乘用車平臺(tái)化設(shè)計(jì)的工藝內(nèi)容和作用

劉艷兵，盧俊康，許寶強(qiáng)，賈思武

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 510000)

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乘用車平臺(tái)化設(shè)計(jì)的工藝內(nèi)容和作用

劉艷兵，盧俊康，許寶強(qiáng)，賈思武

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 510000)

摘要：開(kāi)展工藝平臺(tái)化設(shè)計(jì)工作可以節(jié)省工藝成本，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間，保證公司競(jìng)爭(zhēng)力。以某汽車公司為例，介紹其平臺(tái)化設(shè)計(jì)的工藝工作，主要包括：建立車間設(shè)備約束，編制平臺(tái)化工藝標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)行平臺(tái)化車間規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：制造工藝；平臺(tái)化；共線生產(chǎn)；標(biāo)準(zhǔn)化

0引言

汽車平臺(tái)是在開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用相似的底盤(pán)和下車體的一組公共架構(gòu)，該架構(gòu)可以承載不同車型的開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)制造，在此基礎(chǔ)上可以生產(chǎn)出外形和功能都不盡相同的產(chǎn)品[1]。

大眾系列車型平臺(tái)化特點(diǎn)：車身分塊較散，但是精度較為容易控制。在大眾很多車型上，使用了成本很高的熱成型鋼板、激光拼焊鋼板、激光熔化焊、中頻電阻焊和Tox鉚接，使整車的剛度和疲勞特性大幅提高。豐田的分塊相對(duì)精簡(jiǎn)，激光拼焊鋼板并沒(méi)有用多少，熱成型鋼板也用得很少，依然采用最普通的工藝生產(chǎn)，車身的強(qiáng)度通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行加強(qiáng)。豐田的結(jié)構(gòu)分塊較為簡(jiǎn)單，更適宜低投入、高產(chǎn)出的規(guī)模化生產(chǎn)。

某汽車公司提出跨平臺(tái)架構(gòu)的理念，在不同平臺(tái)車型設(shè)計(jì)中提出設(shè)計(jì)方案模板化，不同車型采用類似的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方案。新車型工藝在平臺(tái)化方面的工作主要從建立工藝約束、編制工藝相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、梳理堵件、力矩種類梳理等方面展開(kāi)。

1工藝平臺(tái)化主要工作內(nèi)容

1.1建立平臺(tái)整車設(shè)備工藝約束表

不同平臺(tái)對(duì)工藝設(shè)備要求不一樣，需要針對(duì)不同平臺(tái)的車型建立整車工藝約束表，滿足不同車間生產(chǎn)要求。

例如一個(gè)A級(jí)別車型的平臺(tái)與一個(gè)B/C級(jí)別的平臺(tái)相比，車型的尺寸、質(zhì)量、軸距會(huì)有明顯差異，那么四大車間的通過(guò)性尺寸都不同，主要要求見(jiàn)表1。

1.2建立平臺(tái)化質(zhì)量要求

針對(duì)不同平臺(tái)，四大車間的質(zhì)量要求也不同，需要建立不同平臺(tái)的質(zhì)量要求，避免質(zhì)量要求過(guò)高產(chǎn)生成本浪費(fèi)。

例如就涂裝來(lái)說(shuō)，需要建立不同平臺(tái)的外觀質(zhì)量，A級(jí)平臺(tái)總膜厚控制在130 μm以內(nèi)，B級(jí)車型總膜厚控制在140 μm以內(nèi)，水平面橘皮A級(jí)車長(zhǎng)短波控制在5/25，B級(jí)別車控制在4/20。

1.3建立車身平臺(tái)鈑金材料庫(kù)

通過(guò)梳理整合，編制平臺(tái)車身材料方案:梳理現(xiàn)有材料庫(kù)，取消不常用的鋼材型號(hào)，用其他方案代替；針對(duì)A級(jí)別平臺(tái)車輛， 部分型號(hào)進(jìn)行皮膜材替換，可以有效節(jié)省材料成本；針對(duì)B級(jí)別車型，大規(guī)模推進(jìn)熱成型和高強(qiáng)度鋼材的設(shè)計(jì)，降低質(zhì)量。

部分公司針對(duì)鍍鋅板實(shí)行平臺(tái)化設(shè)計(jì)，A級(jí)及以下車型鍍鋅板控制在30%以下，B級(jí)車型控制在50%～60%，C級(jí)別車型控制在60%以上。

1.4建立車身平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)

針對(duì)平臺(tái)車型類似位置標(biāo)準(zhǔn)件類型平臺(tái)化設(shè)計(jì)，同平臺(tái)車選用納入推薦范圍的標(biāo)準(zhǔn)件類型，減少標(biāo)準(zhǔn)件總類，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件沿用率進(jìn)行管控。

1.5建立RPS點(diǎn)平臺(tái)化標(biāo)準(zhǔn)

主要包括車身定位系統(tǒng)坐標(biāo)系設(shè)定基準(zhǔn)、車身零件定位原則等，定位孔需要設(shè)計(jì)成統(tǒng)一的推薦尺寸。常用焊接定位孔孔徑要求見(jiàn)表2。

注：框標(biāo)記的孔徑優(yōu)先選擇使用。

1.6建立各個(gè)平臺(tái)焊接車間工藝規(guī)劃

不同平臺(tái)，焊接的焊鉗尺寸會(huì)有區(qū)別，分總成線和主線的焊接工位和焊點(diǎn)數(shù)量會(huì)有區(qū)別，需要針對(duì)性設(shè)計(jì)，避免設(shè)計(jì)過(guò)剩。某主機(jī)廠B平臺(tái)焊裝生產(chǎn)線左側(cè)圍總成工位示意圖如圖1所示。

1.7建立車身顏色平臺(tái)化管理系統(tǒng)

涂裝車間一般僅有10條顏色的噴漆管路，加上小循環(huán)管路，能容納色漆的顏色是固定的。通過(guò)平臺(tái)設(shè)計(jì)，優(yōu)化現(xiàn)有的涂裝顏色，降低顏色數(shù)量。具體做法如下：

(1)黑、白、銀、灰4個(gè)主色裝飾質(zhì)量提升，做到全系通用，3～5年后才更換；

(2)開(kāi)展珠光等個(gè)性效果油漆開(kāi)發(fā)，提高車型裝飾性；

(3)取消個(gè)別銷量極少的顏色，每年開(kāi)發(fā)1～2款個(gè)性色跟上主流趨勢(shì)。

1.8建立平臺(tái)化車身堵件要求

在初版車身數(shù)據(jù)階段，對(duì)堵件孔進(jìn)行平臺(tái)設(shè)計(jì)，推薦常用的堵件孔尺寸，降低堵件種類，可以降低操作工時(shí)，降低堵件研發(fā)成本。

通過(guò)幾個(gè)車型的努力，涂裝堵件種類控制在5種以下，整車堵件控制在15種以內(nèi)，相對(duì)老平臺(tái)，堵件種類減少了60%。

1.9建立車身涂膠噴蠟平臺(tái)化

針對(duì)涂膠噴蠟的車身結(jié)構(gòu)和涂膠種類、數(shù)量進(jìn)行平臺(tái)化設(shè)計(jì)：B平臺(tái)對(duì)NVH要求更高，涂膠區(qū)域相對(duì)較多，涂膠美觀性要求也更高。

1.10建立平臺(tái)化定位工裝方案

通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到平臺(tái)車型以下定位方式統(tǒng)一：

(1)翼子板和機(jī)蓋裝配定位方式統(tǒng)一；

(2)前端模塊裝配定位定位方式統(tǒng)一；

(3)前后門(mén)裝配定位方式統(tǒng)一；

(4)滑移門(mén)裝配定位方式統(tǒng)一；

(5)行李箱蓋/掀背門(mén)裝配定位方式統(tǒng)一；

(6)其他模塊化(如天窗/IP)裝配定位方式統(tǒng)一；

1.11建立整車模塊化標(biāo)準(zhǔn)，逐步推行零部件模塊化

1.11.1車身分塊是平臺(tái)化的基礎(chǔ)

好的車身分塊，綜合成本較低而且易于拓展。 按照焊接順序進(jìn)行分級(jí)(目前最多分到7級(jí))，建議以2級(jí)作為內(nèi)外制件區(qū)分，可以保證主機(jī)廠內(nèi)部焊接精度，同時(shí)，車身實(shí)現(xiàn)模塊化可以實(shí)現(xiàn)主線和總成線設(shè)備高度共用。

1.11.2推行零部件模塊化

工藝部門(mén)在平臺(tái)設(shè)定之初定下零部件模塊化策略，和設(shè)計(jì)部門(mén)商討后確定方向，完成零部件模塊化工作。

(1)建立零部件接口標(biāo)準(zhǔn)化，主要建立如下系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化接口：

①燃油加注機(jī)的兼容性要求；

②動(dòng)力總成與底盤(pán)分合裝設(shè)備的兼容性要求；

③防凍液、制動(dòng)液、動(dòng)力轉(zhuǎn)向液的加注設(shè)備的兼容性要求；

④儀表板抓手對(duì)新儀表板模塊的要求；

⑤組合加注系統(tǒng)的要求；

⑥整車ECU要求等。

(2)逐步推行總裝模塊化。 零部件模塊化主要包括儀表板模塊、前端模塊、動(dòng)力總成及前懸架模塊、后橋總成及后懸架模塊、車門(mén)模塊、頂棚模塊等，需要針對(duì)企業(yè)實(shí)際情況逐步推行，保證模塊化的模塊成本降低，保障模塊精度要求。

2工藝平臺(tái)化推進(jìn)主要問(wèn)題

2.1沖壓熱成型件應(yīng)用問(wèn)題解決

通過(guò)推動(dòng)產(chǎn)品趨同設(shè)計(jì)，優(yōu)化工藝流程，解決工藝問(wèn)題，可平臺(tái)化使用熱成型材料及工藝，零件數(shù)量減少15個(gè)，零件質(zhì)量減輕18 kg左右，如圖2所示。

2.2焊點(diǎn)優(yōu)化

部分車型的頂棚和后輪罩焊點(diǎn)超標(biāo)，無(wú)法焊接，需要工藝部門(mén)聯(lián)合車身等設(shè)計(jì)部門(mén)優(yōu)化焊點(diǎn)，保證同平臺(tái)車共線的同時(shí)還可以降低成本。焊點(diǎn)優(yōu)化案例如圖3所示。

2.3行李箱蓋焊接方式規(guī)劃

同平臺(tái)不同車型的行李箱蓋焊接方式不同，工藝部門(mén)對(duì)機(jī)器人焊接、手工焊接、間接焊3種方式進(jìn)行綜合對(duì)比，認(rèn)為間接焊空間較緊湊，可滿足小批量切換生產(chǎn)要求，投資較低，比較適合多車型共線生產(chǎn)。行李箱蓋焊接方式示意圖如圖4所示。

2.4頂蓋天窗滾邊結(jié)構(gòu)優(yōu)化

平臺(tái)內(nèi)車型天窗翻邊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致節(jié)拍較長(zhǎng)，所以需要優(yōu)化翻邊結(jié)構(gòu)，保證共線生產(chǎn)。頂蓋天窗滾邊結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意圖如圖5所示。

2.5涂裝雙色方案設(shè)計(jì)

同平臺(tái)車型，部分車型設(shè)計(jì)有雙色，部分車型無(wú)雙色，雙色的產(chǎn)量一般都不會(huì)太高，工藝部門(mén)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行生產(chǎn)線規(guī)劃：如何低成本地滿足部分車型雙色需求。圖6是某公司設(shè)計(jì)的雙色方案，字體加粗部分為設(shè)備改造部分。

2.6傳統(tǒng)H型總裝吊具無(wú)法滿足平臺(tái)化車型需要

車間機(jī)械化設(shè)備約束過(guò)多會(huì)阻礙車型平臺(tái)化共線生產(chǎn)，工藝部門(mén)需要根據(jù)平臺(tái)戰(zhàn)略對(duì)車間的機(jī)械化設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一改造，保證平臺(tái)化的車型都可以共線。例如某工廠采用H型吊具方案，無(wú)法同時(shí)滿足兩款較大車型座椅投入，后期更改為L(zhǎng)型吊具才滿足了較大車型和較小車型共線的可行性。總裝吊具更改示意圖見(jiàn)圖7。

2.7緊固件力矩優(yōu)化

工藝部門(mén)需要對(duì)緊固件力矩進(jìn)行優(yōu)化，相同位置、相同零件的緊固件盡量統(tǒng)一，緊固件數(shù)量和種類要盡量減少，這是一個(gè)持續(xù)優(yōu)化的工作。

緊固件優(yōu)化原則(在滿足緊固性能要求下):

(1)同一螺紋直徑的緊固件，對(duì)邊尺寸統(tǒng)一。例如：M6螺栓采用10 mm對(duì)邊，M8螺栓使用13 mm對(duì)邊等。

(2)同一零件，在不同車型上緊固件型號(hào)規(guī)格盡量統(tǒng)一。

(3)同一零件系統(tǒng)的緊固件，緊固件型號(hào)規(guī)格盡量統(tǒng)一。

(4)同一工位，緊固件的型號(hào)規(guī)格盡量統(tǒng)一。

力矩優(yōu)化原則(在滿足緊固性能要求下):

(1)不同車型的相同規(guī)格、相同表面處理、相同等級(jí)以及相同緊固點(diǎn)(相同環(huán)境)螺栓力矩值盡量一致；

(2)大于5 N·m的力矩值不出現(xiàn)小數(shù)點(diǎn)；

(3)力矩值上下限范圍對(duì)稱原則。

3平臺(tái)工藝設(shè)計(jì)成果

3.1為設(shè)計(jì)提供制造信息平臺(tái)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量

開(kāi)展平臺(tái)化設(shè)計(jì)工作，可以使提高設(shè)計(jì)質(zhì)量10%左右。通過(guò)建立相應(yīng)的工藝策劃方案和工藝制造標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，可以最大程度降低工藝操作難度，減少設(shè)備改造，提高防錯(cuò)性，技術(shù)指標(biāo)例如焊點(diǎn)優(yōu)化都有很大程度的提升。

3.2降低研發(fā)方案反復(fù)，降低設(shè)計(jì)工時(shí)

推行平臺(tái)化工藝設(shè)計(jì)，單個(gè)車型的設(shè)計(jì)工時(shí)可以減少20%左右。另外工藝參加平臺(tái)化設(shè)計(jì)，大量的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)計(jì)問(wèn)題在設(shè)計(jì)之初就得以規(guī)避，使工藝研發(fā)重心從解決問(wèn)題過(guò)渡到提高產(chǎn)品性能、更好地滿足客戶需要上面來(lái)。

3.3平攤新工藝、新材料成本，使新技術(shù)得以推廣

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初針對(duì)車身、內(nèi)外飾等提出統(tǒng)一的平臺(tái)化新工藝、新材料設(shè)計(jì)方案，平臺(tái)各個(gè)項(xiàng)目統(tǒng)一實(shí)施，降低了項(xiàng)目的成本和應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，使新技術(shù)的推廣更加順利。

3.4大幅度減少設(shè)備投資和工裝夾具投資

(1)模具、夾具、檢具成本降低。零件共用直接可以減少模具、夾具、檢具數(shù)量，零件類似設(shè)計(jì)可以減少材料牌號(hào)，僅此一項(xiàng)可以為公司節(jié)約千萬(wàn)級(jí)別的投資。

(2)機(jī)械化設(shè)備改造成本降低。通過(guò)約束定位點(diǎn)系統(tǒng)、焊涂總固化機(jī)械化定位系統(tǒng)，節(jié)約改造成本上百萬(wàn)。

(3)其他大型設(shè)備改造成本降低。焊裝機(jī)器人、涂裝噴漆機(jī)器人、涂裝UBC機(jī)器人、焊接設(shè)備、涂膠設(shè)備、底盤(pán)合裝設(shè)備等大部分做到通用，改造費(fèi)用大幅度減低，單個(gè)車型可以節(jié)省上千萬(wàn)。

4結(jié)束語(yǔ)

在新平臺(tái)設(shè)計(jì)之初，開(kāi)展平臺(tái)化工藝方面工作，初步設(shè)定車身模塊化方案和總裝模塊化方案，進(jìn)行工藝策劃方案的編制，根據(jù)產(chǎn)品定義選擇合適的制造標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)幾輪的工藝與車身的雙向溝通，最終確定詳細(xì)的開(kāi)發(fā)方案。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的車型，會(huì)大大降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)難度，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)質(zhì)量，降低工藝制造成本。

參考文獻(xiàn):

【1】靳玉濤．汽車平臺(tái)及發(fā)展趨勢(shì)[J]．汽車工程師，2010(7):57-60．

【2】馬鈞，任云．整車企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略發(fā)展趨勢(shì)-基于平臺(tái)的模塊化發(fā)展戰(zhàn)略[J]．上海汽車，2010(1):36-40．

Content and Main Functions of the Process Work for Passenger Car Platform Design

LIU Yanbing,LU Junkang,XU Baoqiang,JIA Siwu

(GAC Automobile Engineering Institute，Guangzhou Guangdong 510000,China)

Keywords:Manufacturing process；Platform；Collinear production；Standardization

Abstract:To use process platform design can not only reduce the cost of product development, shorten the developing time, but also improve company competition. Taking an automobile company as example, the process work for passenger car platform design was introduced, including building the equipment constraints, preparing the standard process platform, and doing workshop planning.

收稿日期：2016-01-11

作者簡(jiǎn)介：劉艷兵(1982—)，男，本科，工程師，從事整車工藝制造工作。E-mail：liuyanbing@gaei.cn。

中圖分類號(hào):U461.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1986(2016)04-040-05