長安汽車對未來汽車制造平臺化技術(shù)的探索與思考
時間：2022-11-23 8:19:05 發(fā)布者：管理員
近幾年以來，國內(nèi)外汽車企業(yè)都在持續(xù)加碼自身模塊化平臺化的打造，以求在未來全球化競爭中爭得先機。中國品牌車企在平臺化方面的研究，也已有不少成果，吉利汽車推出模塊化平臺“CMA 超級母體”架構(gòu)，在吉利體系內(nèi)沃爾沃、極 星、領(lǐng)克、吉利 4 個品牌的多個車型上推廣應(yīng)用。長城汽車發(fā)布“檸檬平臺”，不僅可以完成從 A0、 A、B、C、到 D 五種車型級別的開發(fā)，還能夠覆蓋運動型汽車（Sport Utility Vehicle，SUV）、轎車、多用途汽車（Multi-Purpose Vehicle，MPV）3 種類型，同時還可以滿足燃油動力、多種混合動力、純電動、氫燃料電池 4 種動力方案，可謂將平臺應(yīng)用到了極致。這些平臺化戰(zhàn)略，從設(shè)計源頭提高了零部件通用化率，加快了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了設(shè)計成本和零部件采購成本。從結(jié)果來看，取得了相當(dāng)大的成功。然而，在從產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為商品的過程中，制造領(lǐng)域的平臺化也影響著產(chǎn)品的成本和競爭力，如制造質(zhì)量的一致性、制造成本的降低、制造周期的縮短、交付周期的進(jìn)一步提升。長安汽車在追求設(shè)計平臺化的同時，對于制造領(lǐng)域的平臺化技術(shù)開展方案進(jìn)行了如下研究。將具有相近外型尺寸、相近單車制造工時、高零件通用化率、高模塊化率、相同工藝流程、相同制造技術(shù)、相同傳輸定位尺寸的車型集中在一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)，實現(xiàn)投資最優(yōu)化、生產(chǎn)成本最低化、生產(chǎn)資源利用最大化的生產(chǎn)模式。如圖1所示。制造平臺能有效地消化產(chǎn)品間設(shè)計差異，但差異超出制造平臺消化極限時，制造平臺將失去意義，生產(chǎn)資源將大量浪費。為保證生產(chǎn)資源最大化利用，充分發(fā)揮制造平臺優(yōu)勢，需要建立制造平臺約束條件，如表1所示。3.2 建立標(biāo)準(zhǔn)化的工藝流程與工藝方法通過統(tǒng)一零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計、搭接方式、車身分塊、焊接成型工藝、噴涂工藝（如3C1B）、裝配方法、檢測通訊協(xié)議，來建立標(biāo)準(zhǔn)化的汽車制造工藝流程與工藝方法，有助于生產(chǎn)線柔性提升和制造過程質(zhì)量控制。涂裝標(biāo)準(zhǔn)工藝流程如下：白車身檢查→大流量噴淋→預(yù)脫脂（噴淋）→第一水洗（噴淋）→第二水洗（浸洗）→全浸表面調(diào)整→磷化→第一純水洗（噴淋）→第二純水洗（浸洗）→第三純水洗（噴淋）→第四純水洗（浸洗）→第一新鮮純水洗（噴淋）→潤濕噴淋→電泳→槽上噴淋→第一超濾水洗（噴淋）→第二超濾水洗（浸洗）→第三超濾水洗（噴淋）→新鮮超濾水洗（噴淋）→第五純水洗（浸洗）→第六純水洗（噴淋）→第二新鮮純水洗（噴淋）→空槽瀝水→自動吹水→電泳固化→電泳強冷→工裝切換→遮蔽→底部密封→安裝隔音墊→寬膠密封→上罩→擠底部密封膠→噴涂底部抗石擊涂料→除罩→噴裙邊抗石擊涂料→裙邊 PVC 檢查→密封膠固化→密封膠強冷→電泳打磨→涂裝車型顏色確定→中面涂人工擦凈→中面涂靜電除塵。3.3 建立平臺化的質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)平臺化的質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)，如模夾檢具質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)、外觀標(biāo)準(zhǔn)、防腐標(biāo)準(zhǔn)、過程質(zhì)量門設(shè)定等，有助于保障制造過程的穩(wěn)定性，減少制造資源偏差發(fā)生率，避免質(zhì)量要求過高造成成本浪費（圖2）。圖2 沖壓質(zhì)量門管控標(biāo)準(zhǔn)3.4 建立傳輸定位的平臺設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為快速實現(xiàn)不同車型在同基地共線生產(chǎn)或同一車型在不同基地切換生產(chǎn)，建立傳輸定位的平臺設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是先決條件。通過約束產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計，實現(xiàn)不同級別車型共用一套定位系統(tǒng)，提升生產(chǎn)線柔性，減少設(shè)計工時、改造工作量和對量產(chǎn)車擾動（圖3）。圖3 定位設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)車身零部件通用化對制造模具開發(fā)投入、生產(chǎn)排產(chǎn)靈活性、庫存量、采購成本和物流成本優(yōu)化貢獻(xiàn)重大，也是所有主機廠努力的方向。優(yōu)化車身設(shè)計，統(tǒng)一車身分塊，結(jié)合不同級別車身結(jié)構(gòu)特征，基于“通用件-衍生件-專用件”原則，最大化提升同平臺車型通用件和衍生件比例達(dá)90%以上。裝配零部件模塊化可簡化主線復(fù)雜度，提升裝配通用化率，減少生產(chǎn)線主線工位，最終提升生產(chǎn)效率。根據(jù)零部件裝配層級，將總裝零部件分成5類模塊，即主線基礎(chǔ)模塊（MainlineBasicModule，MBM）、分裝大模塊（AssemblyBigModule，ABM）、分裝小模塊（AssemblySmallModule，ASM）、供貨大模塊（SupplyBigModule，SBM）、供貨小模塊（SupplySmallModule，SSM），建立零部件接口標(biāo)準(zhǔn)化，推動模塊成本優(yōu)化（圖4）。汽車制造生產(chǎn)線分為沖壓、焊接、涂裝、總裝與檢測5大線體，其中沖壓、涂裝、總裝設(shè)備通用化可達(dá)到 90%以上。在產(chǎn)品設(shè)計端，通過設(shè)計優(yōu)化，保證車身同區(qū)域結(jié)構(gòu)相當(dāng)，提升焊接涂膠與焊接設(shè)備通用化率。在生產(chǎn)線端，通過統(tǒng)一設(shè)備接口和提升設(shè)備兼容性，提升沖壓與總裝設(shè)備通用化率。在規(guī)劃端，通過顏色規(guī)劃，最大化利用現(xiàn)有基地噴涂設(shè)備，提升涂裝設(shè)備通用化率。提升零部件通用化，實現(xiàn)模檢具共用；提前做好零部件衍生規(guī)劃，在模檢具開發(fā)中做好預(yù)留，減少模檢具多次開發(fā)。如燃油與 PHEV 車型同時規(guī)劃，在側(cè)圍模具開發(fā)中，可預(yù)留充電口成型模塊，實現(xiàn)模具共用，可減少1個沖次模具。通過提升零部件設(shè)計通用化率、托盤與盛具兼容性，做好同平臺車型布局規(guī)劃，將產(chǎn)品開發(fā)中傳統(tǒng)的“開發(fā)-報廢”模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€產(chǎn)品項目開發(fā)多個項目重復(fù)使用模式（圖5）。焊接生產(chǎn)線通過使用伺服模組等柔性組件，消化各車型間工作量及定位的差異，提升生產(chǎn)線適應(yīng)能力，實現(xiàn)平臺車型基地間互換生產(chǎn)（圖 6）。通過建立傳輸定位的平臺設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，改造現(xiàn)有非平臺傳輸工裝，實現(xiàn)下車體工裝全面共用，減少車型工裝切換，提升生產(chǎn)效率。3.8 設(shè)計滿足不同材質(zhì)車身生產(chǎn)制造工藝在綠色低碳國家戰(zhàn)略和汽車輕量化設(shè)計趨勢下，汽車外覆蓋件用材由鋼制路線轉(zhuǎn)向鋼鋁混合制、全鋁制等多條技術(shù)路線。設(shè)計滿足不同材質(zhì)車身的生產(chǎn)制造工藝，提升生產(chǎn)線柔性和利用率是制造平臺研究的核心課題之一，重點涉及沖壓、焊接、涂裝生產(chǎn)線。a.沖壓生產(chǎn)線。為應(yīng)對外覆蓋件不同材質(zhì)，將其沖壓工藝路線設(shè)計一致，以消除已工藝不同帶來設(shè)備的新投，如圖7所示。鋼板因具有導(dǎo)磁性，在同性相斥的原理下可通過磁鐵可實現(xiàn)堆垛的分張，而鋁板不具有導(dǎo)磁性，無法采用磁性分張器。通過在拆垛環(huán)節(jié)對磁性分張器加裝氣刀設(shè)計（圖8），同時預(yù)留預(yù)分張裝置安裝空間，以滿足不同材質(zhì)車身的技術(shù)路線。傳輸皮帶機對鋼材采用永磁皮帶進(jìn)行吸附并帶動鋼板運動。對鋁板則通過增加皮帶與鋁板間的摩擦，通過摩擦力帶動零件運輸，即高摩擦皮帶。為實現(xiàn)鋼鋁共線，皮帶機上采用真空組合皮帶。皮帶具有磁性，同時皮帶中間有圓形掏空位置，與板料接觸有實現(xiàn)抽真空并帶動鋁板運輸（圖9）。不同材質(zhì)板材混線生產(chǎn)時，為提高廢料回收利用率，廢料需分開收集。通過在廢料主線上設(shè)置切換裝置，實現(xiàn)不同材質(zhì)廢料收集，以減少廢料主線的再投入（圖10）。b.焊接生產(chǎn)線。為應(yīng)對板件與構(gòu)件、板件與功能件混合材質(zhì)連接，根據(jù)材料特性分別開發(fā)鋼-鋁鉚接、鋁-鋁鉚接工藝、鋁-鋁點焊工藝，并在同一區(qū)域連接設(shè)備上集成以實現(xiàn)不同混合材質(zhì)的連接。c.涂裝生產(chǎn)線。為應(yīng)對不同材質(zhì)車身件，調(diào)整涂裝前處理和烘烤工藝。前處理段通過調(diào)整磷化處理工藝，減少對鋁鋅基材的刻蝕，同時增加鈍化工序，鈍化過程中生成鋯系鈍化膜替代傳統(tǒng)工藝下的磷化膜。烘烤段通過延長烘爐的升溫時間段和強冷時間段，避免由于升溫和降溫時過于急劇造成鋁合金變形問題發(fā)生。4.1 產(chǎn)品設(shè)計、制造質(zhì)量再提升a.統(tǒng)一產(chǎn)品工藝方法與工藝路線，提升產(chǎn)品模塊化設(shè)計，建立平臺化設(shè)計語言，降低產(chǎn)品設(shè)計偏差，提升產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量。b.規(guī)避前期造成質(zhì)量問題的設(shè)計方式，選擇經(jīng)充分驗證的設(shè)計語言進(jìn)行平臺化，提升作業(yè)過程質(zhì)量。c.通過優(yōu)化焊接參數(shù)、保證工件表面清潔度和電極帽表面光滑度、優(yōu)化標(biāo)定電流壓力、檢查上下電極對中度、調(diào)整焊鉗對中度等措施，攻克鋁合金點焊過程常見的焊點壓痕過深、電極與工件粘連、裂紋與縮孔、焊接飛濺缺陷。a.建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、搭接方式、工藝方法及分塊平臺標(biāo)準(zhǔn)，大幅減少了項目開發(fā)中 CAE 和 SE 分析工作，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計工時。b.推動基地平臺化，生產(chǎn)線通用性和柔性提升，新品導(dǎo)入后生產(chǎn)線改造、調(diào)試周期可縮短幾個月。4.3 產(chǎn)品開發(fā)固定資產(chǎn)投資及制造費用再優(yōu)化a.工裝、模具、檢具成本優(yōu)化。零部件通用化提升，工裝、模具、檢具可最大化利用，直接節(jié)約千萬級固定資產(chǎn)投資。b.生產(chǎn)線新增、改造及調(diào)試費用優(yōu)化。平臺化提升生產(chǎn)線柔性，多車型共線生產(chǎn)，消除剛性建線模式，提升設(shè)備工裝通用化率，減少設(shè)備新增、改造量及對應(yīng)的調(diào)試工作，可節(jié)約千萬級固定資產(chǎn)投資。c.工具品類和成本優(yōu)化。統(tǒng)一設(shè)備接口和車身同區(qū)域裝配扭矩參數(shù)，可優(yōu)化工具品類和采購成本。d.人工成本優(yōu)化。車型平臺化布局，工作量差異控制在一定范圍，提升工位間作業(yè)平衡率，可減少工作量差異帶來的新增人員數(shù)量，同時多車型共線生產(chǎn)，提升作業(yè)人員的共用性，降低人工成本約10%。e.輔料成本優(yōu)化。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、搭接方式平臺設(shè)計，可實現(xiàn)同區(qū)域輔料種類統(tǒng)一，降低輔料用量。f.資源（廠房、生產(chǎn)線等）利用率提升。生產(chǎn)線柔性設(shè)計，多車型共線生產(chǎn)，消除新品投入相匹配的生產(chǎn)線建設(shè)，最大化的利用現(xiàn)有制造資源。a.人力資源管理精益化。生產(chǎn)線柔性提升，剛性用工減少，人員共用性提升，推動作業(yè)排班精益化。b.零部件物流精益化。零部件制造分工統(tǒng)一和模塊化提升，助推零部件盛具工裝的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，部分零部件的物流方式與庫存得到優(yōu)化。c.對生產(chǎn)擾動性降低。工藝路線與工藝方法的統(tǒng)一，生產(chǎn)線共用率提升，減少改造量，降低新品投入對量產(chǎn)車型的擾動。在過去的 10 年，汽車行業(yè)在設(shè)計領(lǐng)域的平臺化已經(jīng)取得了豐碩的成果，技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步。未來 10 年，平臺化技術(shù)仍將是值得繼續(xù)研究的工藝技術(shù)方向，推進(jìn)過程中融入新型關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，比如模擬仿真、多種材料的連接技術(shù)等?；谥圃祛I(lǐng)域平臺化技術(shù)的發(fā)展，將進(jìn)一步加劇汽車企業(yè)間的競爭，掌握低成本制造平臺化技術(shù)的企業(yè)將在未來競爭中占得頭籌。而整個汽車行業(yè)的商業(yè)模式及盈利模式，也可能因此發(fā)生進(jìn)一步的質(zhì)變。
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