模塊化設計對攪拌車機架降低成本的影響

羅情

（中國重汽集團柳州運力專用汽車有限公司，廣西 柳州 545112）

0 引言

改革開放后我國經濟迅猛發展，基礎設施建設的投資不斷擴大，基礎設施行業得到了快速發展，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行攪拌，并將勻質的混凝土運輸到施工場地并有效防止攪拌車中的混凝土離析[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，眾企業紛紛加大投入力度搶占市場，因此企業間競爭壓力不斷增加，原材料價格的逐年上漲、企業人工費用的持續提高導致企業經營成本不斷提高；隨著市場競爭加劇、商品服務的價格提升導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，推進混凝土攪拌車降低成本、促進混凝土攪拌車良性發展是生產企業的重點。

混凝土攪拌運輸車主要由底盤部分和上裝部分兩大模塊組成。上裝部分的機架總成是重要的承重部分，其中的攪拌筒、進出料結構、操縱系統、電氣系統、液壓系統、供水系統及防護欄等附件都是直接或者間接地安裝在機架上，機架還用于承載作業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。因而該機架的成本也占據了很大的分量，對機架進行降成本設計勢在必行[2]。

傳統設計方法設計的機架焊接工藝問題。

傳統的設計方法是通過機架焊接工裝，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、拖輪調整板、后臺內撐板和斜拉墊板等多種物料進行拼搭、焊接在一起（圖1），整個過程費時費力，且需要復雜的工藝工裝支撐，需求成本高，且組成機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 傳統的機架焊接模式

由于成本居高不下，當下諸多工程師對機架類結構件的降成本模式基本都是通過減薄板件和簡化結構等形式進行降成本工作，此舉不可避免地造成結構件強度降低，功能減少的不良影響，因此本文著重討論新的設計方法對機架降成本的影響，即模塊化設計對機架降成本的影響，以避免單純地通過減薄板件和簡化結構等形式進行降成本。

1 模塊化簡介

產品的模塊化設計是在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上,劃分并設計出一系列功能模塊,通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品,以滿足市場不同需求的設計方法[3]。

在設計時，針對單個模塊完成的設計達到的價值有限，而通過設計軟件的自頂向下功能，根據機架具有不同的功能，將不同的功能設計成多個不同的模塊，最終把多個不同的模塊組焊成一個完整的機架總成，可以進一步體現出模塊化設計的作用，通過不同的模塊組合快速完成產品設計更新并形成客戶需要的多個產品系列。由此可知，模塊化設計在機架設計中的優勢，可以快速地對多樣化的市場需求做出相應的設計調整，并縮短設計時間和降低設計的工作量，在批量生產時更能保證機架的質量和穩定性，使產品更能贏得客戶的青睞。

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

2 模塊化設計的準備與規劃

機架的設計需在技術設計方案的基礎上進行，要確保在合理確定產品系列和產品的主要參數的情況下對機架進行設計。

機架模塊化就是根據機架不同的功能設計成不同模塊，以多個模塊組成多種類及規格的產品，后續設計同系列產品不同功能要求的機架時只需要用在現有的模塊進行組合即可，或許僅僅需要對某些個模塊進行微小的改動即可使用，因此模塊化設計能在短時間內快速響應市場的各種不同需求。

3 機架部件構成

機架零件是指經過機加工工序制成的單一成品，是組成機架的基本單元。

機架模塊是指根據機架具有的不同功能，將組成某一功能的零件經過焊接而成的零件集合體。

機架總成是指通過縱梁、橫梁、加強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，形成一個完整的機架總成。

4 模塊劃分

在將機架總成模塊化設計時，可通過功能、生產或運輸等不同方向對機架劃分為若干模塊，本文主要從功能方向進行劃分，然后將機架設計成各功能模塊，各功能模塊為基本單元，因此合理地將模塊進行劃分模塊的互換性、批量化生產以及有效降低成本等有很大影響。

該機架按功能方向劃分為多個功能模塊，這些功能模塊為機架的基本單元，最后通過連接件、加強件和各功能模塊進行組焊，形成機架總成件，實現了機架總成的設計目標。如本文按該機架的功能分解為：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、拖輪調整板、后臺內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

其中斜拉梁結構還有斜拉梁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不同，在設計時可根據技術方案選擇不同的模塊，以便獲得不同規格的攪拌車機架。

5 機架各模塊組合

在用計算機的三維軟件對機架進行設計時，對各功能模塊進行分別設計，并充分利用軟件的參數設計功能對各功能模塊進行約束，充分協調各功能模塊的配合關系和位置關系，這樣就能充分發揮各功能模塊的功能，并消除各功能模塊的干涉，在焊接時能實現機架總成的完美組合，也為后續某一個功能模塊的互換性打下基礎。

通過生產的協調，在集齊各功能模塊后將縱梁、橫梁、加強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，形成一個完整的機架總成（圖6）。

圖6 機架各模塊的組合

6 機架模塊化設計經濟效果

機架模塊化設計可縮短機架的設計和制造周期。在設計同系列不同規格的機架時，可使用大部分現有的成熟模塊，只需要對有變化的模塊稍加改進即可獲取新的模塊規格。而制造工人也能通過已有的生產工裝熟練地制造成熟模塊。

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

機架模塊化設計可有效解決倉儲問題和減輕人力物力的問題。模塊化設計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時費力，且需要復雜的、成本高的工藝工裝支撐的問題。

7 結語

機架模塊設計為攪拌車生產企業節省了大量的人力物力，也有效地降低了倉儲管理成本，為企業的生產發展帶來了巨大的經濟效益。