shí)現(xiàn)了機(jī)架總成的設(shè)計(jì)目標(biāo)。如本文按該機(jī)架的功能分解為：前臺模塊、后臺模塊、斜拉梁A模塊等模塊。

前臺模塊由前臺頂板、前臺前封板、前臺后封板、前臺左封板、前臺右封板、油箱座板、前臺內(nèi)筋板等零件組焊而成（圖2）。

圖2 前臺模塊

后臺模塊由后臺主板、后臺前封板、后臺左封板、后臺右封板、后臺后封板、吊座、拖輪調(diào)整板、后臺內(nèi)撐板和斜拉墊板等零件組焊而成（圖3）。

圖3 后臺模塊

斜拉梁A模塊由斜拉板1、斜拉板2、上封板和下封板等零件組焊而成（圖4）。

圖4 斜拉梁A模塊

其中斜拉梁結(jié)構(gòu)還有斜拉梁B模塊，該模塊由斜拉板、斜拉板支座、螺栓、墊圈和螺母等裝配而成，裝配好之后再將其焊接到機(jī)架上（圖5）。

圖5 斜拉梁B模塊

斜拉梁A模塊和斜拉梁B模塊都能起到加固整個機(jī)架的作用，前者為剛性連接，后者為柔性連接，兩者功能相同但性能特點(diǎn)不同，在設(shè)計(jì)時可根據(jù)技術(shù)方案選擇不同的模塊，以便獲得不同規(guī)格的攪拌車機(jī)架。

5 機(jī)架各模塊組合

在用計(jì)算機(jī)的三維軟件對機(jī)架進(jìn)行設(shè)計(jì)時，對各功能模塊進(jìn)行分別設(shè)計(jì)，并充分利用軟件的參數(shù)設(shè)計(jì)功能對各功能模塊進(jìn)行約束，充分協(xié)調(diào)各功能模塊的配合關(guān)系和位置關(guān)系，這樣就能充分發(fā)揮各功能模塊的功能，并消除各功能模塊的干涉，在焊接時能實(shí)現(xiàn)機(jī)架總成的完美組合，也為后續(xù)某一個功能模塊的互換性打下基礎(chǔ)。

通過生產(chǎn)的協(xié)調(diào)，在集齊各功能模塊后將縱梁、橫梁、加強(qiáng)梁等零件將前臺模塊、后臺模塊和斜拉梁模塊等模塊組焊到一起，形成一個完整的機(jī)架總成（圖6）。

圖6 機(jī)架各模塊的組合

6 機(jī)架模塊化設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效果

機(jī)架模塊化設(shè)計(jì)可縮短機(jī)架的設(shè)計(jì)和制造周期。在設(shè)計(jì)同系列不同規(guī)格的機(jī)架時，可使用大部分現(xiàn)有的成熟模塊，只需要對有變化的模塊稍加改進(jìn)即可獲取新的模塊規(guī)格。而制造工人也能通過已有的生產(chǎn)工裝熟練地制造成熟模塊。

機(jī)架模塊化設(shè)計(jì)有利于批量生產(chǎn)。由于機(jī)架劃分為多個模塊，在擴(kuò)大生產(chǎn)批量時，可將不同模塊分別交給多個不同供應(yīng)商生產(chǎn)，并且可以從中選擇條件適合的供應(yīng)商進(jìn)行生產(chǎn)，可有效拉低機(jī)架成本。由于模塊是從大型的機(jī)架分離出來的，因此這些模塊體量也是偏小，也便于小型加工設(shè)備進(jìn)行加工，而小型行車的采購、運(yùn)行和保養(yǎng)成本偏低，有利于對整個后機(jī)架焊接件總成降低成本。

機(jī)架模塊化設(shè)計(jì)可有效解決倉儲問題和減輕人力物力的問題。模塊化設(shè)計(jì)可以將眾多零散的零件焊接成各個模塊放置在倉庫中，不僅有效解決了物料松散與積壓且物流倉儲難以管理的問題，還解決了整個車架總拼搭和焊接時多個物料的拼搭費(fèi)時費(fèi)力，且需要復(fù)雜的、成本高的工藝工裝支撐的問題。

7 結(jié)語

機(jī)架模塊設(shè)計(jì)為攪拌車生產(chǎn)企業(yè)節(jié)省了大量的人力物力，也有效地降低了倉儲管理成本，為企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。