模塊化技術(shù)在總裝工藝中的應(yīng)用

為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，汽車(chē)制造商普遍會(huì)基于同平臺(tái)推出轎車(chē)、SUV和MPV等3款以上車(chē)型，為此汽車(chē)總裝生產(chǎn)線需要具備多車(chē)型混線能力、可擴(kuò)展柔性化工藝技術(shù)等特點(diǎn)。但在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，也出現(xiàn)了總裝線過(guò)長(zhǎng)、零部件種類(lèi)和數(shù)量過(guò)多以及物流配送困難等問(wèn)題。目前解決該問(wèn)題最有效的方法是模塊化技術(shù)的運(yùn)用，可以有效降低汽車(chē)總裝工藝的復(fù)雜性、縮短研發(fā)及制造周期并且提高零部件標(biāo)準(zhǔn)化及通用化。模塊化技術(shù)在研發(fā)制造成本、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和制造管理等多方面發(fā)揮著顯著作用。

模塊化技術(shù)

1.模塊化概述

汽車(chē)模塊化生產(chǎn)主要是將通用模塊或使用標(biāo)準(zhǔn)化接口連接的子系統(tǒng)組裝成一個(gè)完整的產(chǎn)品。通過(guò)把各個(gè)子系統(tǒng)分成不同的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，從而把不同車(chē)型的眾多零部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，同時(shí)可以靈活地搭載其他新技術(shù)。帶來(lái)的好處是使低級(jí)別車(chē)型的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)可以向高級(jí)別看齊，盡可能多地共享零部件技術(shù)，高級(jí)別車(chē)型在保證品質(zhì)的同時(shí)制造成本又更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。模塊化最核心的部分在于可以根據(jù)自身產(chǎn)品規(guī)劃和定位與未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行特定的匹配和調(diào)整。

目前的模塊化技術(shù)有兩種方向性的發(fā)展趨勢(shì)。一種是隨著車(chē)聯(lián)網(wǎng)的多媒體信息及電子控制系統(tǒng)的需求，出現(xiàn)以電子控制單元(ECU)集成和標(biāo)準(zhǔn)化趨勢(shì)，ECU群的“標(biāo)準(zhǔn)件”功能成為各車(chē)型通用的模塊，將各種功能細(xì)分的ECU整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)全車(chē)范圍內(nèi)的電子控制系統(tǒng)模塊化，比如傳動(dòng)控制、車(chē)身控制、安全控制、駕駛輔助控制、動(dòng)態(tài)底盤(pán)控制系統(tǒng)和多媒體移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)等標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)為單位進(jìn)行模塊化大集成。另一種是以歐美汽車(chē)品牌為主流，以產(chǎn)品多功能結(jié)構(gòu)與各種零部件相互關(guān)系集成為復(fù)雜體系的大總成模塊化，實(shí)現(xiàn)多車(chē)型混線生產(chǎn)要求及產(chǎn)線的可擴(kuò)展性和柔性化。

2.模塊化技術(shù)影響

模塊化有助于制造商保持生產(chǎn)的靈活性并能夠快速批量生產(chǎn)差異化的產(chǎn)品，可以有效減少零部件數(shù)量，降低裝配難度和產(chǎn)線的復(fù)雜程度，便于質(zhì)量監(jiān)控?，F(xiàn)代汽車(chē)研發(fā)制造的發(fā)展趨勢(shì)非常明顯，寶馬、大眾等高級(jí)汽車(chē)制造商已經(jīng)完成可擴(kuò)展整車(chē)平臺(tái)架構(gòu)(俗稱(chēng)頂級(jí)的跨平臺(tái)模塊化)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊化集群的主要研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)工作。模塊化技術(shù)趨勢(shì)也成為各大汽車(chē)制造商的發(fā)展戰(zhàn)略之一，這些技術(shù)趨勢(shì)正在從企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)技術(shù)，向一種企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的必備技術(shù)轉(zhuǎn)變。

汽車(chē)模塊化平臺(tái)趨勢(shì)在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)都將是各汽車(chē)制造商改進(jìn)技術(shù)、縮短生產(chǎn)周期、提高整車(chē)質(zhì)量、降低制造成本和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要方式。雖然模塊化平臺(tái)因?yàn)樾枰鄬?duì)較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和前期高成本投入導(dǎo)致門(mén)檻較高，但隨著優(yōu)勢(shì)技術(shù)不斷轉(zhuǎn)化為實(shí)際效益，新車(chē)型研發(fā)和制造成本大幅度減少，投資回報(bào)率具有明顯優(yōu)勢(shì)，已逐步形成了新的制造形態(tài)，在“工業(yè)4.0”的引領(lǐng)下推進(jìn)汽車(chē)制造業(yè)的新一輪“智造”技術(shù)革命。

汽車(chē)總裝模塊化

汽車(chē)總裝模塊化生產(chǎn)可以顯著縮短生產(chǎn)線長(zhǎng)度、降低總裝工藝復(fù)雜性、縮小工廠規(guī)模并減少生產(chǎn)設(shè)備投資金額，使企業(yè)自身只需專(zhuān)注核心競(jìng)爭(zhēng)力;模塊化的生產(chǎn)提高了汽車(chē)企業(yè)通用件的標(biāo)準(zhǔn)化，做到了模塊內(nèi)部分零部件的通用化，降低了開(kāi)發(fā)成本。同時(shí)，零部件供應(yīng)商也可以直接參與到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同步開(kāi)發(fā)中，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提升了研發(fā)實(shí)力。目前的總裝模塊化主要由前端、車(chē)門(mén)、底盤(pán)模、頂棚、油箱、IP和車(chē)輪等模塊化組成(見(jiàn)圖1)。

1.底盤(pán)模塊化

底盤(pán)/驅(qū)動(dòng)模塊化技術(shù)已成為汽車(chē)制造商的重要核心競(jìng)爭(zhēng)力。目前汽車(chē)研發(fā)中不再會(huì)為某車(chē)型單獨(dú)開(kāi)發(fā)其動(dòng)力系統(tǒng)，基本都是以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊化集群獨(dú)立開(kāi)發(fā)并與車(chē)型開(kāi)發(fā)項(xiàng)目分離，所有新車(chē)型的研發(fā)都基于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊化集群進(jìn)行動(dòng)力匹配選擇。

(1)底盤(pán)模塊化將常規(guī)的前懸模塊、后懸模塊、動(dòng)力系統(tǒng)、排氣管總成、油箱總成、下車(chē)體附件及冷卻模塊等集成在底盤(pán)模塊上(見(jiàn)圖2)，形成底盤(pán)模塊一體化，非常適合自動(dòng)化裝配。即使在新能源車(chē)型上，也形成電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、電池包和電動(dòng)機(jī)控制器等三聯(lián)電系統(tǒng)集成在底盤(pán)模塊化適應(yīng)自動(dòng)化裝配。

(2)作為承托整個(gè)底盤(pán)模塊化的柔性化合車(chē)托盤(pán)在實(shí)現(xiàn)高效裝配過(guò)程中起著非常重要的作用。柔性化合車(chē)托盤(pán)主要由托盤(pán)底座、前托盤(pán)、中托盤(pán)和后托盤(pán)4部分構(gòu)成(見(jiàn)圖3)，柔性化組合滿足不同車(chē)型的支撐定位及合車(chē)裝配需要。前托盤(pán)的作用是完成前副車(chē)架、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器等前懸架總成的支撐定位;中托盤(pán)的作用是完成油液管路、排氣管、操縱機(jī)構(gòu)及驅(qū)傳動(dòng)軸等下車(chē)體附件的支撐定位;后托盤(pán)的作用是完成后驅(qū)模塊和油箱等后懸架總成的支撐定位。

(3)底盤(pán)模塊化(見(jiàn)圖4)解決了下車(chē)體人機(jī)裝配性差、產(chǎn)線長(zhǎng)度需縮短和底盤(pán)系統(tǒng)裝配困難等問(wèn)題;同時(shí)適合采用自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行裝配，配合機(jī)器人及自動(dòng)擰緊設(shè)備，提高產(chǎn)品質(zhì)量和柔性化生產(chǎn)能力。

2.儀表板模塊化

儀表板的外觀和質(zhì)量是直接影響汽車(chē)銷(xiāo)售的關(guān)鍵因素之一，并且對(duì)乘員的安全保證起著重要作用，因此儀表板模塊化技術(shù)是當(dāng)前模塊化技術(shù)中最受關(guān)注的領(lǐng)域。儀表板模塊通常集成了儀表板、儀表線束、HVAC總成、轉(zhuǎn)向管柱、CCB管柱和手套箱等(見(jiàn)圖5)，甚至可以集成前圍吸音棉和真空助力泵。儀表板模塊化可以讓供應(yīng)商總成供貨，減少產(chǎn)線長(zhǎng)度，降低人力成本。

(1)儀表板模塊與車(chē)身的固定點(diǎn)位置及定位策略會(huì)影響儀表板模塊的設(shè)計(jì)。目前儀表板的定位主要有兩種方式：①儀表板與車(chē)身通過(guò)Y向緊固點(diǎn)，該方式對(duì)儀表板造型約束少，擰緊緊固點(diǎn)空間足夠且對(duì)機(jī)械手設(shè)備要求不高(見(jiàn)圖6)，該結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)車(chē)型。②如圖7所示，儀表板總成與車(chē)身通過(guò)X向緊固方式，通常要校對(duì)X向工具擰緊空間，缺陷是對(duì)造型有一定工程約束的影響，要求裝配擰緊緊固件的X方向無(wú)物體遮蔽。但該方式的好處是適合自動(dòng)化設(shè)備裝配，主要應(yīng)用于中高檔車(chē)型。

(3)為了提高內(nèi)飾A面的間隙面差外觀質(zhì)量，目前儀表板模塊總成通常采用自動(dòng)化機(jī)械手輔助裝配，機(jī)械手集成了非接觸式自動(dòng)定位裝置，通過(guò)激光反射原理來(lái)測(cè)量?jī)x表板相對(duì)于車(chē)身的位置，并自動(dòng)校正，精度達(dá)到0.1mm，從而保證了裝配質(zhì)量，同時(shí)集成了自動(dòng)化擰緊設(shè)備，實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)化裝配，如圖8所示。

3.油箱模塊化

油箱模塊化(見(jiàn)圖9)主要將油泵、碳罐總成、汽油濾清器、油箱吊耳、燃油管路和隔熱墊集成在油箱上，方便供應(yīng)商總成供貨，減少員工在下車(chē)體的勞動(dòng)量。同時(shí)配合底盤(pán)模塊化裝配要求，油箱緊固點(diǎn)通常設(shè)計(jì)成Z向固定，緊固點(diǎn)區(qū)域處增加工裝定位銷(xiāo)，確保油箱在工裝上準(zhǔn)確定位。

4.車(chē)門(mén)模塊化

車(chē)門(mén)模塊(見(jiàn)圖9)主要集成了車(chē)門(mén)鈑金、門(mén)鎖體總成、玻璃升降器及導(dǎo)軌總成、門(mén)外把手總成、門(mén)鉸鏈、門(mén)限位器、門(mén)玻璃、門(mén)線束、高音喇叭、門(mén)密封條和門(mén)內(nèi)飾板總成等。通過(guò)增加車(chē)門(mén)分裝線完成總成供貨，減少主線長(zhǎng)度，方便裝配。針對(duì)車(chē)門(mén)附件零部件多且裝配便利性差，導(dǎo)致車(chē)門(mén)分裝線過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，利用門(mén)模塊底板上集成門(mén)玻璃升降器及電動(dòng)機(jī)總成、玻璃導(dǎo)軌、門(mén)鎖體托架、車(chē)門(mén)線束、揚(yáng)聲器和擋水膜，至少可以將車(chē)門(mén)分裝線長(zhǎng)度縮短一半。

5.前端模塊化

前端模塊化趨勢(shì)是將冷凝器、散熱器、前端模塊框架、防撞梁、前組合燈總成和機(jī)蓋鎖等模塊化集成裝配，有效地減少了主線長(zhǎng)度及裝配勞動(dòng)強(qiáng)度?？紤]到模塊化總成質(zhì)量增加，以及前保險(xiǎn)杠、前大燈、格柵與翼子板的外觀感知質(zhì)量要求，一般需要具有高精度裝配定位的助力機(jī)械手輔助裝配(見(jiàn)圖11)。

6.頂棚模塊化

頂棚模塊化(見(jiàn)圖12)集成了頂棚線束、前后閱讀燈、遮陽(yáng)板和乘客拉手，避免人員鉆進(jìn)車(chē)體內(nèi)作業(yè)，解決了作業(yè)姿勢(shì)不良等問(wèn)題，同時(shí)縮短了主線長(zhǎng)度，提高了生產(chǎn)效率。其中車(chē)頂線束固定在頂棚的方式主要包括以下兩種：采用熱熔膠將線束固定在車(chē)頂棚，或是利用粘塊將線束粘貼在車(chē)頂棚上;閱讀燈、遮陽(yáng)板和乘客拉手的緊固點(diǎn)采用金屬卡爪形式代替螺栓緊固件，具有良好的自鎖性、易裝配性和拆卸性，而且不需要擰緊工具。

7.車(chē)輪模塊化

車(chē)輪模塊通過(guò)輪胎自動(dòng)分裝線完成分裝，并通過(guò)自動(dòng)輸送線運(yùn)輸至裝配工位。自動(dòng)化分裝系統(tǒng)能根據(jù)車(chē)輛配置自動(dòng)識(shí)別不同規(guī)格的輪胎，自動(dòng)完成輪胎裝配和動(dòng)平衡檢測(cè)，有效地保證了輪胎分裝的品質(zhì)與生產(chǎn)的穩(wěn)定性。采用機(jī)器人裝配輪胎并使用車(chē)輪螺母自動(dòng)化擰緊技術(shù)，滿足可變多軸擰緊及PCD變徑的柔性化裝配需求，提高了裝配線的柔性和生產(chǎn)效率(見(jiàn)圖13)。

結(jié)語(yǔ)

模塊化技術(shù)的運(yùn)用提高了汽車(chē)總裝工藝的柔性，在設(shè)備柔性、工藝柔性、制造柔性和產(chǎn)線擴(kuò)展柔性等方面具有優(yōu)勢(shì)，顯著提高了多車(chē)型混線生產(chǎn)能力。

模塊化技術(shù)的應(yīng)用降低了總裝工藝復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了裝配工藝關(guān)系。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局下，具有質(zhì)量、價(jià)格和標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)勢(shì)的獨(dú)立供應(yīng)商更容易進(jìn)入汽車(chē)制造商的全球采購(gòu)體系，他們不僅能提供高質(zhì)量和低價(jià)格的產(chǎn)品，還具備全球生產(chǎn)供應(yīng)能力、高效的項(xiàng)目管理技能和強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力。

總之，在汽車(chē)開(kāi)發(fā)之初就考慮到結(jié)構(gòu)、功能、工藝和制造等方面的模塊化設(shè)計(jì)，不僅能實(shí)現(xiàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)最小、成本控制最佳和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)更高的綜合目標(biāo)，還能更好地滿足用戶的個(gè)性化定制要求，實(shí)現(xiàn)更高效率和規(guī)模的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。