模塊化技術(shù)在總裝工藝中的應用

為了應對市場的激烈競爭，汽車制造商普遍會基于同平臺推出轎車、SUV和MPV等3款以上車型，為此汽車總裝生產(chǎn)線需要具備多車型混線能力、可擴展柔性化工藝技術(shù)等特點。但在實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化和提高市場競爭力的同時，也出現(xiàn)了總裝線過長、零部件種類和數(shù)量過多以及物流配送困難等問題。目前解決該問題最有效的方法是模塊化技術(shù)的運用，可以有效降低汽車總裝工藝的復雜性、縮短研發(fā)及制造周期并且提高零部件標準化及通用化。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

汽車模塊化生產(chǎn)主要是將通用模塊或使用標準化接口連接的子系統(tǒng)組裝成一個完整的產(chǎn)品。通過把各個子系統(tǒng)分成不同的模塊進行設計和生產(chǎn)，從而把不同車型的眾多零部件進行標準化生產(chǎn)，同時可以靈活地搭載其他新技術(shù)。帶來的好處是使低級別車型的生產(chǎn)標準可以向高級別看齊，盡可能多地共享零部件技術(shù)，高級別車型在保證品質(zhì)的同時制造成本又更具競爭優(yōu)勢。模塊化最核心的部分在于可以根據(jù)自身產(chǎn)品規(guī)劃和定位與未來發(fā)展方向進行特定的匹配和調(diào)整。

目前的模塊化技術(shù)有兩種方向性的發(fā)展趨勢。一種是隨著車聯(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)集成和標準化趨勢，ECU群的“標準件”功能成為各車型通用的模塊，將各種功能細分的ECU整合起來，實現(xiàn)一個全車范圍內(nèi)的電子控制系統(tǒng)模塊化，比如傳動控制、車身控制、安全控制、駕駛輔助控制、動態(tài)底盤控制系統(tǒng)和多媒體移動互聯(lián)網(wǎng)服務等標準系統(tǒng)為單位進行模塊化大集成。另一種是以歐美汽車品牌為主流，以產(chǎn)品多功能結(jié)構(gòu)與各種零部件相互關(guān)系集成為復雜體系的大總成模塊化，實現(xiàn)多車型混線生產(chǎn)要求及產(chǎn)線的可擴展性和柔性化。

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)線的復雜程度，便于質(zhì)量監(jiān)控?，F(xiàn)代汽車研發(fā)制造的發(fā)展趨勢非常明顯，寶馬、大眾等高級汽車制造商已經(jīng)完成可擴展整車平臺架構(gòu)(俗稱頂級的跨平臺模塊化)和驅(qū)動系統(tǒng)模塊化集群的主要研發(fā)設計生產(chǎn)工作。模塊化技術(shù)趨勢也成為各大汽車制造商的發(fā)展戰(zhàn)略之一，這些技術(shù)趨勢正在從企業(yè)競爭的優(yōu)勢技術(shù)，向一種企業(yè)競爭的必備技術(shù)轉(zhuǎn)變。

汽車模塊化平臺趨勢在未來很長時期內(nèi)都將是各汽車制造商改進技術(shù)、縮短生產(chǎn)周期、提高整車質(zhì)量、降低制造成本和提高市場競爭力的重要方式。雖然模塊化平臺因為需要相對較高的技術(shù)標準和前期高成本投入導致門檻較高，但隨著優(yōu)勢技術(shù)不斷轉(zhuǎn)化為實際效益，新車型研發(fā)和制造成本大幅度減少，投資回報率具有明顯優(yōu)勢，已逐步形成了新的制造形態(tài)，在“工業(yè)4.0”的引領(lǐng)下推進汽車制造業(yè)的新一輪“智造”技術(shù)革命。

汽車總裝模塊化

汽車總裝模塊化生產(chǎn)可以顯著縮短生產(chǎn)線長度、降低總裝工藝復雜性、縮小工廠規(guī)模并減少生產(chǎn)設備投資金額，使企業(yè)自身只需專注核心競爭力;模塊化的生產(chǎn)提高了汽車企業(yè)通用件的標準化，做到了模塊內(nèi)部分零部件的通用化，降低了開發(fā)成本。同時，零部件供應商也可以直接參與到產(chǎn)品設計的同步開發(fā)中，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提升了研發(fā)實力。目前的總裝模塊化主要由前端、車門、底盤模、頂棚、油箱、IP和車輪等模塊化組成(見圖1)。

1.底盤模塊化

底盤/驅(qū)動模塊化技術(shù)已成為汽車制造商的重要核心競爭力。目前汽車研發(fā)中不再會為某車型單獨開發(fā)其動力系統(tǒng)，基本都是以驅(qū)動系統(tǒng)模塊化集群獨立開發(fā)并與車型開發(fā)項目分離，所有新車型的研發(fā)都基于驅(qū)動系統(tǒng)模塊化集群進行動力匹配選擇。

(1)底盤模塊化將常規(guī)的前懸模塊、后懸模塊、動力系統(tǒng)、排氣管總成、油箱總成、下車體附件及冷卻模塊等集成在底盤模塊上(見圖2)，形成底盤模塊一體化，非常適合自動化裝配。即使在新能源車型上，也形成電動機系統(tǒng)、電池包和電動機控制器等三聯(lián)電系統(tǒng)集成在底盤模塊化適應自動化裝配。

(2)作為承托整個底盤模塊化的柔性化合車托盤在實現(xiàn)高效裝配過程中起著非常重要的作用。柔性化合車托盤主要由托盤底座、前托盤、中托盤和后托盤4部分構(gòu)成(見圖3)，柔性化組合滿足不同車型的支撐定位及合車裝配需要。前托盤的作用是完成前副車架、發(fā)動機和變速器等前懸架總成的支撐定位;中托盤的作用是完成油液管路、排氣管、操縱機構(gòu)及驅(qū)傳動軸等下車體附件的支撐定位;后托盤的作用是完成后驅(qū)模塊和油箱等后懸架總成的支撐定位。

(3)底盤模塊化(見圖4)解決了下車體人機裝配性差、產(chǎn)線長度需縮短和底盤系統(tǒng)裝配困難等問題;同時適合采用自動化設備進行裝配，配合機器人及自動擰緊設備，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)量是直接影響汽車銷售的關(guān)鍵因素之一，并且對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商總成供貨，減少產(chǎn)線長度，降低人力成本。

(1)儀表板模塊與車身的固定點位置及定位策略會影響儀表板模塊的設計。目前儀表板的定位主要有兩種方式：①儀表板與車身通過Y向緊固點，該方式對儀表板造型約束少，擰緊緊固點空間足夠且對機械手設備要求不高(見圖6)，該結(jié)構(gòu)廣泛應用于經(jīng)濟車型。②如圖7所示，儀表板總成與車身通過X向緊固方式，通常要校對X向工具擰緊空間，缺陷是對造型有一定工程約束的影響，要求裝配擰緊緊固件的X方向無物體遮蔽。但該方式的好處是適合自動化設備裝配，主要應用于中高檔車型。

(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化機械手輔助裝配，機械手集成了非接觸式自動定位裝置，通過激光反射原理來測量儀表板相對于車身的位置，并自動校正，精度達到0.1mm，從而保證了裝配質(zhì)量，同時集成了自動化擰緊設備，實現(xiàn)無人自動化裝配，如圖8所示。

3.油箱模塊化

油箱模塊化(見圖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，方便供應商總成供貨，減少員工在下車體的勞動量。同時配合底盤模塊化裝配要求，油箱緊固點通常設計成Z向固定，緊固點區(qū)域處增加工裝定位銷，確保油箱在工裝上準確定位。

4.車門模塊化

車門模塊(見圖9)主要集成了車門鈑金、門鎖體總成、玻璃升降器及導軌總成、門外把手總成、門鉸鏈、門限位器、門玻璃、門線束、高音喇叭、門密封條和門內(nèi)飾板總成等。通過增加車門分裝線完成總成供貨，減少主線長度，方便裝配。針對車門附件零部件多且裝配便利性差，導致車門分裝線過長的問題，利用門模塊底板上集成門玻璃升降器及電動機總成、玻璃導軌、門鎖體托架、車門線束、揚聲器和擋水膜，至少可以將車門分裝線長度縮短一半。

5.前端模塊化

前端模塊化趨勢是將冷凝器、散熱器、前端模塊框架、防撞梁、前組合燈總成和機蓋鎖等模塊化集成裝配，有效地減少了主線長度及裝配勞動強度。考慮到模塊化總成質(zhì)量增加，以及前保險杠、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械手輔助裝配(見圖11)。

6.頂棚模塊化

頂棚模塊化(見圖12)集成了頂棚線束、前后閱讀燈、遮陽板和乘客拉手，避免人員鉆進車體內(nèi)作業(yè)，解決了作業(yè)姿勢不良等問題，同時縮短了主線長度，提高了生產(chǎn)效率。其中車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頂棚，或是利用粘塊將線束粘貼在車頂棚上;閱讀燈、遮陽板和乘客拉手的緊固點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.車輪模塊化

車輪模塊通過輪胎自動分裝線完成分裝，并通過自動輸送線運輸至裝配工位。自動化分裝系統(tǒng)能根據(jù)車輛配置自動識別不同規(guī)格的輪胎，自動完成輪胎裝配和動平衡檢測，有效地保證了輪胎分裝的品質(zhì)與生產(chǎn)的穩(wěn)定性。采用機器人裝配輪胎并使用車輪螺母自動化擰緊技術(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(見圖13)。

結(jié)語

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

模塊化技術(shù)的應用降低了總裝工藝復雜性，簡化了裝配工藝關(guān)系。在激烈的市場競爭格局下，具有質(zhì)量、價格和標準化優(yōu)勢的獨立供應商更容易進入汽車制造商的全球采購體系，他們不僅能提供高質(zhì)量和低價格的產(chǎn)品，還具備全球生產(chǎn)供應能力、高效的項目管理技能和強大的研發(fā)實力。

總之，在汽車開發(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計，不僅能實現(xiàn)技術(shù)風險最小、成本控制最佳和質(zhì)量標準更高的綜合目標，還能更好地滿足用戶的個性化定制要求，實現(xiàn)更高效率和規(guī)模的設計和生產(chǎn)。